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不同变形量对0Cr21Ni6Mn9N不锈钢力学性能的影响

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第40卷　第11期　2005年11月钢铁Iron and Steel　Vol.40,No.11　November 2005不同变形量对0Cr21Ni6Mn9N 不锈钢力学性能的影响刘树勋,　刘宪民,　王维明(钢铁研究总院结构材料研究所,北京100081)摘　要:研究了不同变形量对不同氮含量的0Cr21Ni6Mn9N 不锈钢力学性能的影响。

结果表明,不同氮含量的0Cr21Ni6Mn9N 不锈钢都具有很强的加工硬化特性,冷变形使强度和硬度得到大幅度提高,但塑性会有所降低。

氮的质量分数为0120%～0148%的0Cr21Ni6Mn9N 不锈钢,控制变形量在20%以下,屈服强度可达到745MPa 以上,同时保持伸长率在25%以上。

分析表明,不同变形后钢的屈服强度与产生同等变形量的真应力具有很好的对应关系,且两者随变形量的变化规律基本相同。

该钢的加工硬化行为明显分为两种情况,应变水平低于约20%时,强度提高幅度很大,而应变水平高于约20%后,强度提高幅度相对较小了,其原因是变形机制不同。

关键词:奥氏体不锈钢;加工硬化;氮中图分类号:T G142.1 文献标识码:A 文章编号:04492749X (2005)1120067204E ffect of Cold Deform ation on Mechanical Propertiesof 0Cr21Ni6Mn9N Stainless SteelL IU Shu 2xun ,　L IU Xian 2min ,　WAN G Wei 2ming(Institute for Structural Materials of CISRI ,Beijing 100081,China )Abstract :The influence of cold deformation on mechanical properties of 0Cr21Ni6Mn9N stainless steel with different nitrogen contents was studied.The results show that the stainless steels 0Cr21Ni6Mn9N with different N content have strong work hardening characteristics and cold deformation can enhance the strength and hardness significantly ,whereas the ductility of the steel is decreased.With respect to the 0Cr21Ni6Mn9N stainless steel containing 0.20%～0.48%N ,when deformation is controlled below 20%,the yield strength can reach 745MPa and above ,while elongation can be maintained 25%and above.The variation of yield strength with deformation is correspond 2ing with L udwigson model ,the yield strength of the steel after different deformation is corresponding to the true stress for yielding equal strain very well.Both of them change with deformation in similar way.There are two kinds of work 2hardening of the steel :when strain is lower than about 20%,the enhancement of strength is quite great ,whereas ,when strain is higher than about 20%,the enhancement of strength is smaller because of different defor 2ming mechanism.K ey w ords :austenitic stainless steel ;work hardening ;nitrogen作者简介:刘树勋(19702),男,博士,高级工程师; E 2m ail :liushuxun @ ; 修订日期:2005201223 0Cr21Ni6Mn9N 属于含N 奥氏体不锈钢,具有强度高、塑韧性好及组织稳定性好等特点。

它可通过应变强化可获得高强度,常以冷加工态使用。

金属及合金的应变强化行为大多都可用L ud 2wik 方程或Hollomon 方程[1]来表示。

笔者研究了不同氮含量的0Cr21Ni6Mn9N 奥氏体不锈钢的塑性流变行为[2],表明用L udwigson 模型能很好的描述其加工硬化特性。

在实际生产过程中,不但要了解变形过程中应力-应变关系,更需要了解不同变形量对冷变形后组织和力学性能的影响。

本文研究了不同的实际变形量对0Cr21Ni6Mn9N 奥氏体不锈钢力学性能的影响,并结合该钢的加工硬化机制分析讨论了不同变形后力学性能的变化规律。

1　试验材料及方法试验材料为6种0Cr21Ni6Mn9N 奥氏体不锈钢,其化学成分见表1。

这6种钢主要化学成分基本相同,只是氮含量有所不同,氮的质量分数从0120%到0148%。

这6种钢均采用真空感应炉冶炼,浇成40kg 铸锭,在900～1150℃锻造成22mm ×30mm 方坯后,在1065℃固溶处理1h ,最后水淬。

　将固溶态材料加工成厚度分别为212、215、219、313、4.0、5.0、617、10.0、20.0mm 试样毛坯,然后冷轧成厚度为2mm 的薄板,使变形量控制在10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、钢　铁第40卷表1　试验合金的化学成分T able 1　Chemical composition of test alloys%试验钢w (C )w (Mn )w (Si )w (P )w (S )w (Cr )w (Ni )w (N )7号0.0068.600.300.00600.00818.91 6.440.208号0.0068.710.290.00590.00719.88 6.440.301号0.0088.420.240.00540.00619.24 6.200.332号0.0088.800.300.00570.00619.96 6.440.403号0.0078.860.260.00560.00519.90 6.480.424号0.0089.920.300.00540.00620.006.420.4890%,然后测试硬度、拉伸性能等力学性能指标,分析研究不同变形量对力学性能的影响。

