304不銹鋼薄板的延伸率與冷加工成形性關(guān)系研究

1、304不銹鋼薄板的延伸率與冷加工成形性關(guān)系研究304不銹鋼薄板的延伸率與冷加工成形性關(guān)系研究寧波寶新不銹鋼有限公司鄔珠仙張朝波張波摘要:分析研究了304鋼種不同C,N含量對延伸率及拉深,翻孔冷加3-成形性能的影響,采用單向拉伸試驗研究了不同拉伸速率,試樣規(guī)格與304-2B不銹鋼冷軋薄板延伸率測量值的關(guān)系得出延伸率測量值隨拉伸速率的提高而下降,隨試樣橫截面的增大及C,N含量的增加而提高,翻孔及拉深成材率隨C,N含量的增加而下降.說明在冷沖壓用304不銹鋼選材時,應(yīng)綜合考慮材料的化學(xué)成份,延伸率測量值以及拉伸試驗參數(shù),只有在拉伸試驗條件及化學(xué)成份一致的情況下,延伸率測量值才能作為選材的依據(jù)之一.關(guān)

2、鍵詞:延伸率測量值化學(xué)成份拉伸速率試驗規(guī)格冷加工成形性1前言近年來隨著中國制造業(yè)的飛速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高,304不銹鋼因其精美的外觀,以及優(yōu)良的生產(chǎn)制造,加工成形,耐腐蝕等綜合性能,在水槽,廚房用鍋,太陽能熱水器等制品及家電業(yè)的使用量逐步擴大,制品廠更遍布江浙,廣東,山東等地.由于一般制品廠規(guī)模較小,普遍缺乏檢測手段,在挑選不銹鋼材料時多以生產(chǎn)廠出廠質(zhì)保書的延伸率測量值作為判斷材料成形性依據(jù).雖然304材料的延伸率取決于其本身的化學(xué)成份,組織結(jié)構(gòu)等因素,但同一材料通過不同的拉伸試驗過程所得到的測量結(jié)果卻并不相同,所以往往發(fā)生延伸率測量值較高但成形性不良的現(xiàn)象.本文對化學(xué)成份與延伸率及

3、冷加工成形性關(guān)系進行了研究分析,對延伸率測量值與拉伸試驗參數(shù)關(guān)系的進行了試驗研究,以供不銹鋼冷成形加工者選材時參考.2化學(xué)成份與延伸率及冷加工成形性關(guān)系研究Fe,cr,Ni,Mn,Si,C,N及P,S等是304鋼種的基本形成元素,各元素對延伸率及冷加工成形性的影響有所相同.特別是其中的C,N元素,既可促進延伸率的提高,又降低冷加工成形性能,是造成冷加工后時效開裂的主要原因.2.1化學(xué)成份對304不銹鋼延伸率的影響Ni,c,N,Mn都是奧氏體形成元素,其中C,N是較強的奧氏體形成及穩(wěn)定化元素.經(jīng)相關(guān)學(xué)者的研究,M當(dāng)量的增加可提高奧氏體不銹鋼的延伸率,對應(yīng)關(guān)系見圖1一Ni當(dāng)量與延伸率關(guān)系圖

4、8;.鑊廿4.54.O一3.53.02.5Ni(%)圖1ANi與延伸率關(guān)系圖圖中Ni=Ni+35.(%C+%N)+0.5冰%Mn-(20一Cr)2/1215,可見C,N對延伸率的提升作用非常顯著,是Ni的35倍.2.2化學(xué)成份對304不銹鋼冷加工成形性的影響根據(jù)Ni當(dāng)量=%Ni+30*(%C十N)十0.5術(shù)Mn計算公式|2J,以及圖1Ni與延伸率的關(guān)系,C,N不僅是較強的奧氏體形成及穩(wěn)定化元素,且對提高延伸率非常有效,因此大部分不銹鋼冶煉廠家會采用提高C,N含量的方法來增加304不銹鋼基體中奧氏體的比例,以節(jié)約昂貴的Ni成份.21由于C,N在不銹鋼中以間隙元素的形態(tài)存在,對不銹鋼材料的固溶強化

5、及形變強化效果非常顯著,極易造成冷沖壓后制品的時效開裂或翻孑L開裂現(xiàn)象,圖2,圖3為時效開裂及翻孔開裂樣品.圖2時效開裂樣品圖3翻孔開裂樣品圖4為C,N含量與304鋼種發(fā)生時效開裂極限深沖比的關(guān)系3,由圖顯示不同N含量的304鋼種的時效開裂極限深沖比都隨C含量的增加而下降,且在C含量較低時,N的時效開裂作用更加明顯,當(dāng)C含量達到0.06%以上時,N含量的作用趨于接近.圖4c,N含量與304鋼種時效開裂的關(guān)系因此,對于極限深沖比要求較高的冷加工產(chǎn)品(如大于2.6),要求選擇C,N含量都相對較低的材料.對于極限深沖比在2.02.5的冷沖壓加工,根據(jù)筆者的經(jīng)驗,如C含量在0.065%以上,即使N含量

