王曉明,洪慧平,王 孟,馬存強(qiáng),程 政,梁蓬霞

(北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京,100083)

37M n5鋼高溫變形抗力模型及動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)模型研究

王曉明,洪慧平,王 孟,馬存強(qiáng),程 政,梁蓬霞

(北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京,100083)

通過Gleeble熱模擬試驗(yàn)獲得不同變形條件下37M n5鋼的應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)數(shù)據(jù),采用不同模型對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸,找到適合37Mn5鋼高溫變形時(shí)的變形抗力模型。同時(shí),通過計(jì)算得到了該鋼的動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)方程和動態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)表達(dá)式。將以上模型的計(jì)算值與實(shí)測值進(jìn)行比較,結(jié)果表明,計(jì)算值與實(shí)測值非常接近。

37M n5鋼;變形抗力;動態(tài)再結(jié)晶;動力學(xué)

37M n5鋼作為一種常用的合金結(jié)構(gòu)鋼,是生產(chǎn)J55級石油套管的專用鋼種,廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)[1-2]。生產(chǎn)過程中,管坯表面裂紋和穿管折疊等缺陷是造成J55油井管不合格的主要原因[3]。目前針對該鋼質(zhì)量缺陷的研究主要集中在鋼水冶煉和連鑄過程[4]。國內(nèi)針對變形原因造成37M n5鋼熱缺陷的研究較少,尤其是針對37M n5鋼的高溫變形抗力模型還未見文獻(xiàn)報(bào)道。為此,本文通過熱模擬試驗(yàn),找到適合37M n5鋼的高溫變形抗力模型,并對該鋼種的動態(tài)再結(jié)晶進(jìn)行研究,建立動態(tài)再結(jié)晶數(shù)學(xué)模型,以期為進(jìn)一步研究熱塑性變形的數(shù)值模擬提供準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

熱壓縮試樣取自37M n5熱軋棒材,其化學(xué)成分如表1所示。將棒材加工成φ10 mm×15 mm的圓柱試樣。

表1 37Mn5鋼的化學(xué)成分(wB/%)Table 1 Chem ical com positions of 37Mn5 steel

1.2 試驗(yàn)方法

在 Gleeble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行恒溫、恒應(yīng)變速率壓縮試驗(yàn)。變形溫度為800、900、1 000、1 150℃,應(yīng)變速率為0.1、3、10 s-1。試樣以10℃/s的升溫速率加熱到1 250℃,保溫5 min,再以5℃/s的速率降溫至設(shè)定的變形溫度,保溫30 s,然后按預(yù)先設(shè)定的變形溫度和應(yīng)變速率進(jìn)行壓縮變形,最大真應(yīng)變?yōu)?.8。

2 結(jié)果與分析

2.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

根據(jù)熱壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出熱壓縮過程中試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,如圖1所示。由圖1中可以看出,變形溫度為900～1 150℃、應(yīng)變速率為0.1同應(yīng)變下37M n5鋼的動態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)的計(jì)算值與實(shí)測值的比較。由圖5中可見,計(jì)算值與實(shí)測值比較接近。動態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)表達(dá)式(12)的回歸相關(guān)系數(shù)為0.941 8,相關(guān)性較高。

圖1 37Mn5鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.1 True stress-strain curves of 37Mn5 steel

3 結(jié)論

(2)描述37M n5鋼的動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)方程為 f=1-exp(-b(Z)tn(Z)),其中n(Z)=-6.823 0/ln(tc/ts);b(Z)=5.012 5×10-3/tn(Z)c。

(3)37M n5鋼在試驗(yàn)條件下的動態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)表達(dá)式為 Xdyn=1-exp[-3.494 2 ((ε-εc)/εp)2.8843],(ε≥εc)。

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High tem perature deformation resistance model and dynam ic recrystallization kineticsmodel of 37Mn5 steel

W ang Xiaom ing,Hong H uiping,W ang M eng,M a Cunqiang,Cheng Zheng,L iang Pengxia
(School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)

Based on the thermal simulation experiment under different defo rmational conditions,the stress strain experimental data w ere obtained.By using different models,we obtained a defo rmation resistance model w hich suited 37M n5 steel in high temperature.A t the same time,we also calculated the dynamic recrystallization kinetics equation and the dynamic recrystallization volume fraction equation.A ll the models p resent a good agreement w ith the experimental data,w hich indicates they had a high accuracy and the research can p rovide accurate mathematical models for the hot p lastic deformation numerical simulation of 37M n5 steel.

37M n5 steel;deformation resistance;dynamic recrystallization;kinetics

TG142

A

1674-3644(2010)05-0497-04

[責(zé)任編輯 鄭淑芳]

2010-06-23

王曉明(1985-),男,北京科技大學(xué)碩士生.E-mail:w xm929@126.com

洪慧平(1963-),男,北京科技大學(xué)副教授.E-mail:hhp@mater.ustb.edu.cn