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        一種微合金化鋼的動態(tài)再結(jié)晶行為研究

        2019-09-18 03:58:30何群才張秀香
        中國科技縱橫 2019年14期
        關(guān)鍵詞:激活能

        何群才 張秀香

        摘 要:利用Gleeble-2000熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)對含硼微合金化鋼進(jìn)行高溫單道次熱壓縮實(shí)驗(yàn),研究了不同變形溫度(850-1100℃),應(yīng)變速率(0.1-10s-1)條件下的動態(tài)再結(jié)晶行為。結(jié)果表明:該合金化鋼在實(shí)驗(yàn)中存在動態(tài)再結(jié)晶和動態(tài)回復(fù)現(xiàn)象,當(dāng)變形溫度越高,變形速率越低時,越易發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。利用Origin軟件,運(yùn)用回歸分析法計算出實(shí)驗(yàn)鋼的熱變形激活能為285.864kJ/mol,確定了該實(shí)驗(yàn)鋼的Z參數(shù)關(guān)系式。

        關(guān)鍵詞:微合金化鋼;熱模擬;動態(tài)再結(jié)晶;激活能

        中圖分類號:TG142.33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-2064(2019)14-0087-02

        隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,社會對傳統(tǒng)鋼鐵材料提出了高性能,低成本,輕量化的要求,高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼具有良好的綜合力學(xué)性能,廣泛用于建筑,石油管線,汽車面板,艦船,橋梁等,很好的順應(yīng)了時代的這種需求[1]。用TMCP工藝生產(chǎn)低碳微合金鋼在連續(xù)冷卻過程中獲得貝氏體組織的關(guān)鍵是要抑制先共析鐵素體的形成,在鋼中加入微量元素硼,利用硼向晶界強(qiáng)烈偏聚的特性來抑制多邊形鐵素體轉(zhuǎn)變,在較寬冷卻速度范圍內(nèi)都可得到貝氏體組織。加入成本較低的硼元素,不但可以節(jié)約大量鎳、鉻、鉬等昂貴的合金元素,而且有利于將鋼的高強(qiáng)度同良好可焊性和抗冷脆能力相結(jié)合,還可提高晶界強(qiáng)度進(jìn)而提高抗氫致晶間斷裂的能力,同時對低碳貝氏體鋼的微觀組織和力學(xué)性能也有明顯影響[2]。

        目前,國內(nèi)外很多學(xué)者對硼在鋼中的作用進(jìn)行了研究,這些研究主要集中在硼在奧氏體晶界的偏聚行為、連續(xù)冷卻下組織的轉(zhuǎn)變、熱塑性的影響及淬透性的影響等。以往研究很少考慮硼對低碳錳鋼動態(tài)再結(jié)晶的影響,而奧氏體的晶粒尺寸,分布及織構(gòu)等顯著影響鋼鐵材料的力學(xué)性能,其在熱軋制過程中的動態(tài)再結(jié)晶行為影響顯著,所以有必要深入研究含硼低碳鋼的動態(tài)再結(jié)晶行為,進(jìn)而提高含硼鋼的組織和性能。本文利用熱模擬試驗(yàn)機(jī),采用單道次壓縮實(shí)驗(yàn)研究了一種含硼微合金的動態(tài)再結(jié)晶行為,獲得了實(shí)驗(yàn)鋼的再結(jié)晶激活能,確定Z參數(shù)關(guān)系式。

        1 實(shí)驗(yàn)方法

        實(shí)驗(yàn)用鋼采用25kg真空感應(yīng)爐冶煉,利用東北大學(xué)RALФ450試驗(yàn)機(jī)熱軋成12mm板材,其化學(xué)成份如表1所示,將鋼板加工成Ф8×15mm圓柱試樣。利用Gleeble-2000熱模擬機(jī)將試樣以10℃/s速度加熱到1150℃,保溫3min,使奧氏體充分均勻化,然后以10℃/s速度冷卻到變形溫度:1100、1050、1000、950、900和850℃。保溫30s,進(jìn)行單道次壓縮試驗(yàn),應(yīng)變速率分別為0.1、1、5和10s-1。最大應(yīng)變量為0.9。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 實(shí)驗(yàn)鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

        圖1為實(shí)驗(yàn)鋼在變形溫度850-1100℃,應(yīng)變速率0.1、1、5和10s-1變形條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,從圖1可知,曲線為2種類型:第一種是變形初期應(yīng)力隨應(yīng)變的增加先急速增加,然后出現(xiàn)峰值后應(yīng)力開始下降,下降一定程度然后幾乎保持不變,曲線呈近似水平的直線,即為動態(tài)再結(jié)晶型。第二種類型曲線先增加,然后趨于平緩,即為動態(tài)回復(fù)型。如圖1(b)應(yīng)變速率為1s-1時溫度在900℃以下為動態(tài)回復(fù)型,在950℃以上為動態(tài)再結(jié)晶型。此外從圖1(a-d)還可以看出,在相同的應(yīng)變速率下,峰值應(yīng)變和峰值應(yīng)力均隨變形溫度的降低而增加。圖1(e)為900℃時,不同應(yīng)變速率下實(shí)驗(yàn)鋼的流變應(yīng)力曲線,可見,當(dāng)速率為0.1s-1時為明顯動態(tài)再結(jié)晶曲線,而速率大于0.1s-1時曲線均趨于平緩,為動態(tài)回復(fù)型。在熱壓縮過程中,溫度越高,變形速率越低,越易發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。這是因?yàn)闇囟仍礁?,原子熱振幅越大,降低原子間的結(jié)合力,滑移運(yùn)動阻力減小,降低了變形抗力,易發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象。當(dāng)變形速率較低時,有充分的時間進(jìn)行軟化,晶粒有足夠的時間長大,易發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。

        2.2 動態(tài)再結(jié)晶激活的確定

        3 結(jié)語

        (1)本文實(shí)驗(yàn)微合金鋼在不同變形條件下發(fā)生相應(yīng)的動態(tài)再結(jié)晶及動態(tài)回復(fù)現(xiàn)象,變形溫度越高,應(yīng)變速率越低,峰值應(yīng)力越小,越容易發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。

        (2)本文實(shí)驗(yàn)鋼的動態(tài)再結(jié)晶激活能為285.864kJ/mol,相比較而言微合金化后能降低動態(tài)再結(jié)晶的激活能。Z參數(shù)與的關(guān)系式為:Z=exp[Qdef/(RT)]=exp[286570/(RT)]。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 李秉軍,李晶,劉偉健,張逖.TMCP生產(chǎn)低碳貝氏體鋼中微合金化元素的作用機(jī)理研究[J].鋼鐵釩鈦,2013,34(3):77-82.

        [2] 王克魯,魯世強(qiáng),康永林,李鑫.鄭海忠.硼對高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼組織和性能的影響[J].金屬熱處理,2009(34):6-9.

        [3] 李曼云,孫本榮.鋼的控制軋制和控制冷卻技術(shù)手冊[M].冶金工業(yè)出版社,1990.

        [4] 竇曉峰,鹿守理,趙輝.Q25鋼動態(tài)再結(jié)晶模型的建立[J].北京科技大學(xué)學(xué)報,1998,20(5):467-470.

        [5] Anan G,Nakajima S,Miyahara M,et al.Model for recovery and recrystallization of hot deformed austenite considering structural heterogeneity[J].ISIJ International,1992,32(3):261-266.

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