TWI720816B

TWI720816B - 以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法

Info

Publication number: TWI720816B
Application number: TW109104724A
Authority: TW
Inventors: 王琮賢; 陳子明; 李冠樺
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-03-01
Also published as: TW202130983A

Abstract

一種以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，適用於厚度1.2mm至2.0mm及抗拉強度780MPa以上之冷軋先進高強度鋼帶，並包含下列步驟：(a)對一鋼帶取樣，以取得一試片；(b)對該試片進行一V型彎曲試驗；及(c)根據該V型彎曲試驗之結果，判定該試片之擴孔性能。

Description

以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法

本發明是有關於一種快篩方法，特別是指一種以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法。

冷軋先進高強度鋼之規格一般泛指抗拉強度780MPa以上，一般除了以拉伸試驗來量測成品之降伏強度、抗拉強度及伸長率之外，另外，視產品加工需求，擴孔性能亦已成為冷軋超高強度規格之一項重要成形指標。而一般擴孔試驗之試驗程序包括試片裁切、衝孔試驗、孔徑量測，及擴孔率計算等步驟。以JFS T1001擴孔試驗方法為例，其包括以下步驟：

(1)試驗樣品之取樣數量為至少3片，以獲得大小為100mm×100mm之方形試片；

(2)利用衝床將每一試片之中心衝製直徑10mm(D ₀)之圓孔，並且衝孔母模內徑需依據試片之厚度進行選擇；

(3)將試片以上、下模固定，使角度60°之圓錐形(conical)衝頭以符合規範之速率(一般為1.0mm/s以下)進行擴孔作業，其中，試驗時需注意孔緣毛邊需朝上。當觀察到貫穿板厚之裂縫於孔緣出現，隨即停止擴孔作業。

(4)取下試片並且量測孔緣內側相互垂直的2個孔緣內徑數值，再取其平均值，則此平均值數值即為破裂後孔徑D _h(亦可採用光學設備搭配影像分析軟體自動計算)，繼而代入下式即可得剛材之擴孔率λ，其中，同一試驗樣品至少需進行3次試驗後取其擴孔率λ之平均值。

λ=(D _h－D ₀)/ D ₀×100%

其中，λ為擴孔率(%)；D ₀為起始孔徑(D ₀=10mm)；D _h為破裂後孔徑(mm)。

如上所述，金屬材料擴孔試驗方法屬於國際通用之伸緣成形性能評估指標，除了上述JFS T1001擴孔試驗方法以外，常見的規範還有JIS Z 2256及ISO 16630等，故此等試驗具有不可取代性。

然而，由於擴孔試驗之試片製備、試驗程序及試驗結果之計算較為複雜，故無法作為即時判定擴孔性能之試驗方法。此外，由於擴孔試驗需以符合國際標準規範之擴孔試驗設備進行，故成本較為高昂。因此，有必要尋求解決之道。

因此，本發明的目的，即在提供一種以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法。

於是，本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，適用於厚度1.2mm至2.0mm及抗拉強度780MPa以上之冷軋先進高強度鋼帶，並包含下列步驟：(a)對一鋼帶取樣，以取得一試片；(b)對該試片進行一V型彎曲試驗；及(c)根據該V型彎曲試驗之結果，判定該試片之擴孔性能。

本發明的功效在於：和上述習知擴孔試驗比較之下，本發明主要採取成本相對低廉的V型彎曲試驗，配合簡便的試片之製備及試驗程序，可快速篩檢異常鋼品，達到即時製程回饋之功效。

參閱圖1至3，本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，適用於厚度T為1.2mm至2.0mm及抗拉強度780MPa以上之冷軋先進高強度鋼帶。

本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法包含以下步驟：(a)對一鋼帶(圖未示)取樣，以取得一試片1；(b)對該試片1進行一V型彎曲試驗；及(c)根據該V型彎曲試驗之結果，判定該試片1之擴孔性能。

