不锈钢冷成形发表评论(0)编辑词条

    不锈钢的冷成形加工过程完全不同于低合金钢和普通碳钢，因为不锈钢强度更高，更硬，塑性更好，加工硬化速率更快，而且还必须维持其固有的耐腐蚀性能。这些特性必须需要更大的动力，工艺设备磨损的允许差增加，加工过程需要避免表面污染和耐腐蚀性能的削弱。

    不锈钢的选择通常按照规格要求的性能来的，如耐蚀性或耐热性，强度，塑性等。不锈钢的加工硬化的结果，和随后对力学性能的影响，在成形加工时不锈钢的选择起着至关重要的作用。

    钢的成形性能极大地取决于材料在冷加工时其屈服强度达到极限抗拉强度时的速率。屈服强度和极限抗拉强度曲线带之间的缩小说明成形是被限制的（见图1）。曲线带之间的缩小显示,大部分屈服强度可以一直使用，任何进一步变形会导致破裂。另外一方面， 钢加工性的增加显示曲线带却没有收敛（如301钢种），在相同冷加工变形量的情况下，这种材料它有极高的塑性，在成形过程中允许有严重的变形。

图 1 冷加工对机械性能的影响

不锈钢的成形性能

    奥氏体不锈钢是Cr/Ni不锈钢（300系）。

    镍（Ni）是促进奥氏体晶体结构形成，稳定奥氏体的合金元素，Ni/Cr比例越高，奥氏体越稳定：机械性能，冷加工硬化，因此成形性能也依赖于这个比率。在奥氏体不锈钢中301钢Ni含量（6.5%）最低，因此有最高的加工硬化速率。尽管301经过退火后有完全的奥氏体微观结构，镍含量越低，在塑性变形时生成的马氏体的比例越大。这帮助金属抵抗颈缩和进行均匀变形。高的加工硬化速率使得强度极大的增加，获得很高的硬度。这些在冷加工结构阶段是有益的。

        UNS S30430（通常称为302HQ或304Cu）钢碳含量0.02%或更低，大约9%Ni和3%Cu。在普通奥氏体中这种钢的加工硬化最低。在冷加工中这种钢的加工硬化程度比301低。象302HQ这种钢低的屈服强度意味着在加工时起始变形所需的应力小。

    由于奥氏体不锈钢有很高的塑性，所以这些钢的形变能力比铁素体不锈钢强，在给定的作业中允许很大的变形量。在奥氏体不锈钢中，加工硬化越快的钢种如301或者304，在同样的作业中能承担最大的形变。奥氏体不锈钢冷加工的成形性能是指没有预先退火情况下冷变形。但是，在连续的加工过程中也许需要中间退火以使钢恢复到原来的塑性。

    奥氏体不锈钢优良的成形性能，尤其明显地表现在需持久极大的拉伸变形的涨形弯曲作业，和需要高塑性的剧烈的深冲作业中。但是，由于高的退火强度和加工硬化性能，所以和铁素体不锈钢相比，奥氏体不锈钢需要更大的加工应力。由于加工硬化原因，不仅仅需要高的形变应力，而且需要提高金属开始变形时的起始应力。

    通常，当Ni含量降低时，如301（约6.5%Ni），奥氏体不锈钢会变得越来越难成形了。稳定化元素的存在，如Ti、Nb和Ta以及高含量的C，在稳定化钢种的成形特性中起着不利的作用。这是由于微观结构形成了象Ti的碳化物和氮化物这样的第二相粒子的原因。所以象321和347钢种的成形，没有302HQ、304和305钢种的成形顺利。象303这种易机加工钢种，塑性性能比较差，不能用于成形作业。

        200系列奥氏体不锈钢（部分Ni被Mn代替）由于其较高的起始强度，所以需要较高的应力来加工。同时与对应的300系比较这些材料的“回弹”（spring back）比较大。

　　铁素体不锈钢是平常的Cr不锈钢（包含在400系中），C含量较低（<0.1%C），尽管部分含有少量的添加合金（如444含2%Mo，和稳定元素Ti）与碳素钢比较，铁素体不锈钢的机械性能不同，它们需要不同的冷成形方法。铁素体不锈钢冷成形作业和奥氏体不锈钢是一样的。但是成形情况不一样。

　　与碳素钢比较铁素体不锈钢的屈服强度比较高，意味着同样的一定量的变形需要更大的力，高的极限抗拉强度意味着在材料破裂之前需要高的负载，低的延伸率意味着断裂之前允许低的塑性变形。尽管需要高的起始变形应力，在变形进行过程中不需要负载/应力的增加，因为铁素体不锈钢的加工硬化程度达不到奥氏体不锈钢的相同程度。铁素体不锈钢低的缺口塑性意味着施加负载时的速度应该低于低合金或者普通碳钢。在震动负载和低温情况下铁素体不锈钢有开裂的倾向。

　　在冷加工过程中，430钢的屈服强度快速向极限抗拉强度靠拢（见图1）。因为塑性变形（冷成形）的发生必须超过屈服点，屈服应力和极限抗拉应力会聚点的接近易引起断裂，典型的铁素体不锈钢就是这样。随着冷加工程度的提高，塑性快速下降，所以必须使用完全退火的钢板，在加工过程中有时也需要中间退火。

　　铁素体不锈钢在旋压或者辊成形时，冷加工程度的不断增加，塑性下降，与普碳钢相比，更加需要中间退火。虽然如此，象409和430钢还是经常被用在下面成形加工中，如落料，折弯，深冲或旋压等。

　　马氏体不锈钢是普通的Cr不锈钢，相对高的碳（C）含量（0.15～1.2％）。它们也包含在400系中。

　　在全退火状态下，403，410和414（低碳钢种）钢的成形特性，非常类似于那些铁素体不锈钢。

　　其余高碳含量的马氏体不锈钢（如420，431和440C）不推荐用于冷成形。

　　双相不锈钢具有优秀的耐应力腐蚀开裂性能。它们存在两相微观结构，大致相等的奥氏体和铁素体比率。最普通的牌号是2205（UNS S31803），含22％Cr，5.5％Ni，3％Mo和0.14％N。双相不锈钢比传统的奥氏体不锈钢的屈服强度要高，因此，初始变形需要较高的应力。例如2205在成形时，与奥氏体不锈钢比较折弯能力减少50％。当然一旦达到屈服应力，双相不锈钢的变形和奥氏不锈钢一样容易。

　　因为双相不锈钢高的屈服应力所以会有比较大的“回弹”（spring back）。在90°弯曲时大概需要10％的过量弯曲，才能足够的补偿回弹。液压式压力机是首选。

　　象2205这样的双相不锈钢需要大的内弯曲半径，一般是板厚的3～4倍。尖锐的弯曲应该总是沿着轧制垂直方向进行。

　　冷加工变形量很大时，在所有变形完成后应该考虑进行重新固溶处理（再退火），尤其当在严重腐蚀服役环境下时更应该如此。