双相不锈钢的制造实用指南(四)

9 切割性能

通常用于奥氏体不锈钢和碳钢的工艺可用于双相不锈钢的切割，但对参数做一些调整是必要的，以适应力学性能和热响应性能的不同。

9.1 锯切

由于双相不锈钢的高强度、高加工硬化率以及缺乏实际起断屑作用的夹杂物，它比碳钢更难锯切。采用大功率的机器、高强度的锯条矫直系统、粗锯齿形的锯条、慢速?中速的切割速度、重进刀、充分流动的冷却剂（最好是既起润滑又起冷却作用的合成乳化剂以便锯条将冷却剂传递到工件上）等可以得到最佳的结果。切割速度和进刀量应与316奥氏体不锈钢的情形类似。

9.2 剪切

双相不锈钢的剪切采用与304和316不锈钢的剪切同样的设备，一般无需特殊调整。但由于双相不锈钢较高的剪切强度，必须加大剪切功率或减小剪切厚度。

不锈钢的剪切强度是热轧板和冷轧薄板抗拉强度的0.577倍。双相不锈钢的性能如同一个较厚的316不锈钢工件，随它们实际的剪切强度比而定。因此，2304和2205双相不锈钢在一次单独的剪切中能够被切割的最大厚度是304和316不锈钢最大厚度的85%左右，超级双相不锈钢在一次单独的剪切中能够被切割的最大厚度是普通奥氏体不锈钢的65%。

表7 温度升高状态下双相不锈钢与碳钢和奥氏体不锈钢物理性能的比较

9．3  冲孔

冲孔可被看作是一种困难的剪切形式。高强度、快速加工硬化和抗撕裂性使得双相不锈钢相对较难冲孔并磨损刀具。这方面的操作经验是有限的，但双相不锈钢的状况如同一个厚度两倍于双相钢的奥氏体不锈钢，这一指标为冲孔操作提供了良好的开端，含氮量较高的高合金化双相不锈钢的冲孔更加困难。

9．4  等离子体和激光切割

双相不锈钢采用奥氏体不锈钢加工用的同样的等离子切割和激光切割设备进行常规加工。双相不锈钢稍高的导热率和低的含硫量可能对最佳的参数稍有影响，但无需特殊调整便可得到合格的结果。

等离子切割工艺的热影响区一般很窄，大约0．25毫米(0．01英寸)，这是因为每一道次切割进行得很快，中板或薄板迅速冷却。通常焊接坡口的机加工和焊接过程中近焊缝区基体金属的熔化将消除等离子切割过程中的热影响区。

10 成型加工性能

10.l  热成型

双相不锈钢通常表现出优异的热成型 性，具有相对低的成型负荷。但是理想的热 成型温度范围是有限的。如果热成型的温度 太低，变形就会聚集在较弱而且塑性较差的 铁素体，结果造成铁素体在变形区的严重开 裂。如果热成型的温度太高，则铁素体变得非常软且可能发生热撕裂。

实际的热成型在这两个“禁止”温度之间的温度范围进行，因为铁素体和奥氏体都有良好的热塑性。表8总结了几种双相不锈钢的热成型温度范围。

表8 双相不锈钢的热成型(加工)温度范围

温度的均匀一致对于成功地进行双相不锈钢的热成型是重要的。如果工件的形状不规整，则边缘可能比主体冷得快，较冷的部分有出现裂纹的危险。为避免开裂，当局部区域出现因冷却而低于最小加工温度的危险时，需要对工件重新加热。只有工件整体，特别是边缘或较薄部分温度能保持均匀一致，热成型温度范围的下限才能稍加扩展。

对非常大的型材而言，需要考虑水淬的速度是否足以防止金属间相的析出。对于含氮量较高的2205双相钢的S 32205板材，板厚度限制约为125毫米(5英寸)，而含氮量较低的S 31803板材断面厚度可稍薄一些。对简单的圆柱形工件，直径限制约为375毫米(15英寸)。如果成品部件的内径是完全穿透的，则在最后热处理之前对开口进行穿孔或机加工，会大大改善工件最后固溶后的冷却状况。

10．2  固溶处理

热成型之后，需要进行固溶处理，然后进行快速淬火使力学性能和耐腐蚀性能完全复原。工件应当加热到最低固溶温度以上，然后保持足够长的时间使金属间沉淀物完全溶解，一个保守的原则是，温度保持的时间应当与工件先前完全退火时在650～980℃(1200?1800°F)温度范围保持的时间相当。工件应当从固溶处理温度进行水淬，当固溶之后向淬火地点转移时，不允许在815?1040℃ (1500一1900°F)的温度范围停留几分钟。表 9总结出了双相不锈钢的最低固溶处理温度。双相不锈钢在固溶温度下非常软，工件如果没有足够的支撑，可能发生扭曲和变形，这对于管材产品特别是大口径薄壁的管材是一个重要问题。由于双相不锈钢的室温强度高，扭曲的双相不锈钢产品的再成型或矫直比奥氏体不锈钢困难。通过缩短退火时间、放慢加热到固溶温度范围的速度或采用低于推荐值的固溶温度使变形最小，但这些努力可能不会溶解金属间相或可能造成额外的金属间相的形成，降低耐腐蚀性和韧性。