需特別提出的是，前述[先前技術]段落說明之一般擴孔試驗和本發明中之V型彎曲試驗比較之下，雖然於試驗方法及變形型態方面皆有所差異，但是於擴孔試驗中，試片是先受等軸向拉伸，再轉換為單軸向拉伸應變；至於本發明中之V型彎曲試驗，其試片1係以中立面為分界，其外側承受拉伸應變；故，兩種試驗方式分別於孔緣橫截面及彎取試片外側表面均承受拉伸應變，因而，本發明中之V型彎曲試驗亦可有效鑑別不同擴孔性能之材料。

其中，上述(a)、(b)、(c)步驟之技術規範摘要如下：

如圖1、2所示，在該(a)步驟中，係對該鋼帶之四分之一寬度處取樣，其中，該試片1為片狀試片1，其長度L為100mm且寬度W為20mm至40mm(建議30mm)，該試片1之尺寸容許誤差量為±0.5mm，該試片1之長度方向平行於該鋼帶之軋延方向D。其中，可利用剪床加工或衝片方式對該鋼帶之長度側進行裁切以取得該具有兩個剪斷面11及兩個裁切撕裂面12(即毛邊)之試片1，其中，該試片1之該等裁切撕裂面12需保持於相同平面，如圖2所示。

如圖3所示，該(b)步驟包括下列子步驟(b-1)、(b-2)，及(b-3)。在(b-1)子步驟中，提供一包括一上模塊21及一下模塊22之試驗機台2，其中，該上模塊21之斷面概呈V型且其下端具有圓角半徑0.5mm之圓角R，使得該V型彎曲試驗之彎曲半徑為0.5mm。該下模塊22具有一概呈水平之平面部分221及一自該平面部分221向下凹入並且斷面概呈V型之下凹部分222，其中，該上模塊21之V型角度以及該下模塊22之該下凹部分222之V型角度為60度。

接著，在(b-2)子步驟中，將該試片1放置於該下模塊22之該平面部分221上，且使得該上模塊21位於該試片1上方，並令該試片1之寬度方向平行於該上模塊21及該下模塊22之中心線C，其中，該試片1之長度側中心需盡量對齊該中心線C，並且該試片1之該等裁切撕裂面12需朝下。

然後，在(b-3)子步驟中，令該上模塊21以80kg/cm ²至120kg/cm ²之壓力及1cm/s至20cm/s之速率垂直下壓於該試片1，使得該上模塊21、該試片1及該下模塊22三者緊密貼合後即完成該V型彎曲試驗，以獲得彎曲後試片。

接著，在該(c)步驟中，是以目視或光學設備放大來觀察彎曲後試片之彎曲稜線有無裂縫，以判定出該試片1之擴孔性能是屬於第一級指標、第二級指標，或第三級指標，因而可鑑別出該試片1之擴孔性能之優劣。其中，該第一級指標、該第二級指標及該第三級指標可與根據JFS T1001擴孔試驗方法的擴孔率數值進行對應，且是如以下表1所示：

表1、本發明中之V型彎曲試驗對應擴孔性能指標：

分級	敘述
第一級指標	彎曲稜線外側均無開裂，判定擴孔率可達50%以上
第二級指標	彎曲稜線外側開裂，開裂呈不連續分布，判定擴孔率為36%至49%
第三級指標	彎曲稜線外側開裂，彎曲後試片於其全寬度均開裂，判定擴孔率為35%以下

參閱圖2、4至12，在以下本發明之三個實施例(第一、第二、第三實施例)中，是以厚度T為1.4mm及抗拉強度980MPa等級之先進高強度鋼為例，其中，三個實施例之試片1之組織包括60~95%之變韌鐵、5~30%之肥粒鐵及30%以下之麻田散鐵，並且其各項機械性能指標如以下表2所示，其中，每一實施例之擴孔率數值可以是以JFS T1001等擴孔試驗規範得出。

