JFE443CT不銹鋼板最佳成形技術(shù)
時(shí)間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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1 前言
以SUS430（16％Cr）為代表的鐵素體系銹鋼板與SUS304（18％Cr-8％Ni）為代表的奧氏體系不銹鋼板相比，雖然價(jià)格便宜，但耐蝕性差，且加工性也低。然而最近，如JFE443CT（21％Cr-0.4％Cu-0.3％Ti）這樣耐蝕性與SUS304相當(dāng)?shù)蔫F素體系鋼板正在不少應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)普及，特別是在鎳價(jià)格高漲的情況下，其降低成本的作用是顯著的。但是，若將原來使用奧氏體材料加工的部件，仍以原來的工具和工藝改用JFE443CT這樣的鐵素體材料進(jìn)行加工，有時(shí)是困難的。這是由于兩者本質(zhì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)不同造成加工特性的較大差異，特別是延性的不同。雖然JFE443CT較SUS430有所改善，但仍與SUS304明顯不同。然而，沒有必要因加工方面的問題而放棄鐵素體系材料的低成本特性。只要深入研究材料基本加工特性，選擇合適的加工方法，分情況設(shè)計(jì)部件，即可對(duì)JFE443CT等鐵素體系材料進(jìn)行復(fù)雜的成形加工。
2 材料的力學(xué)性能
SUS304因產(chǎn)生了加工感應(yīng)相變而顯示了較高的加工硬化特性，故拉伸強(qiáng)度較高，延伸率高達(dá)50%以上，顯示了極高的特性。而由鐵素體組成的JFE443CT與其它SUS430等鐵素體系不銹鋼一樣，加工硬化小，拉伸強(qiáng)度低，延伸率30%左右。
關(guān)于表示材料各向異性的蘭克福特值—即板狀拉力試樣的寬厚變形比，若觀察三個(gè)方向的平均r值，則SUS304的r=1.0而JFE443CT的r=1.3，表明后者比前者具有更優(yōu)良的深沖特性。
根據(jù)上述兩種鋼的單軸拉伸試驗(yàn)所得的二者的應(yīng)力——應(yīng)變曲線可知：JFE443CT初始屈服應(yīng)力有高的傾向，而且，兩種鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線在應(yīng)變小于0.1的區(qū)間交叉。
?。?）深沖、凸肚特性。進(jìn)行極限深沖比（LDR）試驗(yàn)的結(jié)果表明，JFE443CT具有比SUS304更高的加工極限。這是由于前者的加工硬化程度小，r值高，凸緣的深沖抗力相對(duì)于縱壁強(qiáng)度而言較小的緣故。
利用杯突試驗(yàn)進(jìn)行的球底凸肚試驗(yàn)結(jié)果表明，在這樣單純的凸肚加工中，加工性的優(yōu)劣基本上由材料的延性值高低來決定。由于JFE443CT的延伸率僅約為SUS304的1/2。故前者的凸肚加工性要差些。
從上述兩種鋼的圓錐模杯突試驗(yàn)結(jié)果可知，二者的深沖和凸肚的復(fù)合成形性基本上是同等的。
（2）粘合彎曲特性。將兩種鋼的1.5mm厚度的2B級(jí)板材進(jìn)行180°粘合彎曲試驗(yàn)后，對(duì)彎曲部斷面的觀察結(jié)果表明，JFE443CT和SUS304均可同樣彎曲180°而沒有問題。但在嚴(yán)格的彎曲場(chǎng)合，JFE443CT材有時(shí)會(huì)在外表面產(chǎn)生微小的皺折而使表面粗糙（白化）， 甚至發(fā)生內(nèi)表面折進(jìn)去的現(xiàn)象。這是因?yàn)槠渚ЯＶ睆奖萐US304的要大，易在自由表面產(chǎn)生不均勻皺折，且因加工硬化小而應(yīng)變易于集中之故。但因開發(fā)鋼的加工硬化小，故其密合度一般是優(yōu)良的。
