钢板校平后为什么会变硬校平机加工硬化原理详解

很多厂在校平机上矫完钢板后发现一个奇怪现象：板材确实平了，但变得比矫之前更硬了。折弯的时候更容易裂，冲压的时候更容易崩，甚至用手掰都感觉板子变得脆邦邦的。这不是错觉，而是校平机加工过程中必然产生的物理现象，叫加工硬化。这篇文章把加工硬化的原理、影响因素和应对方法讲清楚。

【加工硬化到底是什么】

加工硬化又叫形变强化，是金属材料在塑性变形后屈服强度升高、硬度增加、塑性下降的现象。说白了就是金属被反复弯曲后，材料内部结构发生了变化，变得更硬但也更脆。

金属内部微观结构中有位错，位错是晶格排列的缺陷。塑性变形时位错沿着滑移面移动，移动过程中互相碰撞纠缠形成位错缠结。缠结越多，后续位错移动阻力越大，材料越难变形，宏观表现就是屈服强度升高硬度增加。

校平机让钢板经过连续多次交变弯曲，每次弯曲都是塑性变形，都产生新的位错和缠结。二十几根辊反复弯曲下来，位错密度大幅增加，屈服强度和硬度自然就上去了。

数据上：Q235碳钢原始屈服强度235MPa，经过21根辊反复弯曲后可能升到280到310MPa，升幅百分之十五到三十。硬度从HV130升到HV150以上，延伸率从百分之二十六降到百分之十八到二十。

【哪些因素影响加工硬化的程度】

加工硬化不是固定不变的，它受四个因素影响。

第一，压下量。压下量越大，每次弯曲的塑性变形量越大，产生的位错越多，加工硬化越严重。入口压下量百分之八比百分之五的加工硬化程度要大不少。所以压下量不是越大越好，矫平效果和加工硬化之间要找平衡。

第二，反复弯曲次数。辊数越多，板材被反复弯曲的次数越多，位错累积越多，加工硬化越严重。23根辊比15根辊的加工硬化程度大。这也是为什么厚板用少辊数不仅是因为力量需求，也是因为厚板对加工硬化更敏感，少弯几次反而好。

第三，矫平速度。速度越慢，板材在每根辊之间停留时间越长，塑性变形越充分，位错产生越多，加工硬化越严重。速度太快应力释放不彻底，但速度太慢加工硬化严重，所以速度要适中。

第四，材料本身。不同材料的加工硬化敏感度差异很大。低碳钢Q235加工硬化较轻，矫平后屈服强度升百分之十五到二十。不锈钢加工硬化非常严重，矫平后屈服强度可能升百分之三十到五十，有些奥氏体不锈钢甚至升一倍。铝板加工硬化中等，但铝板本身软，硬化后对后续折弯影响也明显。高强钢因为本身强度高，加工硬化的绝对值大但相对比例不大。

【加工硬化对后续加工有什么影响】

校平后钢板变硬，主要影响三道后续工序。

一是折弯。钢板变硬后屈服强度升高，折弯需要更大力。更关键的是延伸率下降，折弯外侧受拉伸超过延伸率就开裂。矫平前延伸率百分之二十六，折弯R角大于板厚两倍没问题。矫平后降到百分之十八，同样R角可能就裂了。

二是冲压。材料变硬后成形性下降，拉深件容易在圆角处开裂。精密冲压件对材料状态要求高，加工硬化严重时废品率明显上升。

三是焊接。加工硬化区域存在残余应力，焊接时热影响区和硬化区叠加容易产生裂纹。厚板焊接如果矫平后没消除应力就焊，焊缝附近开裂风险不小。

【怎么减轻加工硬化的影响】

四个方法可以减轻校平后钢板的加工硬化。

方法一，控制压下量。入口压下量不要设太大，够用就行。普通碳钢入口压下量百分之三到五就够，不需要用百分之八的大压下量。矫平效果稍微差一点但加工硬化轻得多，后续折弯冲压更顺利。判断标准是板材出来平面度达标就行，不要追求过度矫平。

方法二，控制矫平速度。速度不要太慢，保持每分钟六到八米的正常速度。速度太慢加工硬化严重，速度适中既保证矫平效果又控制加工硬化。只有高回弹材料如铝板才需要慢速，碳钢不需要。

方法三，减少不必要的反复弯曲。如果板材变形不严重，不需要用全部辊数来矫平。有些校平机可以关闭入口几根辊的大弯曲段，只让板材经过出口精整段的辊子做微矫，这样反复弯曲次数少，加工硬化轻。板材变形轻微时这个方法特别有效。

方法四，必要时做退火处理。如果加工硬化已经严重影响后续加工，可以做退火消除。退火温度根据材料定，碳钢一般在六百到六百五十度保温一两小时，可以恢复大部分塑性。不锈钢退火温度更高，一千零五十度左右快冷。退火会消除加工硬化但也会降低屈服强度，需要根据后续工序要求决定是否做退火。

【不同材料的加工硬化对照】

碳钢Q235：加工硬化较轻，矫平后屈服强度升百分之十五到二十，对后续折弯影响不大。一般不需要做退火处理。

不锈钢304：加工硬化非常严重，矫平后屈服强度升百分之三十到五十。不锈钢位错增殖速度是碳钢的三到五倍，矫平后材料明显变硬变脆。如果后续需要折弯或深冲，建议矫平后做固溶处理恢复塑性。

铝板5052：加工硬化中等，矫平后屈服强度升百分之二十到二十五。铝板本身软，硬化后对折弯影响明显，薄铝板矫平后折弯开裂的情况不少见。如果折弯要求高，建议矫平后做低温退火。

高强钢Q690：加工硬化绝对值大，矫平后屈服强度可能从690MPa升到800MPa以上。但高强钢本身延伸率就低，加工硬化进一步降低延伸率，后续折弯开裂风险大。高强钢矫平后如果需要折弯，必须加大折弯R角。

铜板T2：加工硬化较严重，铜的位错增殖速度快，矫平后硬度升幅明显。铜板矫平后如果做深冲，必须先做退火。

校平机加工硬化是物理规律，不可能完全避免。但通过控制压下量、速度和弯曲次数，可以把加工硬化控制在可接受范围内。如果后续工序对材料塑性要求高，退火是最彻底的解决办法。