304不锈钢薄板的延伸率与冷加工成形性关系研究

1、304不锈钢薄板的延伸率与冷加工成形性关系研究304不锈钢薄板的延伸率与冷加工成形性关系研究宁波宝新不锈钢有限公司邬珠仙张朝波张波摘要:分析研究了304钢种不同C,N含量对延伸率及拉深,翻孔冷加3-成形性能的影响,采用单向拉伸试验研究了不同拉伸速率,试样规格与304-2B不锈钢冷轧薄板延伸率测量值的关系得出延伸率测量值随拉伸速率的提高而下降,随试样横截面的增大及C,N含量的增加而提高,翻孔及拉深成材率随C,N含量的增加而下降.说明在冷冲压用304不锈钢选材时,应综合考虑材料的化学成份,延伸率测量值以及拉伸试验参数,只有在拉伸试验条件及化学成份一致的情况下,延伸率测量值才能作为选材的依据之一.关

2、键词:延伸率测量值化学成份拉伸速率试验规格冷加工成形性1前言近年来随着中国制造业的飞速发展及人民生活水平的不断提高,304不锈钢因其精美的外观,以及优良的生产制造,加工成形,耐腐蚀等综合性能,在水槽,厨房用锅,太阳能热水器等制品及家电业的使用量逐步扩大,制品厂更遍布江浙,广东,山东等地.由于一般制品厂规模较小,普遍缺乏检测手段,在挑选不锈钢材料时多以生产厂出厂质保书的延伸率测量值作为判断材料成形性依据.虽然304材料的延伸率取决于其本身的化学成份,组织结构等因素,但同一材料通过不同的拉伸试验过程所得到的测量结果却并不相同,所以往往发生延伸率测量值较高但成形性不良的现象.本文对化学成份与延伸率及

3、冷加工成形性关系进行了研究分析,对延伸率测量值与拉伸试验参数关系的进行了试验研究,以供不锈钢冷成形加工者选材时参考.2化学成份与延伸率及冷加工成形性关系研究Fe,cr,Ni,Mn,Si,C,N及P,S等是304钢种的基本形成元素,各元素对延伸率及冷加工成形性的影响有所相同.特别是其中的C,N元素,既可促进延伸率的提高,又降低冷加工成形性能,是造成冷加工后时效开裂的主要原因.2.1化学成份对304不锈钢延伸率的影响Ni,c,N,Mn都是奥氏体形成元素,其中C,N是较强的奥氏体形成及稳定化元素.经相关学者的研究,M当量的增加可提高奥氏体不锈钢的延伸率,对应关系见图1一Ni当量与延伸率关系图

4、8;.镬廿4.54.O一3.53.02.5Ni(%)图1ANi与延伸率关系图图中Ni=Ni+35.(%C+%N)+0.5冰%Mn-(20一Cr)2/1215,可见C,N对延伸率的提升作用非常显着,是Ni的35倍.2.2化学成份对304不锈钢冷加工成形性的影响根据Ni当量=%Ni+30*(%C十N)十0.5术Mn计算公式|2J,以及图1Ni与延伸率的关系,C,N不仅是较强的奥氏体形成及稳定化元素,且对提高延伸率非常有效,因此大部分不锈钢冶炼厂家会采用提高C,N含量的方法来增加304不锈钢基体中奥氏体的比例,以节约昂贵的Ni成份.21由于C,N在不锈钢中以间隙元素的形态存在,对不锈钢材料的固溶强化

5、及形变强化效果非常显着,极易造成冷冲压后制品的时效开裂或翻孑L开裂现象,图2,图3为时效开裂及翻孔开裂样品.图2时效开裂样品图3翻孔开裂样品图4为C,N含量与304钢种发生时效开裂极限深冲比的关系3,由图显示不同N含量的304钢种的时效开裂极限深冲比都随C含量的增加而下降,且在C含量较低时,N的时效开裂作用更加明显,当C含量达到0.06%以上时,N含量的作用趋于接近.图4c,N含量与304钢种时效开裂的关系因此,对于极限深冲比要求较高的冷加工产品(如大于2.6),要求选择C,N含量都相对较低的材料.对于极限深冲比在2.02.5的冷冲压加工,根据笔者的经验,如C含量在0.065%以上,即使N含量

