所有鋼種的不銹鋼管,都能用一種或幾種方法成型。然而,從實用的觀點出發(fā),有些鋼種的鋼管成型后并不一定能滿足某種用途的要求。因此,鋼管的可成型性必須有實用價值,否則就沒有成型的必要和意義了。
1. 奧氏體鋼
奧氏體300系列不銹鋼管鋼是最易成型的鋼種之一,經(jīng)熱處理后就會使硬化強度和硬度有所下降,韌性得到提高。盡管該鋼種比400系列鐵素體的加工硬化率快,但奧氏體在室溫下仍有適應(yīng)于較嚴(yán)格成型操作的塑性。在拉力試驗中,一般情況下,延伸率為45%~55%,斷面減縮率為55%~70%.如果使用的冷加工設(shè)備和方法正確,則退火奧氏體鋼管的斷面壓縮量可高達(dá)60%.退火后不銹鋼管易于擴口加工,直徑的增加量可達(dá)25%~30%,不會出現(xiàn)問題。這種鋼管也能在室溫下旋壓成型。進(jìn)行固溶處理時,應(yīng)加熱到1066~1121℃,然后水淬。這樣所得到的鋼管質(zhì)地最軟,并處于最佳的耐腐蝕狀態(tài)。
奧氏體不銹鋼管也可以熱加工。事實上,如果鋼管非常大,管壁又非常厚,熱加工是最有效的金屬加工方法。例如,熱彎曲和熱螺旋成型就是最普通的操作方法。但是,熱加工必須避開熱脆范圍,否則將會產(chǎn)生彎曲開裂和晶間腐蝕裂紋等。如06Cr18Ni11Nb(347)不銹鋼管,彎曲時如果沒有加熱到足夠高的溫度,就會發(fā)生上述問題。被加工部件必須在其溫度不低于927℃以前完成加工,這樣開始加工的溫度應(yīng)該是在1177~1232℃.一般拉拔和擴口操作是很少進(jìn)行加熱的。但可在熱狀態(tài)進(jìn)行鐓粗,以增加管壁的厚度,而進(jìn)行冷鐓粗是不多見的。當(dāng)然,奧氏體鋼也可進(jìn)行溫?zé)峒庸?,但是最高加熱溫度保持?27℃以下,如此這般,為的是不使碳化物沉淀發(fā)生。
冷拔奧氏體鋼管也能適應(yīng)于一些普通的成型方法,如可用機加工方式,將鋼管加工成常用零部件。但由于冷拔使鋼管硬度增加,因而強度提高,塑性下降。由此可見,高強度的加工伴隨著其最小延伸率的產(chǎn)生。雖然冷拔鋼管能進(jìn)行擴口和彎曲成型,但在程度上比退火鋼管要小些。冷拔鋼管也能旋壓成型。當(dāng)溫?zé)峒庸だ浒武摴軙r,必須非常謹(jǐn)慎,否則由于溫度過高,將有損于冷加工所獲得的性能。
2. 鐵素體鋼
像10Cr17(430)和16Cr25N(446)鐵素體鋼種的不銹鋼管也可進(jìn)行成型加工,但不像奧氏體鋼管那樣容易。它們不能用熱處理方法硬化,而且,其韌性一般要比奧氏體鋼差。在拉力試驗中,其延伸率的名義值為20%~30%,斷面減縮率為50%~60%(而奧氏體鋼的相應(yīng)值分別為45%~55%和55%~70%).同樣,鐵素體鋼的缺口敏感性也很大。因此,在冷加工過程中,缺口或其他突然的不連續(xù)性都可能導(dǎo)致斷裂。高鉻鋼,諸如含25%Cr的16Cr25N(446)鋼,這種現(xiàn)象更加明顯。通常在開始加工以前應(yīng)將其預(yù)熱到121~204℃.業(yè)已使用高達(dá)427℃的溫度,但是不太經(jīng)常使用。雖然這些鋼種在室溫下或預(yù)熱溫度下,可以冷加工到一定程度,但是最常用的方法還是熱成型加工。鐵素體不銹鋼熱加工溫度一般為927~1093℃,如果工件溫度低于816℃,就應(yīng)該停止加工。同時,應(yīng)該避免過分加熱,以防止整體品粒粗化,因為粗大的晶粒對其韌性和缺口韌性影響極大。
在鐵素體不銹鋼管成型時,應(yīng)避免處于127~816℃溫度范圍內(nèi)。在該溫度范圍內(nèi),會遇到所謂的475℃脆性。這時,韌性和缺口韌性都受到嚴(yán)重的影響。高于脆性溫度范圍,又可能遇到熱脆現(xiàn)象。
成型后要進(jìn)行退火,以恢復(fù)其耐蝕性和韌性。所以,鐵素體不銹鋼管要加熱到871℃,緊接著就進(jìn)行快速水冷[如16Cr25N(446)鋼];而對于10Cr17(430)鋼來說,則加熱到815℃,然后進(jìn)行快冷或空冷,溫度太高會導(dǎo)致晶粒長大,同時會影響缺口和拉力韌性。
鐵素體不銹鋼管被認(rèn)為是較難成型的鋼種。而且,它的用途并不太廣泛。
3. 馬氏體鋼
不銹鋼淬火或空冷后會變硬。它們不會發(fā)生明顯的加工硬化。這些鋼種在室溫下的塑性比鐵素體鋼種更小。這主要是由于含碳量的作用。例如,12Cr12(403)和12Cr13(410)鋼的最大含碳量是0.15%,它在退火狀態(tài)的延伸率和斷面收縮率分別為30%和60%.而420鋼的含碳量為0.15%~0.3%.其名義伸長率和斷面收縮率分別為25%和55%.當(dāng)含碳量為1%時,如108Cr17(440C)鋼種,甚至在退火狀態(tài)其延伸率下降到13%,斷面收縮率下降到25%(正如早前提及的,這就說明了為什么440C鋼不易于做冷拔鋼管)。熱加工是成型這種鋼管唯一的方法。
從實踐的觀點看,含碳量不太高的馬氏體不銹鋼管(經(jīng)常推薦的鋼種)還是能進(jìn)行冷加工的。它的大部分被制成機加工的部件,然后進(jìn)行熱處理,達(dá)到所要求的機械性能和最大的耐蝕性。
如前所述,馬氏體鋼可以通過熱處理達(dá)到調(diào)節(jié)力學(xué)性能的目的。通過淬火(或者?;┖突鼗鹉塬@得最高的耐蝕性。為了獲得最佳耐蝕性,應(yīng)該避開427~593℃這個溫度范圍。與奧氏體和鐵系體鋼不同的是,經(jīng)熱加工后的馬氏體鋼,必須經(jīng)過等溫退火或非常緩慢的冷卻退火,才能獲得最軟的硬度,而奧氏體和鐵素體鋼是加熱到適當(dāng)溫度進(jìn)行退火,然后再快速冷卻才能達(dá)到軟化的目的。然面,含碳量較低的鋼種[12Cr13(410)、12Cr12(403),有時也包括20Cr13(420)鋼]也可在熱加工以及冷加工后,在704℃保溫適當(dāng)?shù)臅r間完成亞臨界退火。