表2、本發明之三個實施例之機械性質：

組別	厚度T (mm)	抗拉強度(MPa)	擴孔率(%)	分級
第一實施例	1.4	1047	61	第一級
第二實施例	1.4	1086	40	第二級
第三實施例	1.4	1071	31	第三級

將上述三個實施例之試片1以前述本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法之(a)、(b)步驟進行試片加工及V型彎曲試驗，以獲得第一實施例之彎曲後試片13、第二實施例之彎曲後試片14，及第三實施例之彎曲後試片15。

繼而，以目視觀察方式進行(c)步驟，觀察該彎曲後試片13之彎曲稜線131、該彎曲後試片14之彎曲稜線141，及該彎曲後試片15之彎曲稜線151。如圖4所示，第一實施例之彎曲後試片13之彎曲稜線131外側均未開裂。如圖5所示，第二實施例之彎曲後試片14之彎曲稜線141外側輕微開裂，且裂紋呈不連續分布。如圖6所示，第三實施例之彎曲後試片15之彎曲稜線151外側呈明顯開裂，裂縫貫穿該彎曲後試片15之整個寬度。

或者，如圖7、8、9所示，也可以放大倍率10倍之光學設備觀察結果，以進一步比對三個實施例之V型彎曲試驗結果差異。

又或者，也可如圖10、11、12所示，以掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察三個實施例之微觀組織，其放大倍率為2000倍。其中，圖10擴孔率最佳之第一實施例，其彎曲稜線131外側之顯微組織無明顯的微孔隙(micro voids)；圖11第二實施例之擴孔率次之，其彎曲稜線141外側之裂紋深度小於50μm，並且分布於其中之微孔隙之單一長度不超過2μm；圖12擴孔率最小之第三實施例，其紋深度大於100μm，並且分布於其中的微孔隙之長度介於2~7μm，由此可印證本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法確實可發揮快速篩選不同擴孔性能材料之功效。

綜上所述，本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法和習知擴孔試驗比較之下，係採取成本相對低廉的衝床設備(即該試驗機台2)，以嚴格於一般彎曲試驗的模具彎曲角度60°以及彎曲半徑為0.5mm之設計，配合簡便的試片1之製備及試驗程序，可快速篩檢異常鋼品，達到即時製程回饋之功效，所以確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1:試片 11:剪斷面 12:裁切撕裂面 13:彎曲後試片 131:彎曲稜線 14:彎曲後試片 141:彎曲稜線 15:彎曲後試片 151:彎曲稜線 2:試驗機台 21:上模塊 22:下模塊 221:平面部分 222:下凹部分 C:中心線 D:軋延方向 L:長度 R:圓角 T:厚度 W:寬度

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一俯視示意圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法中對鋼帶進行裁切所取得的試片；圖2是一側視示意圖，說明該試片具有剪斷面及裁切撕裂面；圖3是一側視示意圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法中一包括一上模塊及一下模塊之試驗機台；圖4是一目視外觀圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法之第一實施例之彎曲後試片之彎曲稜線外側均未開裂；圖5是一目視外觀圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法之第二實施例之彎曲後試片之彎曲稜線外側輕微開裂，且裂紋呈不連續分布；圖6是一目視外觀圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法之第三實施例之彎曲後試片之彎曲稜線外側呈明顯開裂，裂縫貫穿該彎曲後試片之整個寬度；圖7是一光學設備觀察結果外觀圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法之第一實施例之彎曲後試片之彎曲稜線於放大倍率10倍之彎曲試驗觀察結果；圖8是一光學設備觀察結果外觀圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法之第二實施例之彎曲後試片之彎曲稜線於放大倍率10倍之彎曲試驗觀察結果；圖9是一光學設備觀察結果外觀圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法之第三實施例之彎曲後試片之彎曲稜線於放大倍率10倍之彎曲試驗觀察結果；圖10是一掃描式電子顯微鏡(SEM)微觀組織圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法之第一實施例之彎曲後試片之彎曲稜線於放大倍率2000倍之彎曲試驗觀察結果；圖11是一SEM微觀組織圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法之第二實施例之彎曲後試片之彎曲稜線於放大倍率2000倍之彎曲試驗觀察結果；及圖12是一SEM微觀組織圖，說明本發明以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法之第三實施例之彎曲後試片之彎曲稜線於放大倍率2000倍之彎曲試驗觀察結果。