表9 双相不锈钢的最低固溶处理温度

利用消除应力处理来减少成型或矫直操作的冷加工应力并不可取，双相不锈钢本身就具有很好的耐氯化物应力腐蚀断裂性能，降低残余的冷加工应力仅在一定程度上改善这一性能。在固溶处理温度以下，没有一个适当的温度，既可进行消除应力处理又不会形成将导致耐腐蚀性和韧性降低的金属间相。

10.3  温加工   

有时采用温和地加热工件方式来协助成型操作是有用的，但双相不锈钢在315℃(600°F)以上长时间加热会由于475℃(885°F)脆化(见图4)导致室温韧性和耐腐蚀性的下降。在较高温度下，金属间相的析出有更快速和不利的影响。由于这些相不干扰成型加工过程，可以采用温和地加热双相不锈钢进行成型操作。当加工温度超过 300℃(570°F)，温加工之后应当进行固溶处理。积快速淬火(见表9)。

10．4  冷加工

双相不锈钢在各种加工制造中表现出良好的成型性。大多数双相不锈钢的应用要求比较简单的成型，如圆筒形断面的滚压、冲压成型、容器和罐封头的冲压或滚压成型。在这些应用中，一个主要的顾虑是双相不锈钢的高强度和成型设备的功率。通常的估计是双相不锈钢成型类似于厚度是其两倍的300系列奥氏体不锈钢的成型，几种不锈钢在弯曲过程中开始塑性变形所需的最小外力的比较见图13。

双相不锈钢的高强度成了难题，即使设备的功率足够高，也必须为双相不锈钢的高强度造成的较高的回弹性留出裕度(见图 11)。

还必须考虑到双相不锈钢比奥氏体不锈 钢低的塑性。大多数技术规范对双相不锈钢 延伸率的要求是最低15％～25％，而对奥氏 体不锈钢延伸率的要求是最低40％。尽管 实际延伸率可能要大一些，但两者最低值之 间的关系是特定的，可以作为冷加工操作的 指南。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢需 要更大的弯曲半径，并且由于它们较低的塑 性，在苛刻或复杂的加工中需要中间退火。

10．5  冲压成型

双相不锈钢容易进行冲压成型，但是在许多情况下，部件已经针对奥氏体不锈钢、碳钢或铁素体不锈钢选定了最佳条件，双相不锈钢是作为这些材料的替代品。首次实验通常不改变厚度，尽管双相不锈钢的高强度允许壁厚减薄，但重新设计的，花费可能胜过成本节约和重量减轻的好处，在很多情况下，减小厚度实际上有利于成型加工，但是在初次的双相不锈钢成型加工实验中，人们常常认为还是有点困难。

当与碳钢或铁素体不锈钢的加工做比较时，问题几乎全部与强度和回弹性有关。双相不锈钢的屈服强度高30％一50％，铁素体不锈钢的加工硬化有限，操作负荷相对较低，双相不锈钢开始时硬化，随后变得越来越硬化，因此回弹是一个问题。另一方面，双相不锈钢塑性较大，过度弯曲将补偿回弹。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢对弯曲的方向不太敏感，弯曲方向与轧制方向有关，由于双相组织的轧制，双相不锈钢的力学性能表现出某些各向异性，但因为双相组织塑性较大，实际效果比铁素体钢的要小。

铁素体不锈钢薄板和成型常常利用深冲成型，操作时，钢板放进模具中，在最薄的地方发生变形。这种可成型性通过金相组织的形成大大得到改善。双相不锈钢的这种行为很少被人注意，但在双相组织上，似乎这种行为不可能达到同样的程度。双相不锈钢的深冲技术可能与铁素体或奥氏体不锈钢的做法有显著的不同。

在更通常的情况下，双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比，其调整必须既针对较高的强度又涉及较低的韧性。双相不锈钢的性能可以估计为铁素体相和奥氏体相性能的平均，所以尽管双相不锈钢比铁素体不锈钢塑性好，但它缺乏“顶级”的塑性和加工硬化性能，不像奥氏体不锈钢那样可以进行广泛的拉伸成型。

