D0I:10.13374/j.issnl(00103x.2010.10.008 第32卷第10期 北京科技大学学报 Vo132N910 2010年10月 JoumalofUniversity of Science and Technopgy Beijng 0ct2010 S0M435钢热变形动态再结晶动力学模型参数的确定 吴晋彬”刘国权”王浩》 韩永珍1) 1北京科技大学材料科学与工程学院。北京1000832)北京科技大学新金属材料国家重点实验室。北京100083 摘要通过分析冷镦钢S0M435在温度为950~1150℃.应变速率为01~1s范围内发生动态再结晶的热/力模拟试验数 据.利用其应变硬化速率与流变应力σ的日-σ曲线，准确确定了其发生动态再结晶的临界应变e。峰值应变E。临界应力 G和峰值应力g,用应力应变(。-E)曲线方法计算SC435钢的动态再结晶Avam动力学曲线和时间指数口结果表明： SM435钢发生动态再结晶的临界应变与峰值应变的平均比值eckp=0.73动态再结晶Avm时间指数平均值-1.9外在 温度950~1150℃，应变速率0.1~1s范围内，应变速率是S0M435钢的动态再结晶动力学敏感因素.温度对其影响不大：动 态再结晶率5%的时间与应变速率成反比. 关键词合金钢：动态再结晶；应变速率；动力学 分类号TG1117 Parameters detemm ination of the dynam ic recrystallization kinetics model for SCM435 steel during hot com pressive defomm ation WU Jnbin)LI Guoquan 2)WANGHad)HAN Yong zen) 1)School ofMa terals Science and Engineering University of Science and Teclnokgy Beijng Beijing 100083 Chna 2)Smte Key Laboratory for Advanced Mels and Materals University of Science and Technobgy Beijng Beijing 100083 Chna ABSTRACT By analyzng he hemalm echanical smulatian eest data under dyna ic recrystallization (DRX)of cold headng steel SM435 in a temperaure range of950 p1 150C and a strain rate range ofo 1 1s,such characteristic values as critical suane peak straine critcal stresso and peak stresso were derived from he curves of stran harden ng rate p flow stress (0).The Avramik netic curves ofdynamic recrystallization and he tine exponent n ofS(M435 steelwere cajcu hed by he stressstran ( method It is shown hat he average vale ofep isa 73 and he average vale of n was1 91 under DRX The DRX Avrm ikinetic ofS M435 steel is sensitive p stran rate and not mperaure sensitive in he temperaure range of950 p1150'C and the stan rate of 0.I p1 The tme when the crystallization ratp is50%is nversey prportpnal to stain rate KEY WORDS alpy steel dynam ic recrysallization strain rae kinetics SM435冷镦钢主要用于制造螺栓、螺母和铆 晶分数可以采用淬火试样直接进行金相观测，然而 钉等紧固件，冷镦工艺对原材料的质量要求很高，影 当再结晶分数达到一定量后，再结晶晶粒与未再结 响冷镦钢质量的主要因素有化学成分、表面质量、组 晶晶粒就难以区分，使得定量得到的动态再结晶分 织状态、气体与非金属夹杂和轧制工艺等.