一種微合金化鋼的動態再結晶行為研究

何群才 張秀香

摘 要：利用Gleeble-2000熱模擬實驗機對含硼微合金化鋼進行高溫單道次熱壓縮實驗，研究了不同變形溫度（850-1100℃），應變速率（0.1-10s-1）條件下的動態再結晶行為。結果表明：該合金化鋼在實驗中存在動態再結晶和動態回復現象，當變形溫度越高，變形速率越低時，越易發生動態再結晶。利用Origin軟件，運用回歸分析法計算出實驗鋼的熱變形激活能為285.864kJ/mol，確定了該實驗鋼的Z參數關系式。

關鍵詞：微合金化鋼;熱模擬;動態再結晶;激活能

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

隨著工業生產的發展，社會對傳統鋼鐵材料提出了高性能，低成本，輕量化的要求，高強度低碳貝氏體鋼具有良好的綜合力學性能，廣泛用于建筑，石油管線，汽車面板，艦船，橋梁等，很好的順應了時代的這種需求[1]。用TMCP工藝生產低碳微合金鋼在連續冷卻過程中獲得貝氏體組織的關鍵是要抑制先共析鐵素體的形成，在鋼中加入微量元素硼，利用硼向晶界強烈偏聚的特性來抑制多邊形鐵素體轉變，在較寬冷卻速度范圍內都可得到貝氏體組織。加入成本較低的硼元素，不但可以節約大量鎳、鉻、鉬等昂貴的合金元素，而且有利于將鋼的高強度同良好可焊性和抗冷脆能力相結合，還可提高晶界強度進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性能也有明顯影響[2]。

目前，國內外很多學者對硼在鋼中的作用進行了研究，這些研究主要集中在硼在奧氏體晶界的偏聚行為、連續冷卻下組織的轉變、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再結晶的影響，而奧氏體的晶粒尺寸，分布及織構等顯著影響鋼鐵材料的力學性能，其在熱軋制過程中的動態再結晶行為影響顯著，所以有必要深入研究含硼低碳鋼的動態再結晶行為，進而提高含硼鋼的組織和性能。本文利用熱模擬試驗機，采用單道次壓縮實驗研究了一種含硼微合金的動態再結晶行為，獲得了實驗鋼的再結晶激活能，確定Z參數關系式。

1 實驗方法

實驗用鋼采用25kg真空感應爐冶煉，利用東北大學RALФ450試驗機熱軋成12mm板材，其化學成份如表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，進行單道次壓縮試驗，應變速率分別為0.1、1、5和10s-1。最大應變量為0.9。

2 實驗結果與分析

2.1 實驗鋼的應力-應變曲線

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

2.2 動態再結晶激活的確定

3 結語

（1）本文實驗微合金鋼在不同變形條件下發生相應的動態再結晶及動態回復現象，變形溫度越高，應變速率越低，峰值應力越小，越容易發生動態再結晶。

（2）本文實驗鋼的動態再結晶激活能為285.864kJ/mol，相比較而言微合金化后能降低動態再結晶的激活能。Z參數與的關系式為：Z=exp[Qdef/（RT）]=exp[286570/（RT）]。

參考文獻

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

[2] 王克魯，魯世強，康永林，李鑫.鄭海忠.硼對高強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手冊[M].冶金工業出版社，1990.

[4] 竇曉峰，鹿守理，趙輝.Q25鋼動態再結晶模型的建立[J].北京科技大學學報，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.