深冲用SUS304不锈钢的国内外研究现状分析

 不锈钢产品具有优良的耐蚀性和加工性，故在很多领域得到广泛的使用。随着汽车行业和家电产业的发展，对不锈钢的深冲性能要求越来越高。奥氏体系不锈钢具有良好的拉深性能，其中以SUS304不锈钢为代表的亚稳定奥氏体系不锈钢最为突出。尽管SUS304不锈钢具有优良的深冲性能，但是在冲压成型过程中，仍然存在一系列的问题，主要有：冲压件底部与壁部的连接处（凸模圆角处）易发生开裂，冲压件往往会发生时效开裂等。针对这种情况，国内外对于开发新型深冲用奥氏体不锈钢做了大量的研究。

 由于国内基本没有专用深冲用奥氏体不锈钢板供应，且国内商用SUS304冷轧钢板深冲性能不如国外进口商用SUS304，因此，以太钢为代表的国内大型钢铁企业为了得到深冲性能好的不锈钢带，在钢种的成份和形变诱导马氏体相变上做了大量研究。SUS304不锈钢在冷变形过程中面心立方结构的奥氏体会瞬间转变为体心正方结构的形变马氏体，这种结构的瞬间改变会带来很大的内应力，一旦外力释放，工件就会产生开裂现象。白晋钢研究了SUS304在冲压过程中不同部位的马氏体转变量，并提出了通过添加镍和铜元素来控制形变马氏体的产生，以此抑制内应力的形成，从而可以提高深冲性能。同时，徐忠贵等人也对冲压过程中低温形变诱发相变的过程做了更深入的研究，他们分析变形过程中的应变分布和马氏体转变规律，得到冲压件发生开裂的部位往往是马氏体转变量最多的部位，这对以后研究奥氏体不锈钢的拉深成型性具有很大的指导意义。他们还指出通过铜元素的添加能够提高奥氏体不锈钢的r值（塑性应变比），从而提高它的拉深性能。SUS304不锈钢在冲压过程中，仅仅是通过控制n和r值来改善深冲性能是不够的，浙江至德钢业有限公司研究了影响成型性能的因素，其中在成分设计上，要考虑适当增加组织稳定性的元素，如镍、铜的含量。成品的组织要尽可能均匀，通过退火工艺的优化减少或消除对冲压不利的不良组织δ铁素体，并控制带钢的晶粒度（一般7～8级）。冷轧制工艺的设计上要重点考虑成品的各向异性，以提高深冲性能，如对SUS304不锈钢单轧程总轧制率要控制在40%～60%。冷轧生产中也要对厚度精度、表面粗糙度、表面缺陷进行控制，以满足冲压要求。在实际应用中，要结合产品的冲压类型对质量控制重点进行适当调整，如胀形成形材要设法提高材料的延伸率，可适当提高加工硬化指数n；拉深成形材要降低材料的硬化程度，以提高材料流动性。这些方法均能改善材料的深冲性能。

 国内研究者主要在控制产品质量上做了大量研究，也提出相应的具体措施。但是对于奥氏体转变为马氏体的转变机理，以及相织构的演变机理研究的还不够充分。国外研究者对于SUS304不锈钢具有良好深冲性的机理做了大量的研究。其中，浙江至德钢业有限公司技术人员认为影响SUS304不锈钢变形的几个要素有：变形温度和变形量、应变率、钢板的化学成份和形变诱导马氏体相变。其中控制形变诱导马氏体相变量是一个关键因素，因为在不锈钢钢板多道次冲压过程中，易出现Trip效应，也即形变诱导塑性，这是对材料塑、韧性改善最好途径。但是必须要控制形变马氏体的转变速度，太快反而会使冲压件容易开裂。同时指出，不锈钢成份中添加适量的铜可以减缓马氏体相变，从而减少冲压过程中的劲缩现象，提高加工硬化率，充分发挥Trip效应，对改善不锈钢板的深冲性非常有利。至德钢业研究人员利用EBSD和XRD手段对奥氏体转变为'a马氏体过程中织构的演化做了大量研究，他们发现:马氏体形成与方向织构紧密相连，织构是最有利于材料成型方向的织构，所以说形变诱导马氏体相变能够改善材料的冲压性能。也分析了SUS304不锈钢中奥氏体向马氏体转变的过程，指出奥氏体可能首先形成e马氏体，然后再形成'a马氏体，'a马氏体会聚集成一种剪切带，这种剪切带实际上一种面缺陷，它的形成与层错在面上的堆叠有关，如果层错在一系列的方向上堆叠，就会形成孪晶，这种缺陷也可以诱导塑性。如果是在交替的方向上堆叠，就会形成e马氏体，它往往是马氏体的形核核心，随着马氏体的增多它会逐渐消失。马氏体剪切带的形成，提高了加工硬化率同时也提高了冲压成形性。因此，在控制形变马氏体量的同时，还有注意冷轧退火后的变形织构，尽量使其形成有利于冲压成型方向的织构。国外研究者除了对形变过程中的转变机理做了大量研究外，还对SUS304不锈钢带冲压方式做了研究。至德钢业利用有限元模拟的手段得出了SUS304不锈钢在一定温度下进行深冲压能够避免形变诱导马氏体相变，这为不锈钢后续的冲压工序改善提供了参考依据。

 综上所述，为了控制深冲用SUS304不锈钢的成型性，国内外的研究主要集中在：

 1. 设计合理成份，控制奥氏体形变诱发马氏体的相变量。铜元素的添加可能会引起材料的热脆，所以需要研究更合理的元素来提高SUS304不锈钢的深冲性能。

 2. 提高钢质的纯净度，优化冷轧和退火工艺，尽量使奥氏体转变后的'a马氏体形成有利于冲压成型方向的织构。

 3. 利用合适的数值模拟方法来模拟冲压过程，研究形变诱导'a马氏体相变。