sus304封椭圆形头冷旋压裂纹原因分析及对策

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1、SUS304封椭圆形头冷旋压裂纹原因分析及对策SUS304封椭圆形头冷旋压裂纹原因分析及对策陆惠龙(常熟制药机械厂有限公司,江苏常熟215500)【摘要】304奥氏体不锈钢封头冷旋压成型中产生裂纹现象,主要是由于产生了马氏体相变以及宏观缺陷破裂的共同作用.据此提出了解决措施.【关键词】冷旋压成型裂纹力容器封头是压力容器的主要受压元件之一.它的质量影响着整个容器的质量和安全.冷旋压成形工艺由于其模具投资小,适应性好等优点正被越来越多的封头专业厂应用.由于冷旋压与模压的加工工艺不同.以及工艺执行不严,产生了不少问题.而不锈钢封头冷旋成形产生裂纹的问题较模压严重得多.我厂委托加

2、工的冷旋压封头,大部分于成形后产生了裂纹.包括母材和焊缝区域都有产生.因此,有必要分析冷旋压过程对其的影响,以期提出解决办法.1304冷旋压裂纹产生机理冷旋压成形是利用两模具的挤压作用,在旋压轮和成形辊之间,毛坯产生局部的塑性变形.该变形以螺旋形方式从中心向边缘"流动",使毛坯产生连续弯曲变形.毛坯的外侧金属纵向纤维受拉而伸长,靠近成形辊一侧金属纵向纤维受压而缩短.随着向作者简介:陆惠龙,工程师,化工机械专业,长期从事焊接技术工作.板坯中心的靠近.伸长和缩短的程度逐渐减小.在板坯上画上等间距的同心圆和径向线,如图一.在旋制过程中发现,靠近旋压辊一侧的毛坯外侧径向辐射线的网

3、格被拉长了,而内侧网格变化不明显.『这与实际情况是一致的.在加工封头检测中发现.大量的裂纹出现在封头外表面沿直边部位.],-,冷旋压封头过程中.反复的力的作用会发生冷作硬化现象.使产生位错的堆积和金相组织的变化.奥氏体不锈钢从熔化状态到常温一般是不发生相变的,但在亚稳定态时加工会发生马氏体相变,并引起加工硬化.根据文献(1)的介绍,奥氏体的稳定性是由其成分决定的:(1)Ni,C,Mn等奥氏体形成元素越多.奥氏体就越稳定;(2)Cr为铁素体生成元素,在固溶体中具有扩散作用,当Cr大量固溶于奥氏体时能阻止奥氏体转变为马氏体,使奥氏体稳定;(3)Mo为铁素体形成元素,也具有增加

4、稳定性作用.判断常温加工时奥氏体稳定性可用Ni最低当量含量与刚才Ni含量分析值做比较:Ni%=[C+1.5Mo%-201912-Mn%/2—35C%+15一Cu%一27N%A=Ni的钢材分析值%一Ni%若△>=0稳定,A<O不稳定.以某3o4钢板化学成分为例:表1某304钢板化学成分CCrNiMnSiSP0.05218.28.051.080.530.0030.025计算得Ni%=12.91%A=8.05%一12.91%=一4.86%<0说明该钢板处于奥氏体不稳定状态,即常温下塑性加工即可发生马氏体转变.奥氏体不锈钢向马氏体转变有3个途径:(1)把奥氏体不

5、锈钢温度降到Ms点(马氏体转变开始温度)以下,,其组织将转变为马氏体;(2)在高于Ms点的温度下进行塑性加工也可产生马氏体.但马氏体发生转变温度的上限叫Md点.2006331如果Md比常温高,则在常温下冷加工就会使部分奥氏体组织转化为马氏体.根据文献4介绍,该SUS3o4钢板的Ms点大约在一17.C,Md点大约在180.C左右.马氏体的出现使旋压封头机械性能迅速恶化.在多次应变的作用下.强度,硬度增加,塑性降低.这是多次应变使马氏体产生数量增多的缘故.由于马氏体与奥氏体组织共存,延伸率不同,极易导致局部形成显微裂纹;并随着裂纹的扩展导致最终的开裂.封头拼接焊缝区又是一个薄

6、弱环节.由于避免焊接裂纹,焊缝区填加了铁素体形成元素(部分固溶不完全的钢板也存在铁素体),在旋压过程中形成了三相共存的局面.在焊接过程中形成的热影响区,晶粒长大区域同时存在晶粒破碎和马氏体生成作用而性能下降:熔合线区和焊缝金属区存在的宏观尖锐焊接缺陷也在旋压加工中受到应力作用而可能破裂.实际工作中,焊接接头区是最薄弱的一环,最易产生裂纹.2影响裂纹的因素2.1化学成分的影响.根据上述公式(1)计算可知,316,310的△值分别为+1.o0,+4.72.故其非常稳定,不容易产生裂纹.2.2JJn-v_变形量的影响:封头在冷旋压过程中.材料的变形量较大,翻边部位最大可达40%

7、以上.下表是根据Cr—Ni不锈钢冷加工对导磁率的影响.说明了产生马氏体组织的含量随化学成分和冷加工变形量的变化趋势.2.3焊接的影响:在等强度原则表2Cr-Ni不锈钢冷加工对导磁率的影响AISI牌号Cr%Ni%△%冷加工变形率%—31631018-31O.7—2.6510.7—2.8513.4+1.oo20.7+4.72下选用焊接工艺.焊接热影响区的晶粒长大使其塑性下降.焊接缺陷中的尖锐缺口在旋压过程中被拉裂,都使其性能低于母材而首先产生裂纹.3预防措施根据上述原因,作以下措施:3.1提升化学成分,即在不改变成形工艺的情况下,