双相不锈钢不常用于那些要求苛刻的薄板加工成型，但有一个双相不锈钢可成型性局限性的例子是有用的，一个制造商在使用奥氏体不锈钢板所用的模具冲压双相不锈钢制造板式热交换器时遇到了严重故障，双相不锈钢在板型的凸起处裂开，这里是变形最大的地方。

10．6旋压成型

双相不锈钢的强度和耐腐蚀性尤其是耐氯化物应力腐蚀断裂性能，使它们成为旋转部件如离心设备等应用的候选材料。旋压成型是一种经济和常用的制造这些部件的方法。

旋压成型是一项复杂的操作，很大程度上取于设备的好坏和操作者的技巧。奥氏体不锈钢经常进行旋压成型，但它们在成型工序中通常需要多次中间退火来恢复其塑性。双相不锈钢旋压成型方面有限的经验表明其成型负荷很高，特别是相对于奥氏体不锈钢，双相不锈钢的厚度不减小时。采用功率和强度足够大的设备旋压成型，双相不锈钢效果不错，但由于双相钢塑性较低，它需要比奥氏体不锈钢更频繁的中间退火。平直度和使初始坯料的“隆起面”降至最小对于旋压操作是很重要的，但重型机械矫直如轧辊矫直在旋压成型的第一阶段可能会消耗掉一部分塑性。有些双相不锈钢在650℃以上进行旋压成型，随后进行固溶处理。

11  双相不锈钢的机加工性能

双相不锈钢的屈服强度一般是非氮合金化的奥氏体不锈钢屈服强度的2倍，它们的初始加工硬化速率至少与常见的奥氏体不锈钢相当。双相不锈钢机加工形成的碎屑坚硬，对刀具有磨损作用，高合金化的双相不锈钢更是如此。因为双相不锈钢的生产中硫含量尽可能地低，所以对碎屑的断裂没有什么帮助。

由于这些原因，双相不锈钢比具有同样耐腐蚀性的300系列奥氏体不锈钢更难进行机加工，双相不锈钢的机加工一般要求更大的切割力，并且刀具的磨损更快。当采用硬质合金刀具时，机加工的困难程度最明显。图14给出了几种双相不锈钢和316不锈钢的相对机加工性指数比较。

11．1  双相不锈钢机加工的一般原则

下述的机加工原则适用于所有的不锈钢。

○使用带有特别坚固的刚性刀具和工件的大功率硬质机具(对于同样的切割，双相不锈钢比相应的奥氏体不锈钢需要的切割力大得多)。

○保持工具伸出的部分尽可能地短，以使摆动最小化。

○工具突出部分的半径不大于所必要 的值。

○选用形状锋利的硬质刀具，既有锋利的刀口，又有足够的强度。

○设计机加工的程序，使切割深度总是在前几道切割形成的加工硬化层以下。

○切割速度要足够大但不要过快以避免刀刃堆积切屑变厚和快速磨损。

○定期更换刀具的刀片或重新研磨以保证刀刃的锋利。

○使用大量流动的冷却剂／带耐特高压添加剂的润滑剂。

○使用带分屑沟形状的涂层硬质刀片。

对于双相不锈钢更要强调这些原则的重 要性。

11．2  车削和表面加工

图15和表10给出了车削双相不锈钢的准则。

表10 双相不锈钢表面车削指南

表11 双相不锈钢采用硬质合金刀具进行平面铣削的指南

11．3  硬质合金平面铣削

双相不锈钢采用硬质合金刀具进行平面铣削的指南见表11。

l采用带涂层的刀片或高韧性的镶装 刀片进行粗加工，当需要更精细的精加工时， 可以使用更坚硬的镶装刀片。

l       采用同向铣削，切屑平均厚度至少为 0．1毫米(0．004英寸)，随着进刀角度从45°增大到90°走刀量的调整比例系数为1．0～ 0．7。

l       为了使切屑很好地从刀具抛出，加工过程特别是在粗加工过程中，不使用冷却剂。

11．4  采用高速钢钻头进行螺旋钻

表12和表13给出了高速钢钻对双相不 锈钢进行扭钻的准则。

l 钻头形状：顶钻头角130°，推荐采用 自动定心的钻头形状，对于大直径的钻头，建 议将钻心厚度磨薄。

l       冷却剂：10％的乳化剂充分流动到钻头，对于深度大于两倍直径的情形，通过定期用冷却剂在孔道溢流排出切屑。

l 提高速度：采用TiN涂层。速度增加 10％，采用钻头冷却剂，速度可以提高10％～20％。

表12 用高速钢钻对双相不锈钢进行螺旋钻的参数（SI）制

表13 用高速钢钻对双相不锈钢进行螺旋钻的参数（英制）

（未完待叙）