高速线 数偏高，且金相方法的实验工作量大.利用热压缩 材轧制是冷镦钢线材生产的关键工序，利用热力模 模拟试验应力应变曲线间接地研究金属热变形过 拟试验方法对S435产品的轧制工艺参数范围内 程中发生动态再结晶的分数，代替定量金相法直接 热变形过程中的显微组织演变规律进行研究。建立 测定，已经在不同的合金中得到应用，可靠性得到证 SM435钢热变形动态再结晶模型，能够为优化 实【.本文通过发生动态再结晶的0。曲线图构 SM435冷镦钢线材热轧工艺提供参考.动态再结 造了动态回复曲线。利用构造的回复曲线G© 收稿日期：2009-12-28 作者简介：吴晋彬(1972-，女，高级工程师，博士研究生：刘国权(1952-)男，教授博士生导师，Ema1g1@usum
第 32卷 第 10期 2010年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.10 Oct.2010 SCM435钢热变形动态再结晶动力学模型参数的确定 吴晋彬 1) 刘国权 1, 2) 王 浩 1) 韩永珍 1) 1)北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 2)北京科技大学新金属材料国家重点实验室, 北京 100083 摘 要 通过分析冷镦钢 SCM435在温度为 950 ～ 1150℃、应变速率为 0.1 ～ 1 s-1范围内发生动态再结晶的热 /力模拟试验数 据, 利用其应变硬化速率 θ与流变应力 σ的 θ--σ曲线, 准确确定了其发生动态再结晶的临界应变 εc、峰值应变 εp、临界应力 σc和峰值应力 σp, 用应力--应变(σ-ε)曲线方法计算 SCM435钢的动态再结晶 Avrami动力学曲线和时间指数 n.结果表明: SCM435钢发生动态再结晶的临界应变与峰值应变的平均比值 εc/εp=0.73, 动态再结晶 Avrami时间指数平均值 n=1.91;在 温度 950 ～ 1150℃, 应变速率 0.1 ～ 1 s-1范围内, 应变速率是 SCM435钢的动态再结晶动力学敏感因素, 温度对其影响不大;动 态再结晶率 50%的时间 t50与应变速率成反比. 关键词 合金钢;动态再结晶;应变速率;动力学 分类号 TG111.7 Parametersdeterminationofthedynamicrecrystallizationkineticsmodelfor SCM435 steelduringhotcompressivedeformation WUJin-bin1) , LIUGuo-quan1, 2) , WANGHao1) , HANYong-zhen1) 1)SchoolofMaterialsScienceandEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 2)StateKeyLaboratoryforAdvancedMetalsandMaterials, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China ABSTRACT Byanalyzingthethermal/mechanicalsimulationtestdataunderdynamicrecrystallization(DRX)ofcoldheadingsteel SCM435 inatemperaturerangeof950 to1 150℃ andastrainraterangeof0.1 to1s-1 , suchcharacteristicvaluesascriticalstrainεc, peakstrainεp, criticalstressσcandpeakstressσpwerederivedfromthecurvesofstrainhardeningratetoflowstress(θ-σ).The