大梁钢纵剪边部缺陷对U型槽加工的影响

李建军，张军锋，于 领，曹日昊

（唐山钢铁集团高强汽车板有限公司，河北 唐山 063016）

为了实现节能减排，汽车逐渐走向轻量化，在汽车轻量化的要求下首先需进行汽车大梁钢、汽车结构钢的高强化。因此，在汽车用钢高强化过程中，无论是轿车类产品还是挂车、半挂车等重载车辆，其主梁、边梁等逐渐由早期的Q345B、16Mn等向510L、610L或者700L等高强钢发展。但是，在高强度的加工使用过程中，随着强度的提高，各种缺陷逐渐暴露出来，常见的缺陷有表面氧化铁粉化、浪形、疲劳断裂、冲压开裂、纵剪断裂和辊压开裂等诸多问题，而这些缺陷中开裂问题尤为突出，该类缺陷产生的原因极为复杂，常与钢铁企业的成分设计、过程控制有直接关系，因此各企业对这方面进行了大量的分析研究，如孟宪堂等[1]分析了首钢510L、S610L和S700L系列产品的冲压开裂原因，结果表明表面氧化铁压入、偏析以及析出物等是造成成型开裂的主要原因；于洋等[2]从精轧过程中的加热制度、轧制温度制定等方面分析说明了精轧轧制速度是750L冲压开裂的主要原因；杨一雷[3]分析认为700 MPa级高强度大梁钢冲压开裂与钢中析出物含量尺寸有关。作者在分析开裂缺陷时，发现除了上述原因会造成大梁钢开裂以外用户后续冷加工过程工艺、设备等不合适时同样会造成开裂缺陷的产生。

1 缺陷形貌及理化检验结果

1.1 辊压开裂形貌

开裂钢种材质为700L大梁钢，产品规格为7.8 mm×1 740 mm，钢卷进行纵剪加工，纵剪宽度后每条带钢宽度为290 mm，纵剪后经过10道次辊压加工成100 mm×120 mm×100 mm尺寸的U型槽，用于自卸车车厢纵梁。裂纹一般在第二机架或者第三机架开始出现，裂纹从槽钢内侧往外扩展，其长度约3～5 mm左右，其形貌见如1所示。

1.2 成分与工艺

图1 开裂形貌

该700L大梁钢采用高钛加铌微合金强化，为了有限控制钢中夹杂物和氮含量，采取LF+RH的双联工序，其工艺流程为：铁水预处理→转炉→LF→RH→连铸→热轧。开裂钢卷的热轧工艺及生产执行情况见表1所示，钢卷温度命中率均达到95%以上，工艺执行情况良好，缺陷位置成分采用ARL4460型直读光谱仪进行检测，结果如表2所示，钢种成分满足设计要求。

表1 700L热轧工艺及执行情况

表2 700L大梁钢的化学成分 %

1.3 力学性能及冲击韧性检验

对辊压开裂部位和正常位置进行拉伸取样，正常位置拉伸取样编号为1号，缺陷位置编号为2号，拉伸实验均在Z330E型330 kN电子拉力试验机上进行，拉伸应变速率为0.006 7 s-1，拉伸试样断后伸长率按照A50标距执行，力学性能检验结果如下页表3所示。冲击实验在KV2摆锤类型试验机上进行，冲击试样为带V型缺口的5 mm×10 mm×55 mm半尺寸的试样，冲击实验温度分别为-20℃。不同位置的力学性能和冲击韧性均满足要求：抗拉强度和屈服强度波动幅度在20 MPa以内，在未出现异常波动现象；-20℃半尺寸冲击韧性均在70 J以上，远高于全尺寸下47 J的标准要求，因此通过力学性能和冲击韧性实验，说明产生辊压开裂缺陷钢卷的物理性能无直接关系。

表3 700L力学性能与冲击韧性

1.4 夹杂物与显微组织观察

分别对开裂位置和未开裂截取夹杂物和金相试样，经磨制、抛光，观察夹杂物形貌和用质量分数4%的硝酸酒精溶液腐蚀后进行显微组织观察。如图2所示，带钢不同位置均能观察到一定的尺寸TiN析出相，而未发现其他大尺寸的夹杂物。进行显微组织观察发现，该产品的组织以细小的贝氏体铁素体+晶粒内析出相为主，晶粒尺寸在12级以上，且不存在明显混晶现象，无明显的晶界链状或粒状分布的渗碳体析出[4]，如图3所示，说明本次辊压开裂缺陷与带钢夹杂物和组织形貌无关。

图2 不同位置夹杂物观察

图3 不同位置显微组织

2 用户工艺调查及分析

对出现开裂位置与正常辊压成型位置进行取样，观察带钢纵剪后的带钢边部质量（见图4）。从图4可以看出，出现开裂的带钢纵剪面存在凹凸不平、毛刺和掉肉现象，而未开裂部分纵剪断面较为规整，且横断面主要以剪切面为主，撕裂面所占比例较小。对于带钢纵剪过程中出现的该类缺陷主要剪刃间隙、重叠量、剪刃磨损有关，对本次纵剪的刀具磨损情况进行调查发现，刀具在剪切过程中出现崩刀现象，且崩刀后未进行刀具更换，对于同批次纵剪钢卷可以看出带钢不同位置剪切质量存在极大差异，如图5所示。据此，可以判断该辊压开裂缺陷的产生与带钢的纵剪工艺有关，带钢纵剪剪切面产生缺陷时，在缺陷位置形成微观裂纹，在辊压过程中断面微观裂纹得以扩展，最终造成辊压开裂现象。在后续用户生产加工过程中需对带钢剪切质量、刀具使用情况进行跟踪，防止类似情况发生。

图4 剪切面形貌

图5 刀具缺陷与钢卷纵剪形貌

3 结语

厚规格700L高强汽车大梁钢在辊压成型过程产生的开裂缺陷与带钢纵剪工艺有关，用于带钢纵剪刀具使用不合适尤其是出现磨损、崩刀等时，易造成带钢表面掉肉、局部变形或撕裂等缺陷，从而产生断面微观裂纹，在后续的辊压过程中微观裂纹扩展造成开裂现象。