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利用Gleeble-3800数字控制热/2模拟试验机研究了Q690低碳微合金钢在变形温度850~1150℃,应变速率0.01~30 s-1条件下的高温单道次压缩变形行为.建立了基于动态材料模型(DMM)的加工图,结合OM观察变形体微观组织确定了该钢种的高温热变形机制.结果表明:应变量0.7及以下的加工图中包含2个峰区(1 000~1 120℃,0.01~0.37 s-1和1 100~1 150℃,3.16~30 s-1)和3个加工失稳区(850~900℃,0.01~0.32 s-1和850~900℃,10
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第
40
卷第
4
期
2 0 1
3
年
4
月
文章编号
:1674-2974(2013)04-0080-07
湖南大学学报(自然科学版)
Journal
of
Hunan University(Natural Sciences)
Vo
l.
40
,
No.
4
Apr.
20
1 3
够
90
低碳微合金钢热变形微观组织演变及加工图祷
向高
1
,
2f
,谭智林1.
2
(1.贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳
550025;2.
贵州省材料结构与强度重点实验室,贵州贵阳
550025)
摘
要:利用
Gleeble-3800
数字控制热/力模拟试验机研究了
Q690
低碳微合金钢在变
形温度
850~
1l
50
.C
,应变这率
O.
01~30
S-I
条件下的高温羊道次压缩变形行为.建立了基
于动态材料模型
(DMM)
的加工图,结合
OM
观察变形体微观组织确定了该铜种的高温热
变形机制.结果表明:应变量
O.
7
及以下的加工图中包含
2
个峰区(1
000~1120
.C
,
O.Ol~
O.
37
S-I
和
1100~1150
.C
,
3.16~30
S-I)
和
3
个加工失稳区
(850~900
.C , 0.
01~0.
32
S-I
和
850~900
.C
,
10~30
S-I
以及
1
000~1
085
.C ,
1~30
S-I).
应变量超过
0.8
的加工围
包含
2
个峰区(1
025~1
100
.C , 0.
01~0.
38
S-I
和
1
100~1
150
.C
,
3~30
s-
吵,失稳区为
低温
(850~900
.C , 0.
01~30
S-I)
以及应变这率
1
S-I
以上的中低温度
(850~1
100
.C)
范
围,在这两个峰区峰值点附近的热变形显微组织为均匀的完全动态再结晶组织,因此,这两
个区域均适合
Q690
钢的热加工变形.
关键词:低碳微合金钢;热变形;动态再结晶
z
加工图
中固分类号
:TGll
1.
7
文献标识码
:A
Microstructure
Evolution and
Processing
Map
of
Thermal
Deformation of Q690
Low
Carbon
Microalloyed Steel
XIANG
Song
1
.
2t
,
TAN
Zhi-lin
1
.
2
(1. School of Materials
and
Meta
l1
urgy, Guizhou Univ , Guiyang
550025
, China;
2.
The
Key
Laboratory
for Mechanical Behavior and Microstructure
of
Materials,Guizhou Province , Guiyang
550025
,China)
Abstract:
The
hot
deformation
behavior
of
Q690
low
carbon
microalloyed
steel
was
studied
with
com-
pression
tests
on
a
Gleeble-3
800
simulator
in
the
temperature
rangefrom
850 .C
to
1150
.C
and
true
strain
rate
from
0.01
S-I
to
30
S-I.
Based
on
dynamic
materials
model
(DMM)
,
the
processing
map
for
the
Q690
steel
was
obtained
,
and
the
microstructure
characteristics
were
studied
with
optical
microscope.
The
re-
sults
have
shown
that
,
when
the
true
strain
is
less
than
0.7
,
there
are
two
efficiency
dissipative
peak
re-
gions
(1
OOO~
1
120
.C ,
O.
01
~O.
37s-
1
and
1
100~
1
150
.C , 3.
16~30
S-I)
and
three
processing
instabili-
ty
regions(850~900
.C ,
O.
01~0.
32s
一
1
and
850~900
.C ,
10~30s-1
and
1
000~1
085 .C ,
1~30s-l)
in
the
processing
maps.
The
true
strain
is
mòre
than
O.
8 ,
there
are
two
efficiency
dissipative
peak
regions
(1
025~1100.C
,
O.
01~0.
38
S-I
and
1100~1150
.C ,
3~30
s-
勺,
and
the
flow
instability
regions
appear
at
the
temperature
of
850~900
.C
and
the
strain
of
O.
01~30
S-I
,
as
well
as
at
the
temperature
of
850~1
100
特
收稿日期
:2012
… 07
-10
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(50901022)
作者简介:向
富(1
979
一)
,男,贵州瓮安人,贵州大学教授
↑通讯联系人
.E-mail:xiangs221@163.com
第
4
期
向
篱等
:Q690
低碳微合金钢热变形微观组织演变及加工图
81
.C
and
the
strain
rate
of
1
~
30
S-I.