AvramikineticcurvesofdynamicrecrystallizationandthetimeexponentnofSCM435 steelwerecalculatedbythestress-strain(σ-ε) method.Itisshownthattheaveragevalueofεc/εpis0.73 andtheaveragevalueofnwas1.91 underDRX.TheDRXAvramikinetic ofSCM435 steelissensitivetostrainrateandnottemperature-sensitiveinthetemperaturerangeof950 to1150℃ andthestrainrateof 0.1 to1 s-1.Thetimewhenthecrystallizationratiois50% isinverselyproportionaltostrainrate. KEYWORDS alloysteel;dynamicrecrystallization;strainrate;kinetics 收稿日期:2009-12-28 作者简介:吴晋彬(1972— ), 女, 高级工程师, 博士研究生;刘国权(1952— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:g.liu@ustb.edu.cn SCM435冷镦钢主要用于制造螺栓、螺母和铆 钉等紧固件,冷镦工艺对原材料的质量要求很高 ,影 响冷镦钢质量的主要因素有化学成分、表面质量 、组 织状态、气体与非金属夹杂和轧制工艺等 .高速线 材轧制是冷镦钢线材生产的关键工序, 利用热 /力模 拟试验方法对 SCM435产品的轧制工艺参数范围内 热变形过程中的显微组织演变规律进行研究, 建立 SCM435钢热变形动态再结晶模型 , 能够为优化 SCM435冷镦钢线材热轧工艺提供参考 .动态再结 晶分数可以采用淬火试样直接进行金相观测 , 然而 当再结晶分数达到一定量后 ,再结晶晶粒与未再结 晶晶粒就难以区分, 使得定量得到的动态再结晶分 数偏高 ,且金相方法的实验工作量大.利用热压缩 模拟试验应力--应变曲线间接地研究金属热变形过 程中发生动态再结晶的分数 ,代替定量金相法直接 测定,已经在不同的合金中得到应用 ,可靠性得到证 实 [ 1--2] .本文通过发生动态再结晶的 θ--σ曲线图构 造了动态回复曲线 σrecov,利用构造的回复曲线 σrecov DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.10.008
第10期 吴晋彬等：SCM435钢热变形动态再结晶动力学模型参数的确定 。1283" 和实验测得的曲线σx直接计算得到动态再结晶 100 分数X构建了动态再结晶动力学Avm曲线[ SCM435.1000℃.0.1s' 一七次多项式拟合动态再结晶曲线 该方法与金相实验方法相比，更为简便迅速. 1研究方法 10 60 11试验材料的成分及热力模拟试验方法 将SM435线材按标准加工成中8mX15mm 40f e-0.02 的圆柱形热压缩试样，在Gle©be1500热力模拟 020.40.60.81.0 试验机上进行压缩试验，试验钢的具体成分见表1 以10℃。s'的升温速度将试样加热至1200℃并保 图1拟合后的S435钢动态再结晶流变曲线·pD示意图 温5m迎以使试样温度均匀，然后以5℃·s'的速度 Fig 1 Schemat ic diagram illustra ting he fitted flow curve 降至变形温度，变形方式为等温、恒应变速率的轴向 DRx of S(M435 steel 压缩，变形温度范围为900~1150℃，温度间隔 50℃，变形速率分别为001、0.1、0.5.1、3和70s. 400 SCM435.I000℃，0.1g 加热过程中吹氩气保护，以防止试样表面氧化，变形 300 过程中，在圆柱体试样两端加放钽片，减小摩擦对应 200 力状态的影响4 表1S435钢的化学成分（质量分数） Tab e1 Chemical compositin of SM435 swel % Si Mn P Cr Mo :G: -10040506708090100 035022073001000641.030.2 MPa 12动态再结晶的曲线特征参量确定方法 图2由图1拟合曲线得到SM435钢应变硬化速率与 对发生动态再结晶的流变应力曲线用Og软 流变应力0-σ曲线 Fg 2 0 strain hardening mate flow stress)curve of 件作七次多项式拟合平滑，消除由于温度、负载 SCM435 skel derived fom the fit wed curve ofFg 1 测试、润滑障碍和非均匀流动造成的试验曲线噪声 误差.