2　试验结果及分析图1(a )～(c )分别给出不同程度变形后0Cr21Ni6Mn9N 不锈钢的硬度、抗拉强度(R m )和屈服强度(R p0.2),可以看出,加工硬化效果非常明显。

氮的质量分数为0133%的1号钢,未变形时硬度、R p0.2和R m 分别只有HRC13、395M Pa 和800M Pa ;冷轧变形1317%后,3项指标升高为HRC3117、800M Pa 和905M Pa ;变形53%后3项指标为HRC43、1215M Pa 和1315M Pa ;变形90%后3项指标更是高达HRC47、1460M Pa 和1590M Pa 。

其他氮含量的钢也表现出类似的规律,只是氮含量不同,强度指标略有不同,氮含量越高,强度越高,反之亦然。

冷变形使强度升高的同时,使塑性降低,如1号钢未变形时伸长率为48%,变形13.7%后伸长率为38%,变形53%后降低为14.5%,变形90%后更是降至10%。

其他氮含量的钢也有类似的规律,但与强度不同的是,氮含量越高的钢相应的塑性越低,见图1(d )。

(a )硬度;　(b )抗拉强度;　(c )屈服强度;　(d )伸长率图1　不同变形后的0C r21Ni6Mn9N 钢的力学性能Fig.1　Mechanical properties of 0C r21Ni6Mn9N stainless steel containing different nitrogen after different deform ation・86・第11期刘树勋等:不同变形量对0Cr21Ni6Mn9N 不锈钢力学性能的影响 从6种不同氮含量的钢强度和塑性随变形量的变化规律来看,变形量小于20%时加工硬化效果最为显著,如硬度和R p0.2都增大了近一倍;随变形进一步增大,硬度和R p0.2增加的幅度变小(分别约为HRC5和100M Pa );变形量超过50%后,硬度和R p012增加的速度进一步减小。

屈服强度和硬度随变形量的变化规律基本符合指数规律变化,但抗拉强度R m 这个现象不明显。

塑性同样是在变形量较低时下降速度较快,变形35%使1号钢的伸长率从48%下降至17%;当变形量超过约35%时,塑性损失速率变小,如变形量从35%增加至90%,1号钢伸长率从17%下降到10%。

因此,在利用冷变形提高0Cr21Ni6Mn9N 钢强度的同时,必须考虑到塑性的损失,在保证获得需要强度的条件下控制变形量,以保证一定的塑性指标。

总体来看,控制变形量在20%以下,6种不同氮含量的钢的屈服强度可达到745M Pa 以上,同时伸长率都能保持在25%以上。

3　讨论冷变形对0Cr21Ni6Mn9N 钢强度的影响规律与其加工硬化特性密切相关。

笔者研究了不同氮含量的0Cr21Ni6Mn9N 钢的塑性流变行为[2],表明其加工硬化规律符合L udwigson 方程:σ=K 1εn 1+e (k 2+n 2ε)(1)式中各参数列于表2中。

首先,将本文各个冷轧变形换算成真应变ε后代入方程(1)就可计算出产生不同变形所需的真应力σ,图2给出6种钢产生不同变形所需的真应力σ及变形后钢的屈服强度R p0.2与实际变形量的关系曲线。

需要说明的是,σ是指使钢产生不同程度变形的真应力值,而R p0.2是指变形后的薄板制成拉伸试样,实际测试得到的屈服强度值。

可以看出,经不同变形量的加工硬化后钢的屈服强度R p0.2与产生表2　Ludwigson 方程中的各个参数及瞬变点的应力应变值(σL ,εL )T able 2　P arameters of Ludwigson equ ation and σL ,εL at the transient point试验钢K 1/MPan 1k 2-n 2εLσL /MPae L7号13430.329 5.50733.4040.1657420.1798号14220.319 5.44132.1940.1698070.1841号15380.354 5.58929.7190.1888520.2072号14900.365 5.62930.0460.1878080.2063号15550.359 5.64426.4640.2138920.2374号16580.3615.67927.9640.2039330.225(a )w (N )=0.20%;　(b )w (N )=0.30%;　(c )w (N )=0.33%;　(d )w (N )=0.40%;　(e )w (N )=0.42%;　(f )w (N )=0.48%图2　不同变形量相对应的真实应力T rue 2stress 、变形后的屈服强度R p0.2Fig.2　T rue stress ,yield strength R p0.2of steel after different deformation・96・钢　铁第40卷同等变形所需的真应力σ有很好的对应关系,且随变形量增加,以同样的规律增加,两者之间存在一个偏差。