The
microstructures
of
the
two
peak
efficiency
regions
are
uniform
,
fully
dynamic
recrystallization
grain
,
so
the
optimum
processing
parameters
of
hot
deformation
have
been
achieved.
Key
words:
low
carbon
microalloyed
steel;
hot
deformation;
dynamic
recrystallization;
processing
map
动态再结晶是金属热加工生产过程中控制组织
和性能的有效手段,在工业中广泛采用热机械控制
(TMCP)
工艺实现生产.其中,低碳或超低碳的成分
设计,以及结合
TMCP
技术成为了高强度钢生产的
新趋势.金属材料在高温热变形过程中会发生动态
回复或动态再结晶,影响金属材料的高温热变形的
行为.金属材料的微观组织演变受应变速率、变形温
度、变形量等热变形参数的影响.因此,在实际的生
产过程中通过控制热变形参数来达到控制微观组织
的目的,以实现提高成品的机械性能.
加工图方法作为优化金属加工工艺的有效工
具,已经在多种合金中得到了应用
[IJ
通过建立材料
的加工图,即能获得在各变形参数条件下材料的可
加工性,同时还可以分析得出材料在不同热加工区
域内的变形机制,以及确定出热加工过程中的加工
不稳定区域,从而达到控制微观组织和优化工艺参
数的目的.
Q690
钢是一种含
Nb
,
V
和
Ti
低碳微合金钢,
具有强度高、韧性好、低温韧性优良、加工性能和焊
接性能好、耐磨、耐腐蚀等特点,在煤矿机械、工程机
械、造船和钢结构等领域广泛应用.目前,对
C-M
钢
及
Nb
,
V
,
Ti
合金钢再结晶行为的研究比较多
[2-4J
Nb
和
Ti
的加入能形成难溶合金碳化物
(NbC
,
TiC
,
Nb(NC))
,阻碍钢坯在奥氏体化过程中晶界的
迁移,细化晶粒组织
.V
的加入增加了
V(C
,
N)
的
析出,能起到沉淀强化的作用
[5J
因此,与
C-Mn
钢
相比,
Q690
钢在热变形过程中会表现出自身的特
点,对
Q690
钢的热变形组织演变规律进行系统研
究显得非常必要,但目前关于
Q690
钢这方面的研
究较少.
本文采用
Gleeble-3800
数字控制热/力模拟试
验机对
Q690
钢进行高温单道次热压缩实验,分析
该合金的热变形行为,基于
OM
分析技术,研究变
形温度和应变速率对热变形组织的影响.建立基于
动态材料模型
(DMM)
的加工图,对
Q690
钢的热变
形行为进行较系统的研究,为控制微观组织和优化
工艺参数提供依据.
1
加工图理论
Prasad
基于大应变塑性变形的连续力学、物理
系统模拟和不可逆热动力学等方面的基本原理于
1983
年第一次提出了动态材料模型
(DMM)[6-7
J
,
该模型认为
[8J
变形体(功率耗散体)将外界输入的
功率消耗在以下两方面:
1)
由塑性变形引起的功率
耗散,表现为粘塑性热
;2)
通过变形过程中组织变化
而耗散的功率.该过程对于系统来说是不可恢复的,
热变形过程与能量耗散有关.
根据耗散结构理论,材料在热加工过程中单位
体积内所吸收的功率
P
可以分为耗散量
(G)
和耗
散协量(
J
)两部分,即
z
p=σ
•
t = G + J =
f>de
+
f:
tda;
ω
G
值表示塑性变形引起的功率消耗,其中大部
分转化成粘塑性热
.J
值表示与材料变形过程中组
织变化有关的功率消耗
.J
与
G
两种能量所占比例
由应变速率敏感指数
m
决定:
éJ
J
后
θσ
éJ(l
nσ)
I
m
éJ
Gσ
éJ
t
éJ(l时)
I"T
(2)
在恒定温度和应变下,动态本构方程表达了在
热变形中的动态反应
[9
叫:
σ
=
Kt
m
或
t
=
KI
σ
llm(K
,
Kl
为常数)
(3)
则
J
表示为:
J =
J:
tdσ
=
f:
K1
川
σ=
1
一
-K
I
σ
如
1
I
σ
-=-
+ 1
m
~K
,
σ
11m
σ
=
~æ.
(4)
m
十
r->-
-
m+1
通常
m
值随温度和应变速率呈非线性变化.对
于粘塑性固体的稳态流变
,
m
的取值范围为
0~
1.
当
m=l
时表示材料处于理想线性耗散状态,耗散
协量达到最大值
J
max
,即:
]
max
号
(5)
材料成形过程中显微组织演变所耗散的能量同
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