?。?）剪切、沖裁特性。對(duì)SUS304和JFE443CT進(jìn)行沖裁試驗(yàn)后的斷面和外觀的觀察結(jié)果表明,較之SUS304，JFE443CT的剪切斷面比率大， 斷裂面比率小，這是由前述的二者的加工硬化特性有明顯差異造成的。通過沖裁試驗(yàn)查明毛邊高度與沖裁間隙之間的關(guān)系：沖裁SUS304時(shí)，在間隙為10%附近有毛邊高度成為零的條件；而在沖裁JFE443CT時(shí)的毛邊高度整體較高，為消除毛邊須將沖裁間隙降至最低限度。這也是由兩種鋼的加工硬化特性的差異引起的；特別是由于在局部延伸率方面，SUS304的小而JFE4443CT的大，從而造成了二者斷裂分離行為的不同。
（4）擴(kuò)孔特性。
通過采用.10mm凸模沖孔求出擴(kuò)孔率（λ值）的試驗(yàn)，查明了凸模與凹模間隙與λ值之間的關(guān)系而得知：SUS304的λ值約等于50%左右，而JFE443CT的λ值約200%，即后者的擴(kuò)孔性要優(yōu)良的多。這是由于前者因加工感應(yīng)相變而使加工后的組織軟硬二層化，由于不均勻而使剪切斷面不對(duì)稱，對(duì)裂紋敏感，從而惡化了擴(kuò)孔性。另外，JFE443CT比同為單相鐵素體組織的SUS430擴(kuò)孔性優(yōu)良的原因，是更高的純凈化而提高了鋼材的局部延性之故。
?。?）彈回特性。從將鋼材進(jìn)行90°模型彎曲并脫模后的彈回量觀察結(jié)果可知，由于彎曲部曲率半徑（R）的不同，彈回量呈現(xiàn)相反地情況：R=100的大曲率轉(zhuǎn)角時(shí)，JFE443CT的彈回量較之SUS304的大；而當(dāng)R=4或10的小曲率轉(zhuǎn)角時(shí)，則是后者的彈回量大些。
彈回量與加工終了時(shí)的材料強(qiáng)度和楊氏彈性模量之比成正比例。轉(zhuǎn)角曲率半徑大則應(yīng)變量小，而應(yīng)變量小的區(qū)域正是JFE443CT的高屈服應(yīng)力范圍，故其彈回量就增大了。另一方面，在轉(zhuǎn)角曲率小時(shí)，SUS304的屈服應(yīng)力變高了，故其彈回量也增大了。
（6）多級(jí)成形特性。從將兩鋼種的2B材以8道工序圓筒深沖進(jìn)行深沖比達(dá)5.6的高應(yīng)變加工結(jié)果可知：兩種鋼材都可進(jìn)行最終階段加工，但SUS304材上加工數(shù)小時(shí)后發(fā)生了自生裂紋，這是奧氏體系材料特有的現(xiàn)象；而鐵素體系的JFE443CT上卻無此問題。另外，影響這種加工的主要因素有在大應(yīng)變區(qū)域的延性（或加工硬化性）和二次加工脆性。雖然在這些方面，SUS304并不差，但在多極成形加工時(shí)，為了避免自生裂紋，還是選擇高純凈化的鐵素體系材料更為有利。
（7）JFE443CT的加工性小結(jié)。根據(jù)前述的兩鋼種加工特性優(yōu)劣的比較，現(xiàn)歸納JFE443CT應(yīng)注意的加工性如下：
a.深沖特性優(yōu)良而凸肚特性差；b.加工硬化（量）??；c.應(yīng)變?nèi)菀拙植考?；d.在彎曲等變形中表面易產(chǎn)生折皺（白化）；e.剪切、沖裁加工時(shí)毛邊高；f.擴(kuò)孔（沖孔）特性極為優(yōu)良；g.在大R轉(zhuǎn)角彎曲中彈回大，而在小R轉(zhuǎn)角彎曲中的彈回??；h.即使進(jìn)行大應(yīng)變加工也不產(chǎn)生自裂。
3 結(jié)語
作為通用無錫不銹鋼SUS304的替代鋼種，降低了成本的JFE443CT顯然有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。然而，因其是鐵素體系鋼種，故成形性與奧氏體不銹鋼有較大差異。經(jīng)過一系列試驗(yàn)研究，查明了開發(fā)鋼的優(yōu)缺點(diǎn)，特別是在加工性和加工技術(shù)方面與奧氏體鋼的差別，從而指出了開發(fā)鋼的最佳加工工藝。 采用該技術(shù)已促進(jìn)了JFE443CT的擴(kuò)大應(yīng)用，并不斷取代SUS304。