拟合曲线见图1.ō定义为流变应力曲线上 1.3动态再结晶动力学的σ-e曲线计算方法 e=0.02处的应力.利用所研究的S435钢发生 对动态再结晶分数可以采用淬火试样直接进行 动态再结晶的流变应力曲线，作应变硬化速率0与 观测，然而当再结晶分数达到一定量后，再结晶晶粒 流变应力。的0-σ曲线，其中0=G/化见图2 与未再结晶晶粒就难以区分，使得定量得到的动态 从图2可见0-σ曲线可分为四个阶段.第I段直 再结品分数偏高.热变形过程中的微观组织演化会 线段是线性硬化阶段，对应为变形开始，直到开始形 在热变形流变应力应变曲线上得到反映，利用热/ 成亚晶.此后，动态回复速率变慢曲线斜率逐渐降 力模拟实验方法得到的发生动态再结晶的应力应 低，变形进入第Ⅱ个线性硬化阶段.当流变应力或 变曲线，可以直接计算得到发生动态再结晶的分数， 应变量达到动态再结晶临界值时，则发生动态再结 对发生动态再结晶的σ-e曲线进行多项式拟合平 晶（Ⅲ，应变硬化速率快速下降与σ轴相交处(0 滑处理，处理后的结果见图3中的下曲线σDx.图3 =0)的应力为峰值应力σR定义G作为加工硬化 中的上曲线ōe是假定未发生再结晶区域的加工 速率0的二阶导数为0的点，饱和应力。定义为从 硬化曲线，可以从发生动态再结晶的临界应变前的 动态再结晶临界点外延直线到0=0处（图2中过 加工硬化推断.定义动态再结晶开始于临界应变e。 (σ0)点与横轴平行的虚线，交点处的流变应力 和临界应力6。在此之后动态再结晶造成o©和 特征值是σm:在连续变形时，σa代表最大加工硬 ōR曲线的不同.在饱和处，应力渐进线由G给 化晶粒内的位错密度，是连续动态再结晶的驱动力. 出，加工硬化曲线ōe由下面的公式推导得到. 当材料处于完全动态再结晶状态时，应变硬化速率 文献[6]给出位错密度P与塑性应变e以及流 再次与σ轴相交(0=0，此时的流变应力即为稳态 变应力σ的关系： 应力G器 中/d=h-p (1)
第 10期 吴晋彬等:SCM435钢热变形动态再结晶动力学模型参数的确定 和实验测得的曲线 σDRX直接计算得到动态再结晶 分数 x, 构建了动态再结晶动力学 Avrami曲线 [ 3] . 该方法与金相实验方法相比 ,更为简便迅速 . 1 研究方法 1.1 试验材料的成分及热力模拟试验方法 将 SCM435线材按标准加工成 8 mm×15 mm 的圆柱形热压缩试样, 在 Gleeble--1500热 /力模拟 试验机上进行压缩试验 ,试验钢的具体成分见表 1. 以 10℃·s -1的升温速度将试样加热至 1 200℃并保 温 5 min, 以使试样温度均匀, 然后以 5℃·s -1的速度 降至变形温度 ,变形方式为等温、恒应变速率的轴向 压缩 , 变形温度范围为 900 ～ 1 150℃, 温度间隔 50℃,变形速率分别为 0.01、0.1、0.5、1、3和 70s -1 . 加热过程中吹氩气保护 ,以防止试样表面氧化,变形 过程中,在圆柱体试样两端加放钽片,减小摩擦对应 力状态的影响 [ 4] . 表 1 SCM435钢的化学成分(质量分数) Table1 ChemicalcompositionofSCM435 steel % C Si Mn P S Cr Mo 0.35 0.22 0.73 0.01 0.006 4 1.03 0.2 1.2 动态再结晶的曲线特征参量确定方法 对发生动态再结晶的流变应力曲线用 Origin软 件作七次多项式拟合平滑 [ 5] , 消除由于温度 、负载 测试 、润滑障碍和非均匀流动造成的试验曲线噪声 误差 .拟合曲线见图 1.σ0定义为流变应力曲线上 ε=0.02处的应力 .利用所研究的 SCM435钢发生 动态再结晶的流变应力曲线, 作应变硬化速率 θ与 流变应力 σ的 θ--σ曲线 , 其中 θ=dσ/dε, 见图 2. 