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微合金钢的高温变形行为对控制热轧过程以及热轧产品的尺寸精度和最终性能非常必要,目前对材料高温变形的热加工参数(如温度、应变速率、应变)进行了大量的研究,但化学成分对微合金钢高温变形行为的研究较少,尤其是对应变速率敏感性的研究较少。本论文实验研究了1种低碳钒氮微合金钢(LCMN-C:0.05%,V:0.08%,N:0.015%)的热变形速率敏感性行为,并结合2种中碳钒氮钢(MCMN-C:0.33%,V:0.1%,N:0.014%、MCHN-C:0.33%,V:0.1%,N:0.023%)和1种中碳无钒对比钢(MC-Base-C:0.33%)的热变形实验数据,系统研究了碳、钒氮对微合金钢热变形速率敏感性的影响规律。
采用Gleeble-1500热/力模拟试验机,通过等温恒应变速率热压缩试验,对 LCMN实验钢热变形速率敏感性行为进行了较为系统的研究。获得了900~1100℃温度范围和0.01~30s-1应变速率范围内的真应力-真应变曲线,采用双曲线函数关系式表达峰值应力与变形温度和应变速率的关系,得到了本构方程和表观热变形激活能Q。基于Montheillet模型,进而绘制了LCMN的T-(ε)-m、ε-(ε)-m、T-(ε)-m等值线图,综合研究了温度T、应变速率(ε)、应变量ε对热变形应变速率敏感因子m值的影响规律。结果表明:(1) LCMN实验钢的热变形行为具有很高的应变速率敏感性,临界应变随着变形温度的升高和应变速率的减小而降低。该钢的热变形行为对应变速率的变化较温度和应变量相比更为敏感。(2)通过对应变量在0.9时的T-(ε)-m图分析得到了 LCMN实验钢的m峰值位置:(1100℃,1s-1)和(950℃,0.01s-1),对应的数值分别为0.18和0.25。显微组织观测结果进一步验证了这些m峰值区均为动态再结晶易发生区,从而,低碳钒氮微合金钢可以有多于一个热加工参数窗口供设计再结晶控制轧制工艺时选择。
结合MCMN、MCHN和MC-Base实验钢热变形数据,分别绘制了三种实验钢的本构方程、动态再结晶图、T-(ε)-m、ε-(ε)-m、T-ε-m等值线图。系统研究了碳、钒氮对微合金钢热变形速率敏感性的影响规律。结果表明:(1)在不同应变速率区,钢的热变形激活能和硬化效应随碳含量的变化规律正好相反。在较低应变速率时(0.01s-1、0.1s-1),碳含量从0.05%增加到0.33%时,热变形激活能从248.95KJ/mol增加到477.82KJ/mol,加工硬化效应增强;在较高应变速率时(1s-1、10s-1、30s-1),碳含量从0.05%增加到0.33%时,热变形激活能从428.11 KJ/mol降低到287.66 KJ/mol,软化效应增强。(2)与未微合金化的钢相比,钒中氮微合金化使中碳实验钢的热变形激活能从298.96KJ/mol增加到337.02 KJ/mol,阻碍了动态再结晶的发生。(3)与未微合金化的钢相比,钒高氮微合金化使中碳实验钢的m峰值位置从(950℃,1s-1)移动到(1050℃,1s-1)。
以上结果表明,实验钢的热变形行为具有很高的应变速率敏感性,在不同的应变速率范围内具有不同的规律,可能对应着不同的热变形机制,有待进一步的深入研究。同时,在研究材料的热变形行为规律时,应注意覆盖足够大范围的应变速率,以避免得出偏颇的结论。