铁素体不锈钢就是平常所说的铬不锈钢(包含在400系中),碳含量较低(C<0.1%),尽管部分铁素体不锈钢含有少量的添加合金钼和稳定元素钛,但与碳钢相比较,铁素体不锈钢具有与碳钢不同的力学性能,它们的冷成型方法与碳钢有所不同。铁素体不锈钢冷成型加工和奥氏体不锈钢是一样的,但是变形的情况有差异。与碳钢比较,铁素体不锈钢的屈服强度比较高,这就意味着同样的、一定量的变形需要更大的变形力,较高的抗拉极限强度意味着在材料破裂之前需要高的负载,低的延伸率意味着断裂之前只允许有较低的塑性变形。尽管其成型需要较高的起始变形应力,但在变形进行过程中不需要负载/应力的增加,因为铁素体不锈钢的加工硬化程度远达不到奥氏体不锈钢的相等程度。铁素体不锈钢具有较低的缺口塑性,这就意味着施加负载时的速度应该低于低合金或者普通碳钢。在振动负载和低温情况下变形,铁素体不锈钢有开裂的倾向。
在冷加工过程中,10Cr17(430)钢的屈服强度快速向抗拉极限强度靠拢,见图4-4。因为塑性变形(冷成型)的发生,必须超过屈服点。屈服应力和极限抗拉应力的会聚和接近,容易引起开裂,典型的铁素体不锈钢就是这样。随着冷加工程度的提高,塑性快速下降,所以铁素体不锈钢成型必须使用完全退火的板材,即使如此,在成型加工过程中,有时也需要中间退火。
铁素体不锈钢在旋压或者辊式弯曲成型时,冷加工程度的不断增加,塑性会逐渐下降,与普碳钢相比,更加需要中间退火。虽然如此,像06Cr11Ti(409)和10Cr17(430)钢还是经常被用在如落料、折弯、深冲或旋压等成型加工中。
图4-4和图4-5表明,铁素体型不锈钢10Cr17(430)的抗拉强度与屈服强度之间的区域范围,随着冷加工变形量的增加,抗拉强度与屈服强度之间的区域范围明显变窄。这是铁素体型不锈钢的典型性质,它使其成型加工受到限制(与奥氏体合金相比较)。尽管10Cr17(430)型钢的成型性比300型钢为差,但仍可对其进行冲切、弯曲、冲压或旋压等成型加工。10Cr17(430)型不锈钢最重要的用途之一是用作汽车装饰件和嵌条。
对于铁素体不锈钢来说,其冲压成型性能与延伸率一般是随着铬含量的增加而降低的。为了解决这一问题,当冲压成型铬含量高的毛坯时,冲压成型前可对其适当进行加热,以提高其冲压成型性能和延伸率。在加热的情况下,金属的延伸率会大大提高,而且所需成型力大大下降。对那些不能冷成型加工的钢种,采用加热成型的方法就可顺利进行了。
铁素体不锈钢采用121~204℃的热成型,比其冷成型性能大为改善,尤其是高铬铁素体不锈钢。
铁素体不锈钢的凸缘成型性能与n值(加工硬化指数)有关,深冲加工性能与r值(塑性应变化)有关。其中r值由不同的生产工艺下的不同的组织集合来决定。采取一些措施来显著减少固溶碳和固溶氮,可大大改善r值,并使深冲性能得到大幅度的提高。铁素体不锈钢成型方式的适应性,见表4-2。
大部分铁素体不锈钢在加工硬化方面的行为与普通碳钢相类似。由于铁素体不锈钢具有较高的起始屈服强,它们在起始成型加工时就需要较大的变形力。
在深冲成型过程中,铬-镍不锈钢(奥氏体)的最佳冲压变形率为40%~60%,而纯铬铁素体不锈钢的最佳变形率刚为20%~30%.影响变形率大小的主要因素是模具圆角半径,其次则与冲头端部半径大小有关。如果模具圆角半径减小,则冲压性能变坏。典型冲头和冲模的圆角半径一般不小于金属厚度的5~10倍。
马氏体型不锈钢就是常说的普通Cr不锈钢,一般具有相对较高的碳含量(0.15%~1.2%),它们也属于400系列不锈钢。在全退火状态下,12Cr12(403)和12Cr13(410)钢的成型特性,非常类似于某些铁素体不锈钢。
含碳量较高的马氏体不锈钢,如30Cr13(420)、17Cr16Ni2(431)和108Cr17(440C)就不推荐用冷成型方式来加工。