从图 2可见, θ--σ曲线可分为四个阶段 .第 Ⅰ段直 线段是线性硬化阶段,对应为变形开始 ,直到开始形 成亚晶.此后 ,动态回复速率变慢, 曲线斜率逐渐降 低, 变形进入第 Ⅱ个线性硬化阶段 .当流变应力或 应变量达到动态再结晶临界值时, 则发生动态再结 晶(Ⅲ ),应变硬化速率快速下降, 与 σ轴相交处 (θ =0)的应力为峰值应力 σp.定义 σc作为加工硬化 速率 θ的二阶导数为 0的点, 饱和应力 σsat定义为从 动态再结晶临界点外延直线到 θ=0 处 (图 2 中过 (σsat, 0)点与横轴平行的虚线 ),交点处的流变应力 特征值是 σsat.在连续变形时 , σsat代表最大加工硬 化晶粒内的位错密度,是连续动态再结晶的驱动力. 当材料处于完全动态再结晶状态时 , 应变硬化速率 再次与 σ轴相交 (θ=0),此时的流变应力即为稳态 应力 σss. 图 1 拟合后的 SCM435钢动态再结晶流变曲线 σDRX示意图 Fig.1 Schematicdiagramillustratingthefittedflowcurve σDRXofSCM435 steel 图 2 由图 1拟合曲线得到 SCM435钢应变硬化速率与 流变应力 θ-σ曲线 Fig.2 θ-σ (strainhardeningrate-flowstress)curveof SCM435 steelderivedfromthefittedcurveofFig.1 1.3 动态再结晶动力学的 σ--ε曲线计算方法 对动态再结晶分数可以采用淬火试样直接进行 观测,然而当再结晶分数达到一定量后,再结晶晶粒 与未再结晶晶粒就难以区分 ,使得定量得到的动态 再结晶分数偏高 .热变形过程中的微观组织演化会 在热变形流变应力--应变曲线上得到反映, 利用热 / 力模拟实验方法得到的发生动态再结晶的应力--应 变曲线 ,可以直接计算得到发生动态再结晶的分数 . 对发生动态再结晶的 σ--ε曲线进行多项式拟合平 滑处理 ,处理后的结果见图 3中的下曲线 σDRX.图 3 中的上曲线 σrecov是假定未发生再结晶区域的加工 硬化曲线,可以从发生动态再结晶的临界应变前的 加工硬化推断.定义动态再结晶开始于临界应变 εc 和临界应力 σc, 在此之后动态再结晶造成 σrecov和 σDRX曲线的不同.在饱和处, 应力渐进线由 σsat给 出 ,加工硬化曲线 σrecov由下面的公式推导得到. 文献[ 6]给出位错密度 ρ与塑性应变 ε以及流 变应力 σ的关系: dρ/dε=h-rρ (1) · 1283·
。1284 北京科技大学学报 第32卷 100r 18000 SCM4351000℃.0.1"4 SCM435.1000℃.0.1' △ 14000- 形 -0 斜率素 90% 10000 S314351000℃0.1.' dw/o 70 =87 2000- 0'o =10% 10T 40 -2000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10002000300040005000600070008000 g/MPa2 图3G生曲线法计算动态再结品ATm动力学曲线 Fg 3 Dynamic rectysallizatin Avrmikinetics curve cal 图4用于确定斜率k的0ā5曲线 cula ted by theae me thod F4 0 e2 curve for de temining the slope k. g=aμs2 (2) 转变量和转变时间符合ATam动力学关系 式中，为绝热加工硬化速率为给定温度和应变 -1一P(一k).图3的内插图即为计算得到的 速率下的动态回复速率，α为位错交互作用常数，以 动态再结晶Avm动力学曲线，曲线的斜率即动态 为剪切模量，为柏氏矢量 再结晶Avm时间指数具 通过数学变换得到动态回复曲线应力σ的表 达式： 2SM435钢的动态再结晶流变应力曲线 G=[-(G-)exp-E)]12 (3) ece和oe值 应力G对应变e求导，变换得到： 利用上述方法精确确定S0M435钢在不同温度 66/t=0.552m-0.552 (4) 和应变速率条件下发生动态再结晶的流变应力曲线 值可以通过对曲线。0.2卿。b/。2求 临界应变、临界应力与峰值应变和峰值应力的比值 斜率k得到，二一2k图4是S435钢用于确定 如表2所示.