JFE443CT不锈钢板最佳成形技术
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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1 前言
以SUS430（16％Cr）为代表的铁素体系锈钢板与SUS304（18％Cr-8％Ni）为代表的奥氏体系不锈钢板相比，虽然价格便宜，但耐蚀性差，且加工性也低。然而最近，如JFE443CT（21％Cr-0.4％Cu-0.3％Ti）这样耐蚀性与SUS304相当的铁素体系钢板正在不少应用领域持续普及，特别是在镍价格高涨的情况下，其降低成本的作用是显著的。但是，若将原来使用奥氏体材料加工的部件，仍以原来的工具和工艺改用JFE443CT这样的铁素体材料进行加工，有时是困难的。这是由于两者本质的结晶结构不同造成加工特性的较大差异，特别是延性的不同。虽然JFE443CT较SUS430有所改善，但仍与SUS304明显不同。然而，没有必要因加工方面的问题而放弃铁素体系材料的低成本特性。只要深入研究材料基本加工特性，选择合适的加工方法，分情况设计部件，即可对JFE443CT等铁素体系材料进行复杂的成形加工。
2 材料的力学性能
SUS304因产生了加工感应相变而显示了较高的加工硬化特性，故拉伸强度较高，延伸率高达50%以上，显示了极高的特性。而由铁素体组成的JFE443CT与其它SUS430等铁素体系不锈钢一样，加工硬化小，拉伸强度低，延伸率30%左右。
关于表示材料各向异性的兰克福特值—即板状拉力试样的宽厚变形比，若观察三个方向的平均r值，则SUS304的r=1.0而JFE443CT的r=1.3，表明后者比前者具有更优良的深冲特性。
根据上述两种钢的单轴拉伸试验所得的二者的应力——应变曲线可知：JFE443CT初始屈服应力有高的倾向，而且，两种钢的应力—应变曲线在应变小于0.1的区间交叉。
（1）深冲、凸肚特性。进行极限深冲比（LDR）试验的结果表明，JFE443CT具有比SUS304更高的加工极限。这是由于前者的加工硬化程度小，r值高，凸缘的深冲抗力相对于纵壁强度而言较小的缘故。
利用杯突试验进行的球底凸肚试验结果表明，在这样单纯的凸肚加工中，加工性的优劣基本上由材料的延性值高低来决定。由于JFE443CT的延伸率仅约为SUS304的1/2。故前者的凸肚加工性要差些。
从上述两种钢的圆锥模杯突试验结果可知，二者的深冲和凸肚的复合成形性基本上是同等的。
（2）粘合弯曲特性。将两种钢的1.5mm厚度的2B级板材进行180°粘合弯曲试验后，对弯曲部断面的观察结果表明，JFE443CT和SUS304均可同样弯曲180°而没有问题。但在严格的弯曲场合，JFE443CT材有时会在外表面产生微小的皱折而使表面粗糙（白化）， 甚至发生内表面折进去的现象。这是因为其晶粒直径比SUS304的要大，易在自由表面产生不均匀皱折，且因加工硬化小而应变易于集中之故。但因开发钢的加工硬化小，故其密合度一般是优良的。
（3）剪切、冲裁特性。对SUS304和JFE443CT进行冲裁试验后的断面和外观的观察结果表明,较之SUS304，JFE443CT的剪切断面比率大， 断裂面比率小，这是由前述的二者的加工硬化特性有明显差异造成的。通过冲裁试验查明毛边高度与冲裁间隙之间的关系：冲裁SUS304时，在间隙为10%附近有毛边高度成为零的条件；而在冲裁JFE443CT时的毛边高度整体较高，为消除毛边须将冲裁间隙降至最低限度。这也是由两种钢的加工硬化特性的差异引起的；特别是由于在局部延伸率方面，SUS304的小而JFE4443CT的大，从而造成了二者断裂分离行为的不同。
（4）扩孔特性。
通过采用.10mm凸模冲孔求出扩孔率（λ值）的试验，查明了凸模与凹模间隙与λ值之间的关系而得知：SUS304的λ值约等于50%左右，而JFE443CT的λ值约200%，即后者的扩孔性要优良的多。这是由于前者因加工感应相变而使加工后的组织软硬二层化，由于不均匀而使剪切断面不对称，对裂纹敏感，从而恶化了扩孔性。另外，JFE443CT比同为单相铁素体组织的SUS430扩孔性优良的原因，是更高的纯净化而提高了钢材的局部延性之故。
（5）弹回特性。从将钢材进行90°模型弯曲并脱模后的弹回量观察结果可知，由于弯曲部曲率半径（R）的不同，弹回量呈现相反地情况：R=100的大曲率转角时，JFE443CT的弹回量较之SUS304的大；而当R=4或10的小曲率转角时，则是后者的弹回量大些。
弹回量与加工终了时的材料强度和杨氏弹性模量之比成正比例。转角曲率半径大则应变量小，而应变量小的区域正是JFE443CT的高屈服应力范围，故其弹回量就增大了。另一方面，在转角曲率小时，SUS304的屈服应力变高了，故其弹回量也增大了。
（6）多级成形特性。从将两钢种的2B材以8道工序圆筒深冲进行深冲比达5.6的高应变加工结果可知：两种钢材都可进行最终阶段加工，但SUS304材上加工数小时后发生了自生裂纹，这是奥氏体系材料特有的现象；而铁素体系的JFE443CT上却无此问题。另外，影响这种加工的主要因素有在大应变区域的延性（或加工硬化性）和二次加工脆性。虽然在这些方面，SUS304并不差，但在多极成形加工时，为了避免自生裂纹，还是选择高纯净化的铁素体系材料更为有利。
（7）JFE443CT的加工性小结。根据前述的两钢种加工特性优劣的比较，现归纳JFE443CT应注意的加工性如下：
a.深冲特性优良而凸肚特性差；b.加工硬化（量）小；c.应变容易局部集中；d.在弯曲等变形中表面易产生折皱（白化）；e.剪切、冲裁加工时毛边高；f.扩孔（冲孔）特性极为优良；g.在大R转角弯曲中弹回大，而在小R转角弯曲中的弹回小；h.即使进行大应变加工也不产生自裂。
3 结语
作为通用无锡不锈钢SUS304的替代钢种，降低了成本的JFE443CT显然有较强的竞争力。然而，因其是铁素体系钢种，故成形性与奥氏体不锈钢有较大差异。经过一系列试验研究，查明了开发钢的优缺点，特别是在加工性和加工技术方面与奥氏体钢的差别，从而指出了开发钢的最佳加工工艺。 采用该技术已促进了JFE443CT的扩大应用，并不断取代SUS304。