支架用冷轧2205 不锈钢板成形性能及机理分析★

苏超杰

（河南工业贸易职业学院汽车工程学院，河南 郑州 450052）

0 引言

由于碳钢经常受到液压油的腐蚀，而不锈钢在抗腐蚀方面具有很好的优势，因此被经常用于液压支架部件上。按照组织稳定性差异，可以将固溶处理得到的不锈钢组织类型分成亚稳定型与稳定型两种，其中，2205（06Cr19Ni10）与301（12Cr17Ni7）属于亚稳型[1]。当温度或压力条件改变时，亚稳型组织将会逐渐转变为马氏体结构（A→M）[2]，上述过程可以通过低温环境或以室温变形的方式来实现。根据前期文献报道可知，在以上两种转换条件下，第二种条件将会促使A 相更容易转变为M相，由此生成应变诱发马氏体。

近些年，随着越来越多学者对应变诱发马氏体组织结构性能及其转变机制进行了深入研究，在理论分析方面也取得了一定成果[3-4]。例如，一些国内外学者针对各类钢材加工与生产环节进行了全面分析，例如将需要折叠使用的2205L 不锈钢进行力学特性与动力学参数研究，并构建了相应的仿真模型[5]，还有学者研究了薄层2205 不锈钢板在双向胀形转变阶段发生的双轴变形过程以及基体组织发生马氏体转变的作用机理[6]。还有文献报道了将2205L 板坯置于-196 ℃的超低温环境中进行80%（变形率）轧制来实现马氏体组织转变的效果，并综合运用SEM与XRD等检测方法测试了上述试样的精细结构特性，由此达到完全转变为马氏体的效果[7]，这为实现在超低温环境中加工不锈钢材料创造了有利条件。对于非不锈钢材料加工过程，还有学者通过分析塑性变形阶段亚稳态残余奥氏体转变为马氏体的机理，开发出了相变诱发塑性钢（TRIP）等更先进的支架用钢用品，可以达到30 GPa·%以上的强塑积（抗拉强度×断后延伸率）参数，具有优异的韧性与抗冲击能力，表现出了广阔应用前景与技术发展潜力[8]。

根据工程应用领域的合金原料统计结果可知，不锈钢已成为第二大数量的板料产品。冲压成型属于一种金属冷变形处理技术，会形成不均匀分布的局部应变状态。对于不锈钢薄板受到冲压作用时发生马氏体转变的程度还需开展深入研究，并且对于A→M转变过程的具体特征也没有形成深入认识。此外还需研究马氏体相变阶段的效应机制及冷轧成形引起的制品力学性能与内部组织形态变化情况。以上内容在学术研究与工程应用领域都发挥了重要作用。

1 试验方法

本次试验选择氩氧脱碳（AOD）与炉外精炼方法制备的2205（06Cr19Ni10）不锈钢作为测试材料，将冷轧板升温至1 050 ℃以上，并实施固溶处理得到厚度为1.28 mm 的试样。采用同一产线生产的铁素体不锈钢冷轧板料与热轧板作为对比材料。

轧制产品类型为CQ（普通碳素结构钢）、宽1000 mm，初始厚度为2.50 mm，加工为成品后的厚度为0.60 mm，第四机架入口部位的厚度为0.871 mm，出口厚0.61 mm，设定9.1 MN 的轧制载荷，设定辊径均值570 mm，电机保持额定转速280r/min。控制轧辊目标转速vx=28rad/s，初始参数x0=（0，0，0）。

根据GB/T 228—2002 标准条件对程控测试机开展拉伸测试，测试温度为室温。

2 试验结果

2.1 硬度分析

图1 显示采用磁针方法测定2205 不锈钢发生应变过程中硬度（HRB）参数分布。当拉伸变形程度在30%以内时，硬度呈现线性增加，但幅度不大；当变形程度超过35%后，硬度增加变得很明显，这可能和冷轧过程中马氏体的增加有关。

图1 不同变形量下冷轧2205 不锈钢硬度分布

2.2 力学性能分析

不同不锈钢钢号的扩孔率和杯突值结果如表1、表2 所示。对表1、表2 进行分析可以发现，2205 不锈钢可以满足优异扩孔与杯突的性能要求，并且杯突值（IE 值）与扩孔率λ 值相较于各类铁素体不锈钢都有显著的提高。虽然本次采用的2205 板达到了最小厚度（根据不锈钢板性能测试结果可知，IE 值与λ 值都会引起一定程度的板厚效应，随着板厚度的减小，成形过程将会受到更不利的影响，特别是此时扩孔率λ会发生明显降低的现象），但相对6 种常规铁素体不锈钢板，2205 板在进行冲压测试时达到了更平稳的状态，经过成形加工得到的扩孔试件与杯突试件的外形、尺寸达到试验标准条件；对2205 板进行扩孔时没有引起底裂的情况，430、4108 与409L 则依次形成了45%、91%与32%的底裂。这主要是由于2205 板具备优异的塑性及易于成形的特点。

表1 不同不锈钢钢号的扩孔率λ 结果

表2 不同不锈钢钢号的杯突值IE 结果

为了更准确地进行对比与考察，本次选择国内其他5 家厂家生产的2205 等冷轧板进行样品测试，结果发现应变诱发马氏体、λ 值与IE 值跟本文测试结果相近。

3 分析讨论

受奥氏体组织的面心立方结构影响，2205 钢材λ 值只达到1.0，在扩孔与杯突阶段，发生A→M 的相变过程，促使2205 钢加工硬化指数n 达到极高值。受马氏体应变诱发以及n 值增加的共同作用，在成形区中各部位形成了更均匀的变形状态，同时延迟了危险区域的“缩颈”时间，并且2205 具备优异塑性（本次选择的板料延伸率δu等于50.4%，根据近些年某钢厂实际生产统计数可知，如果设置精细化工艺管控方案，还可以实现δu的显著增大），最终确保2205 冷轧板实现优异成形结构。

本文重点分析了杯突值IE、扩孔值λ 和不锈钢板力学特性之间的相互作用关系，图2 与图3 给出了6 个厂家的14 种钢材对应的λ-n 与IE-n 曲线，各数据点分别对应1 个厂家特定钢号试验炉的结果均值。经对比可知，不锈钢板的扩孔率、杯突值均与加工硬化指数形成了明显正相关性，且2205 钢都表现出了明显优势。

图2 λ-n 关系图

图3 IE-n 关系图

2205 钢属于当前各领域应用最广的不锈钢材料，可以满足无磁、低温等多种环境要求的设备制造条件。原先呈现无磁状态的不锈钢经过冲压变形处理后将会诱发生成马氏体，从而产生一定铁磁性，因此对于非磁等场所的不锈钢冲压构件的使用需重点探讨。

4 结论

1）相对6 种常规铁素体不锈钢板，2205 板在进行冲压测试时达到了更平稳的状态，具备优异的塑性及易于成形的特点。

2）2205 不锈钢可以满足优异扩孔与杯突的性能要求，并且其IE 值与λ 值相较于各类铁素体不锈钢都有显著提高。