U75V金屬的再結晶行為研究

譚 軍，康嘉蕓

（華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南 湘潭 411101）

與普通線路相比，金屬軌道不僅要承受機車壓力，還要承受列車高速運轉所帶來的沖擊載荷,針對金屬軌道實際工作時的損耗情況，宜采用重型金屬軌道, 且此金屬軌道的材質應具備“高純凈度、高強度、高韌性、高精度和良好可焊性”[1]。為了獲得細小晶粒組織，和使金屬擁有優良的綜合力學性能。研究人員對U75V金屬采用控制軋制工藝。而熱塑性變形過程中或變形之后的金屬組織的再結晶在控制軋制中起著決定作用。本研究用熱模擬實驗研究U75V金屬的靜、動態再結晶行為，通過分析得出該金屬發生靜態再結晶的溫度，和發生動態再結晶的溫度和變形速率大小。為U75V金屬在今后的實際生產過程，提供了最合宜的工藝參數，以獲得最優良的性能。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

實驗用金屬為真空感應爐冶煉，澆鑄成50kg鑄錠，金屬錠尺寸為Φ170mm×350mm。在均熱爐中加熱至1250℃，均熱2小時后開始軋制。試驗金屬的化學成分及試樣尺寸分別如下表1圖1。

表1 試驗金屬化學成分（質量分數，%）

圖1 試驗所用試樣尺寸

1.2 試驗方法

將所選金屬材加工成φ8×12mm的小圓柱體，送入熱模擬機（thermecmastor-Z）進行壓縮變形。熱模擬機先將試件以10℃/s加熱1250℃，保溫15min，以保證其中的V(C,N)的微合金元素充分固溶。然后以5℃/s的冷速冷卻到設定的形變溫度，等溫進行兩次壓縮變形，每次形變量均為30%,形變速率均為3/s 。兩次形變之間停留不同的弛豫時間。取1000℃、950℃、920℃、900℃，880℃及850℃六個溫度進行等溫壓縮變形。經計算得到再結晶分數曲線，通過分析得出該金屬發生靜態再結晶的溫度。通過模擬兩道次熱變形，研究試驗金屬的動態再結晶行為，根據應力——應變曲線分析該金屬發生動態再結晶的溫度和變形速率大小。

2 試驗結果及分析

圖2,3和4分別表示同一應變速率、不同溫度時的應力-應變曲線。U75V金屬變形速率為1/s時，在850～1250℃之間變形時，均能夠發生動態再結晶。當變形速率增大到10/s和70/s時，只有850℃變形時發生了動態再結晶；而在950～1250℃變形時，僅能夠發生動態回復。變形速率一定時，隨變形溫度升高，最大應力降低。

圖2 1 s時的應力-應變曲線

圖3 10 s時的應力-應變曲線

圖4 70 s時的應力-應變曲線

圖5 850℃時的應力-應變曲線

圖6 1050℃時的應力-應變曲線

隨著應變速率的增大，應力-應變曲線上的峰值應力、應變較大，動態再結晶難以發生。例如圖5，在850℃、70 s的條件下，再結晶很不明顯；在1～70 s的應變速率范圍內基本上不發生再結晶。如圖6，在1050℃、1 s的條件下，發生了動態再結晶現象。在高的變形溫度、大變形量和低應變速率的條件下，動態再結晶易于發生。

圖7 U75V金屬的動態再結晶圖（1250℃保溫2h，軋后空冷）

表2 U75V金屬動態再結晶實測數據

根據圖2應力-應變曲線上計算得到表2中的數據,再據此做出動態再結晶圖,如圖7。隨著變形溫度的升高，發生和完成動態再結晶的臨界變形量也逐步減小。1/s，當變形溫度為850℃時的起始和終止真應變分別為0.17和0.83;1150℃則分別為（真應變為0.20和0.67）。這種金屬發生和完成動態再結晶的臨界變形量差較大，因此可認為這種金屬不易發生和完成動態再結晶。

再結晶激活能的計算公式:

根據圖2、3、4中真應力-應變曲線，求出各變形條件下的峰值應力如表3。做各溫度下的Ln對σp關系曲線圖，分別求出各曲線的斜率,則

表3 各變形條件下的峰值應力

圖8 各溫度下1/T×10-4與關系曲線

圖9 U75V金屬的靜態再結晶開始-結束情況曲線

同理1/T×10-4和的關系曲線，如圖9，求出平均斜率。則動態再結晶激活能

而后采用 Back-extrapolation方法處理兩道次壓縮應力-應變曲線得到的靜態再結晶率-時間曲線，如圖9。溫度越高，再結晶將更為迅速的進行，且影響十分顯著。隨著等溫形變溫度降低，再結晶過程較以前有加速的傾向。形成這種現象的主要原因是V（C、N）質點析出阻止了再結晶的進行。文獻指出，釩的固溶度積很大，通常釩的碳化物在900℃以下才開始析出，金屬中加了氮以后，釩的氮化物的析出溫度有所提高，大約提高到950℃左右。金屬在1000℃壓制變形時，沒有釩的碳氮化物析出，再結晶沒有受到任何阻止，再結晶過程很快就完成；在950℃壓制變形時，只有少量的碳氮化物析出，對再結晶有一定的阻止作用，因而在靜態再結晶曲線上有短暫的平臺；在900℃壓制變形時，有較多量的碳氮化物析出，對再結晶有較大的阻止作用，因而在靜態再結晶曲線上有較長的平臺；當等溫壓制形變溫度繼續降低至880℃和850℃時，碳氮化物就大量析出，試樣金屬幾乎不發生靜態再結晶。所以，試驗金屬的靜態再結晶曲線的結果是符合基本理論的[3]。

3 結論

（1）U75V金屬變形速率為1/s時，在850～1250℃之間變形時，均能夠發生動態再結晶，

而）變形速率增大到10/s和70/s時，只有在850℃變形時發生了動態再結晶，而在950～1250℃變形時，僅能夠發生動態回復。

（2）變形速率一定時，隨變形溫度升高，最大應力降低，該金屬的熱變形激活能Q為370.3324KJ/mol。

（3）靜態再結晶曲線表明：該金屬再結晶溫度在1000℃以上，950℃以下由于碳氮化釩的析出，推遲了再結晶。