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工程材料
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不銹鋼的加工性能

時間:2020/6/25 14:50:01   作者:未知   來源:網絡文摘   閱讀:0   評論:0

    材料適應實際生產工藝要求的能力。亦稱為“加工性能”。對材料使用某種加工方法或過程,以獲得優質制品的可能性或難易程度。如鑄造性、鍛造性、深沖性、彎曲性、切削性、可焊性、淬透性等。工藝性能往往由多種因素 (物理的、化學的、力學的) 的綜合作用決定。

一、成形性能
    不銹鋼的成形性能因鋼種的不同,即結晶結構的不同而有很大的差異。如鐵素體型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼的成形性能由于前者的晶體結構是體心立方,而后者的晶體結構是面心立方而有顯著的差異。
    鐵素體不銹鋼的凸緣成形性能與n值(加工硬化指數)有關,深沖加工性能與r值(塑性應變化)有關。其中r值由不同的生產工藝下的不同的組織集合來決定。采取一些措施來顯著減少固溶碳和固溶氮,可大大改善r值并使深沖性能得到大幅度的提高。
    奧氏體型不銹鋼一般來說n值較大,在進行加工的過程中由于塑性誘發相變而生成馬氏體,因而有較大的n值和延伸率,可進行深沖加工和凸緣成形。有一部分奧氏體型不銹鋼在深沖加工后,經一段時間會產生與沖壓方向相一致的縱向裂紋,即所謂的“時效裂紋”。為此采用高鎳,低氮和低碳的奧氏體型不銹鋼可避免該缺陷的發生。
    奧氏體型不銹鋼中所含的鎳可明顯降低鋼的冷加工硬化傾向,其原因是可使奧氏體的穩定性增加,減少或消除了冷加工過程中的馬氏體轉變,降低了冷加工硬化速率,強度降低和塑性提高。
在雙相不銹鋼中增加鎳的含量可降低馬氏體轉變溫度,從而改善了冷加工變形性能。
在評價不銹鋼鋼板的成形加工性時,一般以綜合成形性能來標志。該綜合成形性能是由標志斷裂極限的抗斷裂性(深沖性能、凸緣成形性能、邊部延伸性能、彎曲性能),標志成形模具和材料的配合性的抗起皺性,標志卸載后固定形狀的形狀固定性等組成。
    對不銹鋼鋼板的工藝性能進行評價主要有以下試驗方法:
(1)拉伸試驗;
(2)彎曲試驗;
(3)沖壓成形試驗;
(4)擴口試驗;
(5)沖擊試驗。
    對不銹鋼鋼管的工藝性能進行評價主要有以下幾項:
(1)拉伸試驗
(2)擴管試驗
(3)壓扁試驗
(4)壓潰試驗
(5)彎曲試驗
二、焊接性能
    在不銹鋼的應用中對不銹鋼結構進行焊接和切割是不可避免的。由于不銹鋼本身所具有的特性,與普碳鋼相比不銹鋼的焊接及切割有著其特殊性,更易在其焊接接頭及熱影響區(HAZ)產生各種缺陷。焊接時要特別注意不銹鋼的物理性質。例如奧氏體型不銹鋼的熱膨脹系數是低碳鋼和高鉻系不銹鋼的1.5倍;導熱系數約是低碳鋼的1/3,而高鉻系不銹鋼的導熱系數約是低碳鋼的1/2;比電阻是低碳鋼的4倍以上,而高鉻系不銹鋼是低碳鋼的3倍。這些條件加上金屬的密度、表面張力、磁性等條件都對焊接條件產生影響。
    馬氏體型不銹鋼一般以13%Cr鋼為代表。它進行焊接時,由于熱影響區中被加熱到相變點以上的區域發生γ—α(M)相變,因此存在低溫脆性、低溫韌性惡化、伴隨硬化產生的延展性下降等問題。因而對于一般馬氏體型不銹鋼焊接時需進行預熱,但碳、氮含量低的和使用丁系焊接材料時可不需預熱。焊接熱影響區的組織通常又硬又脆。對于這個問題,可通過進行焊后熱處理使其韌性和延展性得到恢復。另外碳、氮含量最低的牌號,在焊接狀態下也有一定的韌性。
    鐵素體型不銹鋼以18%Cr鋼為代表。在含碳量低的情況下有良好的焊接性能,焊接裂紋內敏感性也較低。但由于被加熱至900℃以上的焊接熱影響區晶粒顯著變粗,使得在室溫下缺少延伸性和韌性,易發生低溫裂紋。也就是說,一般來講鐵素體型不銹鋼有475℃脆化、700—800℃長時間加熱下發生“相脆性、夾雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、碳化物析出引起耐蝕性下降以及高合金鋼中易發生的延遲裂紋等問題。通常應在焊接時進行焊前預熱和焊后熱處理,并在具有良好韌性的溫度范圍進行焊接。
    奧氏體型不銹鋼以18%
    Cr—8%Ni鋼為代表。原則上不須進行焊前預熱和焊后熱處理。一般具有良好的焊接性能。但其中鎳、鉬含量高的高合金不銹鋼進行焊接時易產生高溫裂紋。另外還易發生σ相脆化,在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體引起低溫脆化,以及耐蝕性下降和應力腐蝕裂紋等缺陷。經焊接后,焊接接頭的力學性能一般良好,但當在熱影響區中的晶界上有鉻的碳化物時會極易生成貧鉻層,而貧鉻層的出現將在使用過程中易產生晶間腐蝕。為避免問題的發生,應采用低碳(C≤0.03%)的牌號或添加鈦、鈮的牌號。為防止焊接金屬的高溫裂紋,通常認為控制奧氏體中的δ鐵素體肯定是有效的。一般提倡在室溫下含5%以上的δ鐵素體。對于以耐蝕性為主要用途的鋼,應選用低碳和穩定的鋼種,并進行適當的焊后熱處理;而以結構強度為主要用途的鋼,不應進行焊接后熱處理,以防止變形和由于析出碳化物和發生σ相脆化。