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焊接专业论文

焊接专业论文

1绪论焊接技术自20世纪初期以后，几十年来获得迅猛发展，目前焊接结构已经基本上取代了铆接结构，并部分代替铸造和锻造结构。

焊接结构的用材量占钢产量的近50﹪，已广泛地应用于航空、航天、原子能、化工、造船、海洋工程、电子技术、建筑、机械制造等工业部门。

不锈钢产品之所以会迅速增长，与1950年以后采用宽幅的森吉米尔轧机、AOD和VOD精炼技术的开发、连铸等技术的进步是密不可分的，通过先进设备和技术的应用，降低了不锈钢大批量生产的成本，在诸如厨房器具等耐久消费品领域的应用开始普及，并且新领域的需求不断增长。

不锈钢的发展与市场需求、产品和生产技术的开发及生产技术的进步相关。

从1996年日本、北美、欧洲的不锈钢需求构成特点看，在日本，不锈钢用于厨房器具的比率较高，紧随其后的是建筑和产业机械领域；在北美，不锈钢用于汽车的比率较高，建筑和食品器具类次之；在欧洲，不锈钢用于产业机械的比率较高，其次是管道制品和金属加工制品。

不管是在哪个地区，不锈钢被广泛用于建筑、运输、厨房、电气、产业机械等各种领域，这是因为不锈钢所具有的耐久性、耐蚀性、美观性等优点能被世界所广泛认可，从而扩大了不锈钢的应用领域。

在高压容器、锅炉中，不锈钢焊接构件得到越来越广泛的应用，它不但能满足不同工作条件对材质的要求，而且通过焊接的方法连接成不同几何形状的零部件，生产、修复简便而且成本低。

如0Cr18Ni9钢是我国在80年代末引进外国的配方研制的。

低温钢适于在0℃以下应用的合金钢。

能在-196℃以下使用的，称为深冷钢或超低温钢。

低温钢主要应具有如下的性能：①韧性－脆性转变温度低于使用温度；②满足设计要求的强度；③在使用温度下组织结构稳定；④良好的焊接性和加工成型性；⑤某些特殊用途还要求极低的磁导率、冷收缩率等。

低温钢按晶体点阵类型一般可分为体心立方的铁素体低温钢和面心立方的奥氏体低温钢两大类。

铁素体低温钢一般存在明显的韧性－脆性转变温度，当温度降低至某个临界值（或区间）会出现韧性的突然下降。

N,V,B,Ti对钢铁性能的影响

N,V,B,Ti对钢铁性能的影响

N,V,B,Ti对钢铁性能的影响N元素1、铁素体溶解氮的能力很低。

当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后或随后在200～300℃加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。

钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除时效倾向。

2、氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

3、氮的有益作用：1）N亦是强烈的A体形成元素，在这点上它与Ni相似，比Ni作用强27倍，特别在不锈钢中得到广泛注意。

它有可能是代替Ni的重要元素之一，特别与Ni其同作用，稳定A体效果更好，尤利代Ni。

2）N还可在复杂的A体钢中借氮化物的析出而产生弥散硬化。

因此，可在无显著成绩脆性的情况下提高它的热强性。

3）N能提高高铬钢，特别是含V的的高铬工具钢的热硬性。

N能使这些钢的二次硬度的回火温度的间段增大，并使此间段向更高温方面移动，所以可得到较好的综合性能，在高铬钢中N还能改善其热加工性能。

4）N在铁素体中可促使A体形成，由于γ相的出现，可减小晶粒粗化倾向，所以可改善钢的韧性和焊接性能。

5）N对磁钢的影响较大：如当N溶解在钢中的固溶体状态存在时会使矫顽力稍增而磁导率降低，当形成AlN、FeN等非金属夹杂影响就加剧。

N还是引起硅钢片磁时效的主要因素之一。

一般说一定数量的夹杂对得到取向组织是有益的。

所以它可阻碍位向不适合的晶粒生长。

从而使取向合适的晶粒加速成长。

N对取向冷轧变压的质量也有很大影响，过多或过少的含N量都不易使N量使冷轧硅钢片获得大晶粒和高磁性。

适宜的含量是N =0.01～0.1%或更低至0.001%，但要获得更好磁性，最好能在热处理后将冷轧硅钢片中残留N除去。

6）钢的表面渗N，可使它得到高的表面硬度（RC70）500～600℃中进行和耐磨性，高的疲劳极限和抗蚀性（600～700℃中进行）。

7）铬锰钢中加入0.35～0.45%以上的N即可得单一的A体组织。

0Cr18Ni9薄壁导管绕弯成形工艺研究

0Cr18Ni9薄壁导管绕弯成形工艺研究

0Cr18Ni9薄壁导管绕弯成形工艺研究【摘要】发动机管路件是连通航空发动机各个功能区域的重要部件。

导管作为较常见的管路主要零件，通常为厚径比小于0.05的薄壁件，其成形质量不良会直接影响发动机管路系统的工作性能，绕弯成形是针对该类薄壁导管最常见的弯管加工方式。

