T4003鐵素體不銹鋼沖壓工藝性淺析

文／孫剛，孟令武，賈立壯·中車齊齊哈爾車輛有限公司

T4003鐵素體不銹鋼沖壓工藝性淺析

文／孫剛，孟令武，賈立壯·中車齊齊哈爾車輛有限公司

孫剛，工程師，主要從事鐵路貨車沖壓工藝及模具設計工作。

T4003鐵素體不銹鋼是鋼鐵公司為滿足鐵路貨車高速、重載需要新研制的經濟型鐵素體不銹鋼。鋼鐵公司在推出該鋼材前作了相關沖壓及焊接試驗，但沒有可借鑒的批量生產的技術資料。齊車公司是鐵路貨車設計主導廠，T4003鐵素體不銹鋼在鐵路貨車的應用上處于推廣階段，由齊車公司生產的出口澳大利亞BHP公司的不銹鋼礦石車也廣泛使用T4003鐵素體不銹鋼，其他鐵路貨車工廠并未對T4003鐵素體不銹鋼做出廣泛應用。

為了根據T4003鐵素體不銹鋼的沖壓性能制定合理的沖壓工藝，我們根據實際生產需要進行了大量的剪沖工藝試驗、校平工藝試驗、彎曲性能試驗、成形性能試驗，掌握了板料分離性能和成形性能，成功地制定了合理的沖壓工藝。

T4003鐵素體不銹鋼的化學成分

鋼板的成分、組織狀態的設計必須滿足用戶的設備工藝要求，最主要的是焊接性能、冷彎成形性能及剪切、沖裁等方面的可加工性能。試驗用母材為太鋼生產的鐵素體不銹鋼T4003，板厚為6mm，我們對鋼板化學成分進行了復檢，并與要求進行對比，結果合格，如表1所示。

T4003鐵素體不銹鋼的金相組織及機械性能

表1 T4003鐵素體不銹鋼化學成分檢驗結果（單位：%）

要使產品達到減重要求，首先力學性能必須滿足設計要求，鋼板的橫向、縱向性能必須穩定達到規定的要求。為了全面了解該鋼種的機械性能，我們首先對鋼材的金相組織進行了分析，母材金相組織分析結果如圖1所示，母材組織組成為鐵素體，晶粒度為8級。

圖1 T4003母材金相組織（350X）

我們對太鋼生產的板厚為6mm的T4003鐵素體不銹鋼的機械性能進行了復檢，并與要求進行對比，結果合格，如表2所示。

T4003鐵素體不銹鋼沖壓性能研究

在加工性能上，由于T4003鐵素體不銹鋼含有Cr、Ni元素，具有較強的粘滯性，抗咬合性差，與其他材料接觸時摩擦因數大并且易發生粘連，只有通過改進工件的沖壓工藝性、改進模具結構、控制拉延阻力等手段，才能保證成形件的質量精度。

為了解T4003鐵素體不銹鋼的沖壓性能，滿足BHP不銹鋼礦石車前期技術準備的需要，并結合現有沖壓加工設備制定合理的沖壓工藝，我們根據實際生產需要進行了大量的常規沖壓工藝性能試驗：剪沖工藝試驗、板材校平試驗、彎曲性能試驗、典型件成形性能試驗（下側門成形、浴盆板滾弧），并根據試驗結果制定了合理的沖壓加工工藝。

剪切工藝試驗

對6mm厚的T4003板材進行剪切小批量試驗，剪切試驗主要目的是驗證板材的剪切斷面質量。從試驗結果看，剪切斷面也包含塌角側、光亮帶、撕裂帶、毛刺側等剪切斷面基本特征。但與普通耐候鋼剪切斷面相比，光亮帶與撕裂帶分界不清，肉眼可見離散的剪切粘滯點，塌角與09CuPCrNi基本相似，毛刺高度為0.3～0.4mm（卡尺測量）符合JB/T 4381-2011要求。剪沖斷面如圖2所示，生產過程如圖3所示。

圖2 T4003剪切斷面圖

圖3 剪沖工序生產過程圖

表2 T4003鐵素體不銹鋼機械性能檢驗結果

經過剪切后，板材利用沖孔模具進行沖裁試驗，從沖裁斷面狀態判斷，不銹鋼沖裁對刃部的磨損將大大超過普通耐候鋼。另外，由于材料的粘滯性，沖裁間隙的選取將影響毛刺大小及刃口壽命的長短。因此，綜合刃口磨損和斷面質量，建議將沖裁（單邊）間隙設計為板料厚度的6%～8%。

校平工藝試驗

由于來料是卷料供貨，開平后平面度較差，為3mm/mm2左右，經車間精校平機校平后，能夠達到要求，即1.5mm/mm2。

彎曲工藝試驗

彎曲試驗是在折壓機上完成的，目的在于驗證板料在剪切條件下的最小許可彎曲半徑。試件為t10、t5兩種厚度規格，各取三種纖維方向（0°、45°、90°）。t10板的折壓半徑為R10，t5板的折壓半徑為R6，均未發現折壓裂紋（圖4），與出廠技術條件吻合。此工藝條件下的折彎半徑為板厚的1.0～1.2倍，為保險起見，實際生產中折彎半徑可取板厚的1.5～1.6倍。

圖4 T4003折彎圖

壓型工藝試驗

主要目的是驗證該材質大型覆蓋件成形工藝性，試驗采用下側門壓型落料復合模。是否開裂和平面度狀態是成形件的兩大關鍵質量特性，從試驗結果看，未發現明顯縮頸及開裂現象，未發現內皺（即成形內部起皺），但4個外側平邊有明顯的波浪式皺褶，起皺高度在0.6～1mm之間，數值不大但影響外觀質量，如圖5所示。

圖5 下側門板成形圖

結論

⑴鑒于不銹鋼的粘滯性較大，將加劇對沖裁模具刃部的磨損，因此應加快模具新材料應用進程，以提高模具壽命。目前條件可以選用65Nb或Cr12MoV，使用壽命會相對高一些。

⑵T4003沖裁（單邊）間隙設計，取板料厚度的6%～8%較為適宜，以提高模具壽命，降低毛刺高度。

⑶T4003板材開卷、精校平后可達到平面度要求。

⑷在彎曲加工時，為防止發生裂紋，建議T4003板材彎曲件設計圓角取板厚的1.5～1.6倍，即R=(1.5～1.6)t。

⑸T4003大型覆蓋件成形工藝復雜，成形件內部無起皺，外部有少量褶皺，影響外觀質量。