鐵素體不銹鋼就是平常所說的鉻不銹鋼(包含在400系中),碳含量較低(C<0.1%),盡管部分鐵素體不銹鋼含有少量的添加合金鉬和穩(wěn)定元素鈦,但與碳鋼相比較,鐵素體不銹鋼具有與碳鋼不同的力學性能,它們的冷成型方法與碳鋼有所不同。鐵素體不銹鋼冷成型加工和奧氏體不銹鋼是一樣的,但是變形的情況有差異。與碳鋼比較,鐵素體不銹鋼的屈服強度比較高,這就意味著同樣的、一定量的變形需要更大的變形力,較高的抗拉極限強度意味著在材料破裂之前需要高的負載,低的延伸率意味著斷裂之前只允許有較低的塑性變形。盡管其成型需要較高的起始變形應力,但在變形進行過程中不需要負載/應力的增加,因為鐵素體不銹鋼的加工硬化程度遠達不到奧氏體不銹鋼的相等程度。鐵素體不銹鋼具有較低的缺口塑性,這就意味著施加負載時的速度應該低于低合金或者普通碳鋼。在振動負載和低溫情況下變形,鐵素體不銹鋼有開裂的傾向。
在冷加工過程中,10Cr17(430)鋼的屈服強度快速向抗拉極限強度靠攏,見圖4-4。因為塑性變形(冷成型)的發(fā)生,必須超過屈服點。屈服應力和極限抗拉應力的會聚和接近,容易引起開裂,典型的鐵素體不銹鋼就是這樣。隨著冷加工程度的提高,塑性快速下降,所以鐵素體不銹鋼成型必須使用完全退火的板材,即使如此,在成型加工過程中,有時也需要中間退火。
鐵素體不銹鋼在旋壓或者輥式彎曲成型時,冷加工程度的不斷增加,塑性會逐漸下降,與普碳鋼相比,更加需要中間退火。雖然如此,像06Cr11Ti(409)和10Cr17(430)鋼還是經(jīng)常被用在如落料、折彎、深沖或旋壓等成型加工中。
圖4-4和圖4-5表明,鐵素體型不銹鋼10Cr17(430)的抗拉強度與屈服強度之間的區(qū)域范圍,隨著冷加工變形量的增加,抗拉強度與屈服強度之間的區(qū)域范圍明顯變窄。這是鐵素體型不銹鋼的典型性質(zhì),它使其成型加工受到限制(與奧氏體合金相比較)。盡管10Cr17(430)型鋼的成型性比300型鋼為差,但仍可對其進行沖切、彎曲、沖壓或旋壓等成型加工。10Cr17(430)型不銹鋼最重要的用途之一是用作汽車裝飾件和嵌條。
對于鐵素體不銹鋼來說,其沖壓成型性能與延伸率一般是隨著鉻含量的增加而降低的。為了解決這一問題,當沖壓成型鉻含量高的毛坯時,沖壓成型前可對其適當進行加熱,以提高其沖壓成型性能和延伸率。在加熱的情況下,金屬的延伸率會大大提高,而且所需成型力大大下降。對那些不能冷成型加工的鋼種,采用加熱成型的方法就可順利進行了。
鐵素體不銹鋼采用121~204℃的熱成型,比其冷成型性能大為改善,尤其是高鉻鐵素體不銹鋼。
鐵素體不銹鋼的凸緣成型性能與n值(加工硬化指數(shù))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(chǎn)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。鐵素體不銹鋼成型方式的適應性,見表4-2。
大部分鐵素體不銹鋼在加工硬化方面的行為與普通碳鋼相類似。由于鐵素體不銹鋼具有較高的起始屈服強,它們在起始成型加工時就需要較大的變形力。
在深沖成型過程中,鉻-鎳不銹鋼(奧氏體)的最佳沖壓變形率為40%~60%,而純鉻鐵素體不銹鋼的最佳變形率剛為20%~30%.影響變形率大小的主要因素是模具圓角半徑,其次則與沖頭端部半徑大小有關。如果模具圓角半徑減小,則沖壓性能變壞。典型沖頭和沖模的圓角半徑一般不小于金屬厚度的5~10倍。
馬氏體型不銹鋼就是常說的普通Cr不銹鋼,一般具有相對較高的碳含量(0.15%~1.2%),它們也屬于400系列不銹鋼。在全退火狀態(tài)下,12Cr12(403)和12Cr13(410)鋼的成型特性,非常類似于某些鐵素體不銹鋼。
含碳量較高的馬氏體不銹鋼,如30Cr13(420)、17Cr16Ni2(431)和108Cr17(440C)就不推薦用冷成型方式來加工。