6、控制在0.03%以下,也會有較高的時效開裂率,可見均衡控制C,N含量的重要性.當(dāng)然,冷沖壓加工的成材率還受材料組織結(jié)構(gòu)的影響,并與冷沖壓加工工藝密不可分,如壓邊力,中間退火等,在此就不作詳細(xì)討論.3拉伸試驗參數(shù)與延伸率測量值關(guān)系研究室溫拉伸試驗是力學(xué)性能試驗中最基礎(chǔ),最常用的試驗,目前不同國家的室溫拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于拉伸試驗參數(shù)的控制要求及控制范圍并不相同,且同一拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)中的試驗參數(shù)也具有較寬的控制范圍.而不同試驗參數(shù)的設(shè)定對試驗結(jié)果有較大影響,特別是關(guān)于拉伸試驗速度及試驗樣片規(guī)格,由于不同的不銹鋼生產(chǎn)廠選取的試驗參數(shù)的不同,導(dǎo)致測量結(jié)果的偏差,從而使延伸率測量值不能確切地反映不同廠家材料

7、在性能上的差異性.3.1拉伸試驗速率與延伸率測量值關(guān)系的試驗研究各國在拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于拉伸速率都有具體規(guī)定,為驗證不同拉伸速率對材料延伸率測量結(jié)果的影響,進行了不同拉伸速率條件下的延伸率測量值對比試驗,測量結(jié)果見圖5.瓣鏨黼立l囀躲m,囊in圖5304鋼種在不同拉伸速度下的延伸率測量值注:試驗設(shè)定溫度為23±50c,取樣方向為垂直于軋制方向,試樣厚度o.8mm,試樣的加工方式為車削加工,在同一鋼卷的中部取樣(化學(xué)成份見表1),采用JISz2241標(biāo)準(zhǔn)的13B號試樣,試驗在島津AGIOOKN拉伸試驗機上進行,屈服段統(tǒng)一以5mm/min的速率進行拉伸.22表1試驗用304鋼種的主要化學(xué)

8、成份化學(xué)元素CSiMnP含量(%重量)0.043O.531.120.032化學(xué)元素SCrNiN含量(%重量)0.00118.058.020.055由圖5顯示,隨著拉伸速率的提高抗拉強度及延伸率測量值均降低,即在拉伸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi),拉伸試驗速率對304鋼種的延伸率測量值產(chǎn)生顯著的影響,如以15mm/min拉伸速率下測得的延伸率比在30mm/min拉伸速率下測得的延伸率數(shù)值高約4%.這種現(xiàn)象可以用形變馬氏體理論進行解釋,即當(dāng)拉伸速度較快時,形變產(chǎn)生的熱量使試驗片溫度升高較快,形變馬氏體的生成量減少,從而使抗拉強度及延伸率測量值降低.3.2試驗樣片規(guī)格與延伸率測量值關(guān)系研究各國在拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)中除拉伸

9、速率有不同規(guī)定外,試驗片規(guī)格也有所不同,為驗證不同拉伸試片對材料延伸率測量結(jié)果的影響,采用JISz2241標(biāo)準(zhǔn)的5號,13B號試樣進行拉伸試驗,延伸率測量結(jié)果見圖6.7s靜瑩7.656ess5O450102030碡050投1事遴率mm/min圖6不同拉伸試驗樣片延伸率測量值對比注:試驗設(shè)定溫度為23±5,取樣方向為垂直于軋制方向,試樣厚度0.8lTrI,試樣的加工方式為車削加工,在同一鋼卷的中部取樣,試驗在島津AGIOOKN拉伸試驗機上進行,屈服段統(tǒng)一以5mm/min的速率進行拉伸.圖6顯示,在同一拉伸速率情況下,JISz2241標(biāo)準(zhǔn)中的5號試樣比138號試樣測得的延伸率數(shù)值高約46

10、%.綜合拉伸速率與試驗片規(guī)格參數(shù)不同對延伸率測量結(jié)果的影響,差異非常大.如選用同一304材料在其它試驗條件相同的情況下,以5號試樣在15mm/min拉伸速率下測得的延伸率數(shù)值比13B號試樣以30mm/min拉伸速率下測得的延伸率數(shù)值約高l0%.由此可見,不同拉伸試驗參數(shù)下測得的延伸率數(shù)值不能作為判斷材料優(yōu)劣的依據(jù).4結(jié)論4.1304鋼種中的C,N元素有利于延伸率的提高,但過高的C,N含量易造成冷加工后的時效開裂,不利于冷沖壓加工;4.2試驗條件對延伸率測量結(jié)果有顯著影響,在其它試驗條件相同的情況下,延伸率測量值隨拉伸速率的增大而下降;在其它試驗條件及試驗片標(biāo)距相同的情況下,試驗片寬度的增加有利于延伸率測量值的提高.4.3延伸率測量值不能作為衡量材料冷沖壓性能的單獨指標(biāo),應(yīng)與材料的化學(xué)成份及拉伸試驗條件同時分析.只有在的化學(xué)成份及拉伸試驗條件相同的情況下,選擇延伸率數(shù)值相