304不銹鋼薄板的延伸率與冷加工成形性關系研究

1、304不銹鋼薄板的延伸率與冷加工成形性關系研究304不銹鋼薄板的延伸率與冷加工成形性關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,應綜合考慮材料的化學成份,延伸率測量值以及拉伸試驗參數,只有在拉伸試驗條件及化學成份一致的情況下,延伸率測量值才能作為選材的依據之一.關

2、鍵詞:延伸率測量值化學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廠出廠質保書的延伸率測量值作為判斷材料成形性依據.雖然304材料的延伸率取決于其本身的化學成份,組織結構等因素,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象.本文對化學成份與延伸率及

3、冷加工成形性關系進行了研究分析,對延伸率測量值與拉伸試驗參數關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化學成份與延伸率及冷加工成形性關系研究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.經相關學者的研究,M當量的增加可提高奧氏體不銹鋼的延伸率,對應關系見圖1一Ni當量與延伸率關系圖

4、8;.鑊廿4.54.O一3.53.02.5Ni(%)圖1ANi與延伸率關系圖圖中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化學成份對304不銹鋼冷加工成形性的影響根據Ni當量=%Ni+30*(%C十N)十0.5術Mn計算公式|2J,以及圖1Ni與延伸率的關系,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鋼種時效開裂的關系因此,對于極限深沖比要求較高的冷加工產品(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,根據筆者的經驗,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.當然,冷沖壓加工的成材率還受材料組織結構的影響,并與冷沖壓加工工藝密不可分,如壓邊力,中間退火等,在此就不作詳細討論.3拉伸試驗參數與延伸率測量值關系研究室溫拉伸試驗是力學性能試驗中最基礎,最常用的試驗,目前不同國家的室溫拉伸試驗標準中關于拉伸試驗參數的控制要求及控制范圍并不相同,且同一拉伸試驗標準中的試驗參數也具有較寬的控制范圍.而不同試驗參數的設定對試驗結果有較大影響,特別是關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廠選取的試驗參數的不同,導致測量結果的偏差,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系的試驗研究各國在拉伸試驗標準中關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(化學成份見表1),采用JISz2241標準的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

8、成份化學元素CSiMnP含量(%重量)0.043O.531.120.032化學元素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,即在拉伸標準規(guī)定范圍內,拉伸試驗速率對304鋼種的延伸率測量值產生顯著的影響,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值高約4%.這種現象可以用形變馬氏體理論進行解釋,即當拉伸速度較快時,形變產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系研究各國在拉伸試驗標準中除拉伸

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果的影響,采用JISz2241標準的5號,13B號試樣進行拉伸試驗,延伸率測量結果見圖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標準中的5號試樣比138號試樣測得的延伸率數值高約46

10、%.綜合拉伸速率與試驗片規(guī)格參數不同對延伸率測量結果的影響,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值比13B號試樣以30mm/min拉伸速率下測得的延伸率數值約高l0%.由此可見,不同拉伸試驗參數下測得的延伸率數值不能作為判斷材料優(yōu)劣的依據.4結論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,應與材料的化學成份及拉伸試驗條件同時分析.只有在的化學成份及拉伸試驗條件相同的情況下,選擇延伸率數值相