    雙相不銹鋼的焊接裂紋敏感性較低。但在熱影響區內鐵素體含量的增加會使晶間腐蝕敏感性提高,因此可造成耐蝕性降低及低溫韌性惡化等問題。
    對于沉淀硬化型不銹鋼有焊接熱影響區發生軟化等問題。
    綜上所述,不銹鋼的焊接性能主要表現在以下幾個方面:
(1)高溫裂紋:在這里所說的高溫裂紋是指與焊接有關的裂紋。高溫裂紋可大致分為凝固裂紋、顯微裂紋、HAZ(熱影響區)的裂紋和再加熱裂紋等。
(2)低溫裂紋:在馬氏體型不銹鋼和部分具有馬氏體組織的鐵素體型不銹鋼中有時會發生低溫裂紋。由于其產生的主要原因是氫擴散、焊接接頭的約束程度以及其中的硬化組織,所以解決方法主要是在焊接過程中減少氫的擴散,適宜地進行預熱和焊后熱處理以及減輕約束程度。
(3)焊接接頭的韌性:在奧氏體型不銹鋼中為減輕高溫裂紋敏感性,在成分設計上通常使其中殘存有5%—10%的鐵素體。但這些鐵素體的存在導致了低溫韌性的下降。在雙相不銹鋼進行焊接時,焊接接頭區域的奧氏體量減少而對韌性產生影響。另外隨著其中鐵素體的增加,其韌性值有顯著下降的趨勢。
    已證實高純鐵素體型不銹鋼的焊接接頭的韌性顯著下降的原因是由于混入碳、氮、氧的緣故。其中一些鋼的焊接接頭中的氧含量增加后生成了氧化物型夾雜,這些夾雜物成為裂紋發生源或裂紋傳播的途徑使得韌性下降。而有一些鋼則是由于在保護氣體中混入了空氣,其中的氮含量增加在基體解理面{100}面上產生板條狀Cr2N,基體變硬而使得韌性下降。
(4)σ相脆化:奧氏體型不銹鋼、鐵素體不銹鋼和雙相鋼易發生σ相脆化。由于組織中析出了百分之幾的α相,韌性顯著下降!跋嘁话闶窃600~900℃范圍內析出,尤其在75℃左右最易析出。作為防止”相產生的預防型措施,奧氏體型不銹鋼中應盡量減少鐵素體的含量。
(5)475℃脆化,在475℃附近(370—540℃)長時間保溫時,使Fe—Cr合金分解為低鉻濃度的α固溶體和高鉻濃度的α’固溶體。當α’固溶體中鉻濃度大于75%時形變由滑移變形轉變為孿晶變形,從而發生475℃脆化。
三、切削性能
    不同的不銹鋼的切削性能有很大的差異。一般所說不銹鋼的切削性能比其他鋼差,是指奧氏體型不銹鋼的切削性能差。這是由于奧氏體不銹鋼的加工硬化嚴重,導熱系數低造成的。為此在切削過程中需使用水性切削冷卻液,以減少切削熱變形。特別是當焊接時的熱處理不好時,無論是怎樣提高切削精度,其變形也是不可避免的。其他類型如馬氏體型不銹鋼、鐵素體性不銹鋼等不銹鋼的切削性能只要不是淬火后進行切削,那么與碳素鋼沒有太大的不同。但兩者均是含碳量越高則切削性能越差。沉淀硬化型不銹鋼由于其不同的組織和處理方法而顯示不同的切削性能,但一般來說其切削性能在退火狀態下與同一系列及同一強度的馬氏體型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼相同。
    欲改善不銹鋼的切削性能,與碳素鋼一樣可通過添加硫、鉛、鉍、硒和碲等元素來實現。其中添加如硫、硒和碲等元素可減輕工具的磨損,添加鉛和鉍等元素可改善切削狀態。
雖然添加硫可改善不銹鋼的切削性能,但是由于它是以Mns化合物的形式在于鋼中,所以使得耐蝕性明顯下降。為解決這個問題,通常是添加少量的鉬和銅。
四、淬透性
    對于馬氏體型鉻鎳不銹鋼,一般需進行淬火—回火熱處理。在這個過程中不同的合金元素及其添加量對淬火性有不同的影響。
    對馬氏體型不銹鋼進行淬火時從925—1075℃溫度進行急冷。由于相變速度快,因此無論是油冷還是空冷都可得到充分的硬化。同樣在必須進行的回火過程中,由于回火條件的不同可得到大范圍的不同力學性能。
    在馬氏體鉻不銹鋼中,由于鉻的添加提高鐵碳合金的淬透性,因而在需要進行淬火的鋼中得到廣泛的應用。鉻的主要作用是可以降低淬火的臨界冷卻速度,使鋼的淬透性得到明顯的提高。從C曲線來看,由于鉻的添加使奧氏體發生轉變的速度減慢,C曲線明顯右移。
    在馬氏體鉻鎳不銹鋼中,鎳的添加可提高鋼的淬透性和可淬透性。含鉻接近20%的鋼中若不添加鎳則無淬火能力,添加2%—4%的鎳可恢復淬火能力。但其中鎳的含量不能過高,否則過高的鎳含量不僅會擴大γ相區,而且還會降低Mn溫度,這樣使鋼成為單相奧氏體組織也喪失了淬火能力。選擇適當的鎳含量,可提高馬氏體不銹鋼的回火穩定性,并降低回火軟化程度。


標簽:不銹鋼工藝性能 

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