1:試片

2:試驗機台

21:上模塊

22:下模塊

221:平面部分

222:下凹部分

C:中心線

L:長度

Claims

一種以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，適用於厚度1.2mm至2.0mm及抗拉強度780MPa以上之冷軋先進高強度鋼帶，並包含下列步驟： (a)對一鋼帶取樣，以取得一試片； (b)對該試片進行一V型彎曲試驗；及 (c)根據該V型彎曲試驗之結果，判定該試片之擴孔性能。
如請求項1所述的以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，其中，在該(a)步驟中，係對該鋼帶之四分之一寬度處取樣，該試片為片狀試片，其長度L為100mm且寬度W為20mm至40mm，該試片之尺寸容許誤差量為±0.5mm，該試片之長度方向平行於該鋼帶之軋延方向。
如請求項2所述的以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，其中，該試片之該寬度為30mm。
如請求項2所述的以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，其中，是以剪床加工或衝片方式對該鋼帶之長度側進行裁切以取得該試片，該試片之兩個裁切撕裂面需保持於相同平面。
如請求項1所述的以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，其中，該(b)步驟包括下列子步驟： (b-1)提供一包括一上模塊及一下模塊之試驗機台，其中，該上模塊之斷面概呈V型且其下端具有圓角半徑0.5mm之圓角R，使得該V型彎曲試驗之彎曲半徑為0.5mm，該下模塊具有一概呈水平之平面部分及一自該平面部分向下凹入並且斷面概呈V型之下凹部分，其中，該上模塊之V型角度以及該下模塊之該下凹部分之V型角度為60度； (b-2)將該試片放置於該下模塊之該平面部分上，且使該上模塊位於該試片上方，並令該試片之寬度方向平行於該上模塊及該下模塊之中心線，其中，該試片之長度側中心需對齊該中心線，並且該試片之該等裁切撕裂面12需朝下；及 (b-3)令該上模塊以80kg/cm ²至120kg/cm ²之壓力及1cm/s至20cm/s之速率垂直下壓於該試片，使得該上模塊、該試片及該下模塊三者緊密貼合後即完成該V型彎曲試驗，以獲得一彎曲後試片。
如請求項1所述的以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，其中，在該(c)步驟中，是以目視或光學設備放大來觀察該彎曲後試片之彎曲稜線有無裂縫，以判定該試片之擴孔性能是屬於第一級指標、第二級指標，或第三級指標，因而可鑑別出該試片之擴孔性能之優劣。
如請求項6所述的以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，其中，該第一級指標、該第二級指標，或該第三級指標可與根據JFS T1001擴孔試驗方法的擴孔率數值進行對應。
如請求項7所述的以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，其中，該第一級指標為，當觀察到該彎曲後試片之該彎曲稜線外側均無開裂時，則判定擴孔率可達50%以上。
如請求項7所述的以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，其中，該第二級指標為，當觀察到該彎曲後試片之該彎曲稜線外側開裂，且開裂呈不連續分布時，則判定擴孔率為36%至49%。
如請求項7所述的以彎曲試驗鑑別超高強度冷軋鋼材擴孔性能之快篩方法，其中，該第三級指標為，當觀察到該彎曲後試片之該彎曲稜線外側開裂，且該彎曲後試片於其全寬度均開裂時，則判定擴孔率為35%以下。