JFE443CT不銹鋼板最佳成形技術
時間：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相當的鐵素體系鋼板正在不少應用領域持續普及，特別是在鎳價格高漲的情況下，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行加工，有時是困難的。這是由于兩者本質的結晶結構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，分情況設計部件，即可對JFE443CT等鐵素體系材料進行復雜的成形加工。
2 材料的力學性能
SUS304因產生了加工感應相變而顯示了較高的加工硬化特性，故拉伸強度較高，延伸率高達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，拉伸強度低，延伸率30%左右。
關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良的深沖特性。
根據上述兩種鋼的單軸拉伸試驗所得的二者的應力——應變曲線可知：JFE443CT初始屈服應力有高的傾向，而且，兩種鋼的應力—應變曲線在應變小于0.1的區間交叉。
（1）深沖、凸肚特性。進行極限深沖比（LDR）試驗的結果表明，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于縱壁強度而言較小的緣故。
利用杯突試驗進行的球底凸肚試驗結果表明，在這樣單純的凸肚加工中，加工性的優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結果可知，二者的深沖和凸肚的復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級板材進行180°粘合彎曲試驗后，對彎曲部斷面的觀察結果表明，JFE443CT和SUS304均可同樣彎曲180°而沒有問題。但在嚴格的彎曲場合，JFE443CT材有時會在外表面產生微小的皺折而使表面粗糙（白化）， 甚至發生內表面折進去的現象。這是因為其晶粒直徑比SUS304的要大，易在自由表面產生不均勻皺折，且因加工硬化小而應變易于集中之故。但因開發鋼的加工硬化小，故其密合度一般是優良的。
（3）剪切、沖裁特性。對SUS304和JFE443CT進行沖裁試驗后的斷面和外觀的觀察結果表明,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。通過沖裁試驗查明毛邊高度與沖裁間隙之間的關系：沖裁SUS304時，在間隙為10%附近有毛邊高度成為零的條件；而在沖裁JFE443CT時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）擴孔特性。
通過采用.10mm凸模沖孔求出擴孔率（λ值）的試驗，查明了凸模與凹模間隙與λ值之間的關系而得知：SUS304的λ值約等于50%左右，而JFE443CT的λ值約200%，即后者的擴孔性要優良的多。這是由于前者因加工感應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稱，對裂紋敏感，從而惡化了擴孔性。另外，JFE443CT比同為單相鐵素體組織的SUS430擴孔性優良的原因，是更高的純凈化而提高了鋼材的局部延性之故。
（5）彈回特性。從將鋼材進行90°模型彎曲并脫模后的彈回量觀察結果可知，由于彎曲部曲率半徑（R）的不同，彈回量呈現相反地情況：R=100的大曲率轉角時，JFE443CT的彈回量較之SUS304的大；而當R=4或10的小曲率轉角時，則是后者的彈回量大些。
彈回量與加工終了時的材料強度和楊氏彈性模量之比成正比例。轉角曲率半徑大則應變量小，而應變量小的區域正是JFE443CT的高屈服應力范圍，故其彈回量就增大了。另一方面，在轉角曲率小時，SUS304的屈服應力變高了，故其彈回量也增大了。
（6）多級成形特性。從將兩鋼種的2B材以8道工序圓筒深沖進行深沖比達5.6的高應變加工結果可知：兩種鋼材都可進行最終階段加工，但SUS304材上加工數小時后發生了自生裂紋，這是奧氏體系材料特有的現象；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變區域的延性（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，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。根據前述的兩鋼種加工特性優劣的比較，現歸納JFE443CT應注意的加工性如下：
a.深沖特性優良而凸肚特性差；b.加工硬化（量）小；c.應變容易局部集中；d.在彎曲等變形中表面易產生折皺（白化）；e.剪切、沖裁加工時毛邊高；f.擴孔（沖孔）特性極為優良；g.在大R轉角彎曲中彈回大，而在小R轉角彎曲中的彈回小；h.即使進行大應變加工也不產生自裂。
3 結語
作為通用無錫不銹鋼SUS304的替代鋼種，降低了成本的JFE443CT顯然有較強的競爭力。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。經過一系列試驗研究，查明了開發鋼的優缺點，特別是在加工性和加工技術方面與奧氏體鋼的差別，從而指出了開發鋼的最佳加工工藝。 采用該技術已促進了JFE443CT的擴大應用，并不斷取代SUS304。