采用正交试验有限元分析的方式，对典型0Cr18Ni9薄壁导管零件弯曲加工成形质量进行研究，分别对成形极限图、应力和应变分布等结果进行对比分析。

基于有限元分析结果进行弯管加工试验验证，最终确定典型0Cr18Ni9薄壁导管零件的理想弯曲加工参数，实现对该导管零件的大批量稳定加工。

关键词：绕弯成形；薄壁导管；成形质量；有限元分析；弯曲加工参数航空发动机导管系统作为航空发动机的“血液循环系统”，连接着发动机各个主要部件与附件，用于输送燃滑油、空气等功能性流体介质，实现发动机协调运转和信号控制[1]。

不锈钢作为耐腐蚀性能良好的材料，其薄壁管材可以满足轻量化、强韧化和低能耗的产品制造需求，所以不锈钢薄壁管材被大量应用于航空航天、汽车、家用电器等制造领域[2,3]，而在近年0Cr18Ni9不锈钢材料来被大量用于航空发动机管路件制造。

方军等[4,5]通过弯管壁厚变形有限元分析与试验，得出弯曲过程中内侧管壁始终处于起皱趋势状态的结论，而弯曲段截面畸变主要是由弯管内侧压应力和外侧拉应力的共同作用所引起的。

1 试验及方法1.1研究对象研究对象为0Cr18Ni9不锈钢薄壁导管，导管规格为Φ25×0.8，目标折弯曲率半径R60。

0Cr18Ni9材料化学成分和力学性能分别见表1和表2。

材料密度为7.85g/cm3，泊松比为0.28，弹性模量为207GP。

表1 0Cr18Ni9材料的化学成分化学成分C SiMnP S NiCr质量百分比/%.045.391.39.006.00410.717.98表2 0Cr18Ni9管材纵向力学性能规格抗拉强度/(N/mm2)延伸率/%Φ25×0.856345.31.2试验方法1.2.1 导管弯曲成形有限元分析（1）建模与网格划分本文利用Dynaform有限元分析软件进行弯管成形仿真。

常见奥氏体不锈钢的力学性能

常见奥氏体不锈钢的力学性能

常见奥氏体不锈钢的力学性能常见奥氏体不锈钢的力学性能奥氏体系列不锈钢为Fe-Cr-Ni系列或Fe-Cr-Mn系列。

从低温到高温都具有稳定的优良的力学性能。

在920~1150°C温度进行固溶化热处理无变态点，依靠快速冷却成为非磁性的安定的具有的耐蚀性能的奥氏体组织。

奥氏体系列不锈钢的力学性能如下表所示：奥氏体系列不锈钢的力学性能奥氏体系列不锈钢与马氏体、铁素体系列不锈钢相比较，因富有延伸性和屈服比(屈服强度/抗拉强度)小等，所以其加工性十分优越。

但其加工硬化性大，其中SUS301(17Cr-7Ni)*容易硬化。

依据钢中不同所表现出的加工硬化性，依靠奥氏体稳定程度的不同而定。

奥氏体稳定度可由含有结晶粒度(GSN)的计算式求得：MdSO=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo-68Nb-1.4(ASTMG.S.N-8.0)MdSO值(施予30%变形量时，产生50%的马氏体的温度)越小，则奥氏体相就越稳定，而加工硬化性小。

这种现象是由于加工感应而变态所产生的；在金相组织上面心立晶格(Y)相受到冷加工，则变为体心立方晶格(α')相而发生马氏体变态。

这种变态还受加工温度及加工速度的影响，也即加工硬化性被加工条件所左右。

近来，巧妙地利用加工温度，将以前不可能进行的超深拉深在一定温度的情况下拉深成功。

在拉深加工中，以加工硬化系数(n值)作为加工性能指标。

奥氏体系列不锈钢的SUS304(18Cr-8Ni)*大为0.50,铁素体系列不锈钢的SUS430(18Cr)为0.22o奥氏体系列代表钢种的S∪S304(18Cr-8Ni)称为准稳定奥氏体系列，固溶化热处理后为非磁性，常温加工后，容易变态为马氏体而具有磁性。

但是，SUS305(18Cr-12Ni),因其奥氏体相是稳定的，冷加工不会引发马氏体转变，加工以后仍为非磁性。

有效地利用S∪S301(17Cr-7Ni)的加工硬化性，将其变为高强度不锈钢应用于制作弹簧或制造车辆材料。