【摘 要】
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高锰钢因为具有良好的加工硬化性能与韧性而得到了广泛应用。目前,我国高锰钢产品主要是采用铸造高锰钢材质,但铸造高锰钢存在组织疏松、不致密、孔洞等缺陷,大大降低使用寿命。轧制高锰钢可在轧制过程中轧合缺陷、细化晶粒,大大提高其使用寿命,但关于轧制生产高锰钢的相关研究较少。同时高锰钢的导热系数小,内部组织冷却速率会随着工件横截面积的增大而显著降低,导致析出碳化物的增加,系统地研究冷却速率对高锰钢的影响规律
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高锰钢因为具有良好的加工硬化性能与韧性而得到了广泛应用。目前,我国高锰钢产品主要是采用铸造高锰钢材质,但铸造高锰钢存在组织疏松、不致密、孔洞等缺陷,大大降低使用寿命。轧制高锰钢可在轧制过程中轧合缺陷、细化晶粒,大大提高其使用寿命,但关于轧制生产高锰钢的相关研究较少。同时高锰钢的导热系数小,内部组织冷却速率会随着工件横截面积的增大而显著降低,导致析出碳化物的增加,系统地研究冷却速率对高锰钢的影响规律非常重要。因此本文选用ZGMn13Nb V高锰钢作为实验对象,研究了热变形行为与不同冷却工艺对组织演变及力学性能的影响。为深入研究ZGMn13Nb V高锰钢的热变形行为,模拟了不同变形温度（950-1150℃）与不同应变速率(0.01-5 s-1)的单道次高温压缩实验,研究表明:在相同应变速率下,随着变形温度的升高,流变应力下降;在相同变形温度下,随着应变速率的增加,流变应力上升。在低变形温度与高应变速率时,实验钢高温变形行为呈动态回复型,在高变形温度与低应变速率时,实验钢高温变形行为呈动态再结晶型。通过不同变形条件下的峰值应力计算了ZGMn13Nb V高锰钢热变形激活能Q=449.75KJ·mol-1,并建立了正弦双曲Arrhenius本构模型与特征参数模型。基于动态材料模型理论与流变失稳理论绘制ZGMn13Nb V高锰钢在真应变为0.1、0.3、0.5、0.7下的热加工图,结合显微组织表征确定了实验钢在真应变为0.7下的最优热加工工艺参数范围为1030-1110℃,0.01-0.16 s-1。为探索不同冷却工艺对ZGMn13Nb V高锰钢组织演变规律及力学性能的影响,模拟了不同冷却速率（0.5-10℃/s）的冷却过程,进行了显微组织表征和力学性能测试。研究表明:经过不同冷却工艺进行冷却后ZGMn13Nb V高锰钢基体组织均为奥氏体。随着冷却速率的提升,晶界析出碳化物（Fe,Mn）3C逐渐减小,在5℃/s冷却速率下析出碳化物（Fe,Mn）3C已转变为短棒状或颗粒状断续分布于晶界。在0.5℃/s冷却速率下各项力学性能均为最低值。随着冷却速率的增加,力学性能有所提升,其中冷却速率为3-5℃/s的力学性能提升最显著,当冷却速率达到10℃/s时抗拉强度、延伸率以及冲击韧性分别为959.8 MPa、51.6%与293 J,此条件下达到最大值。
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