由表2可知，SM435冷镦钢的ee/p 斜率k的6-。2曲线.动态再结晶的转变量用下式 在所研究的变形参数范围内，随温度和应变速率的 计算得到： 变化在0.66一0.81变化，6c/o则基本保持在0.97 X-G wcov一ODRx (5) 左右，在相同变形条件下，临界应变e与峰值应变 0m1一085 e的比值和临界应力G与峰值应力o的比值不相等. 发生动态再结晶时间用下式表示： 用硬化速率应变(0-σ曲线获得的临界应变值ε比 生(e-ee)/e (6) 通常采用经验公式e=083得到的值更准确. 表2不同温度、应变速率下S435钢动态再结品曲线E:/E和。6值 Tab 2 /ep ard/p values frDRX curves of SCM435 steel at different mperaures and s mes 条件 950C.01s1 1000C,0.11 1050℃，01s1 1150C01-1 1150C05 1150℃，1s1 E c/Ep 0.71 0.73 0.66 0.70 074 081 a c/a p 0.98 097 097 Q97 09T 097 SCM435钢的动态再结晶动力学模型及 的动态再结晶动力学起到一定的促进作用，但温度 在950~1050℃范围内变化时，对动态再结晶动力 动态再结晶敏感因素分析 学的影响不明显.分别计算S435钢在温度为 计算应变速率为01s,温度分别为9501000 1150℃应变速率为0.1、0.5和1s条件下的动态 和1050℃条件下的动态再结晶动力学曲线，得到 再结晶动力学曲线结果见图5(b,得到Avm时 S0M435冷镦钢的动态再结晶Avm时间指数吩 间指数吩别为1.762.05和204随着应变速率 别为1.81、1.87和1.97.从图5(a)可见，随着温度 的提高，动态再结晶动力学曲线向左移动，移动幅度 的升高，值稍变大，动态再结晶动力学曲线稍左 较大.应变速率从0.1s变化到1s,动态再结晶 移，但变化幅度不大.表明温度提高对S435钢 Avam动力学曲线左移一个数量级.图5表明，在
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 3 σ--ε曲线法计算动态再结晶 Avrami动力学曲线 Fig.3 DynamicrecrystallizationAvramikineticscurvecalculatedbytheσ-εmethod σ=αμbρ 1 /2 (2) 式中 , h为绝热加工硬化速率, r为给定温度和应变 速率下的动态回复速率 , α为位错交互作用常数 , μ 为剪切模量, b为柏氏矢量. 通过数学变换得到动态回复曲线应力 σ的表 达式 : σ=[ σ 2 sat-(σ 2 sat -σ 2 0)exp(-rε)] 1/2 (3) 应力 σ对应变 ε求导,变换得到: σdσ/dε=0.5rσ 2 sat-0.5rσ 2 (4) r值可以通过对曲线 σθ--σ 2 (即 σdσ/dε--σ 2 )求 斜率 ks得到 , r=-2ks.图 4是 SCM435钢用于确定 斜率 ks的 θσ--σ 2曲线.动态再结晶的转变量用下式 计算得到 : x= σrecov -σDRX σsat-σss (5) 发生动态再结晶时间用下式表示: t=(ε-εc)/ε · (6) 图 4 用于确定斜率 ks的 θσ--σ2曲线 Fig.4 θσ-σ2 curvefordeterminingtheslopeks 转变量 x和转变时间 t符合 Avrami动力学关系 x=1 -exp(-kt n).图 3 的内插图即为计算得到的 动态再结晶 Avrami动力学曲线, 曲线的斜率即动态 再结晶 Avrami时间指数 n. 2 SCM435钢的动态再结晶流变应力曲线 εc/εp和 σc/σp值 利用上述方法精确确定 SCM435钢在不同温度 和应变速率条件下发生动态再结晶的流变应力曲线 临界应变、临界应力与峰值应变和峰值应力的比值 如表 2所示 .由表 2可知 , SCM435冷镦钢的 εc/εp 在所研究的变形参数范围内 ,随温度和应变速率的 变化在 0.66 ～ 0.81变化 , σc/σp则基本保持在 0.97 左右,在相同变形条件下, 临界应变 εc与峰值应变 εp的比值和临界应力 σc与峰值应力 σp的比值不相等. 