6、控制在0.03%以下,也会有较高的时效开裂率,可见均衡控制C,N含量的重要性.当然,冷冲压加工的成材率还受材料组织结构的影响,并与冷冲压加工工艺密不可分,如压边力,中间退火等,在此就不作详细讨论.3拉伸试验参数与延伸率测量值关系研究室温拉伸试验是力学性能试验中最基础,最常用的试验,目前不同国家的室温拉伸试验标准中关于拉伸试验参数的控制要求及控制范围并不相同,且同一拉伸试验标准中的试验参数也具有较宽的控制范围.而不同试验参数的设定对试验结果有较大影响,特别是关于拉伸试验速度及试验样片规格,由于不同的不锈钢生产厂选取的试验参数的不同,导致测量结果的偏差,从而使延伸率测量值不能确切地反映不同厂家材料

7、在性能上的差异性.3.1拉伸试验速率与延伸率测量值关系的试验研究各国在拉伸试验标准中关于拉伸速率都有具体规定,为验证不同拉伸速率对材料延伸率测量结果的影响,进行了不同拉伸速率条件下的延伸率测量值对比试验,测量结果见图5.瓣錾黼立l啭躲m,囊in图5304钢种在不同拉伸速度下的延伸率测量值注:试验设定温度为23±50c,取样方向为垂直于轧制方向,试样厚度o.8mm,试样的加工方式为车削加工,在同一钢卷的中部取样(化学成份见表1),采用JISz2241标准的13B号试样,试验在岛津AGIOOKN拉伸试验机上进行,屈服段统一以5mm/min的速率进行拉伸.22表1试验用304钢种的主要化学

8、成份化学元素CSiMnP含量(%重量)0.043O.531.120.032化学元素SCrNiN含量(%重量)0.00118.058.020.055由图5显示,随着拉伸速率的提高抗拉强度及延伸率测量值均降低,即在拉伸标准规定范围内,拉伸试验速率对304钢种的延伸率测量值产生显着的影响,如以15mm/min拉伸速率下测得的延伸率比在30mm/min拉伸速率下测得的延伸率数值高约4%.这种现象可以用形变马氏体理论进行解释,即当拉伸速度较快时,形变产生的热量使试验片温度升高较快,形变马氏体的生成量减少,从而使抗拉强度及延伸率测量值降低.3.2试验样片规格与延伸率测量值关系研究各国在拉伸试验标准中除拉伸

9、速率有不同规定外,试验片规格也有所不同,为验证不同拉伸试片对材料延伸率测量结果的影响,采用JISz2241标准的5号,13B号试样进行拉伸试验,延伸率测量结果见图6.7s静莹7.656ess5O450102030碡050投1事遴率mm/min图6不同拉伸试验样片延伸率测量值对比注:试验设定温度为23±5,取样方向为垂直于轧制方向,试样厚度0.8lTrI,试样的加工方式为车削加工,在同一钢卷的中部取样,试验在岛津AGIOOKN拉伸试验机上进行,屈服段统一以5mm/min的速率进行拉伸.图6显示,在同一拉伸速率情况下,JISz2241标准中的5号试样比138号试样测得的延伸率数值高约46

10、%.综合拉伸速率与试验片规格参数不同对延伸率测量结果的影响,差异非常大.如选用同一304材料在其它试验条件相同的情况下,以5号试样在15mm/min拉伸速率下测得的延伸率数值比13B号试样以30mm/min拉伸速率下测得的延伸率数值约高l0%.由此可见,不同拉伸试验参数下测得的延伸率数值不能作为判断材料优劣的依据.4结论4.1304钢种中的C,N元素有利于延伸率的提高,但过高的C,N含量易造成冷加工后的时效开裂,不利于冷冲压加工;4.2试验条件对延伸率测量结果有显着影响,在其它试验条件相同的情况下,延伸率测量值随拉伸速率的增大而下降;在其它试验条件及试验片标距相同的情况下,试验片宽度的增加有利于延伸率测量值的提高.4.3延伸率测量值不能作为衡量材料冷冲压性能的单独指标,应与材料的化学成份及拉伸试验条件同时分析.只有在的化学成份及拉伸试验条件相同的情况下,选择延伸率数值相