用硬化速率--应变(θ--σ)曲线获得的临界应变值 εc比 通常采用经验公式 εc =0.83εp得到的值更准确. 表 2 不同温度、应变速率下 SCM435钢动态再结晶曲线 εc/εp和 σc/σp值 Table2 εc/εpandσc/σpvaluesforDRXcurvesofSCM435 steelatdifferenttemperaturesandstrainrates 条件 950℃, 0.1s-1 1 000℃, 0.1s-1 1 050℃, 0.1s-1 1 150℃, 0.1s-1 1 150℃, 0.5s-1 1 150℃, 1s-1 εc/εp 0.71 0.73 0.66 0.70 0.74 0.81 σc/σp 0.98 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 3 SCM435 钢的动态再结晶动力学模型及 动态再结晶敏感因素分析 计算应变速率为 0.1 s -1 ,温度分别为 950、1 000 和 1 050℃条件下的动态再结晶动力学曲线, 得到 SCM435冷镦钢的动态再结晶 Avrami时间指数 n分 别为 1.81、1.87和 1.97.从图 5(a)可见, 随着温度 的升高, n值稍变大, 动态再结晶动力学曲线稍左 移, 但变化幅度不大.表明温度提高对 SCM435 钢 的动态再结晶动力学起到一定的促进作用 , 但温度 在 950 ～ 1 050℃范围内变化时 , 对动态再结晶动力 学的影响不明显.分别计算 SCM435 钢在温度为 1 150℃,应变速率为 0.1、0.5和 1 s -1条件下的动态 再结晶动力学曲线,结果见图 5(b), 得到 Avrami时 间指数 n分别为 1.76、2.05和 2.04.随着应变速率 的提高 ,动态再结晶动力学曲线向左移动 ,移动幅度 较大.应变速率从 0.1 s -1变化到 1 s -1 ,动态再结晶 Avrami动力学曲线左移一个数量级 .图 5表明 ,在 · 1284·
第10期 吴晋彬等：SCM435钢热变形动态再结晶动力学模型参数的确定 。1285 研究的变形参数范围（温度为950~1050℃、应变速 成元素，能降低钢中碳活度，且碳化物稳定性好，不 率为0.1~1s1)内，应变速率对S435钢的动态 易长大.已有的研究结果表明，M可显著抑制微 再结晶动力学的影响较大.试验结果表明， 合金钢的动态再结晶和晶粒长大.Da zFuentes S435冷镦钢在粗轧应变速率较小(e约为1s1) 和Gue”研究发现Mq减缓了C在奥氏体和铁 时可以发生动态再结晶.在后续的精轧过程中，应 素体中的扩散速率使碳在奥氏体中的扩散激活能 变速率较高（最大值接近70s,不能发生动态再 增高.此外，固溶状态的C对奥氏体再结晶晶界迁 结晶.S435钢是在中碳钢的基础上加入合金元 移率有较大的影响，它对再结晶晶界运动起溶质拖 素，Cr Me C和Mo是与碳亲合力较强的碳化物形 曳作用，使晶粒长大速率降低0 a x=90% b x=90% -950℃.0.144 -1150.0.1+ -…10000℃.0.1共1 -1150℃.0.5s- 10P --1050℃0.11 -1150℃.1s1 =l.81 月1m=1.87 n1s=1.97 n=l76n,=2.05 a1=2.04 9x=10% =10% 1010107 10 10 0 103 10 10P tis 图59435钢动态再结品Avm动力学曲线影响因素.(a温度：(b应变速率 Fg5 Influencing factors ofDRX Avramikineticsppts for SM435 steel a)temperature (b)stmin nte 应变速率对S435钢发生50%动态再结晶的 法相比，更为简便迅速， 时间的影响可以用下式表达： (2)SM435冷镦钢在所研究的变形参数范围 =A-e-exp (Qex/RD (7) 内，发生动态再结晶的临界应变与峰值应变平均比 式中，AP和喈为与材料成分相关的参量，其值 值eeE=0730e/6则基本保持在097左右，在 可由相应试验数据回归求得.在本文的试验条件 相同变形条件下临界应变e与峰值应变e的比值 下，仅应变速率e发生变化时，与应变速率的关系 和临界应力σ与峰值应力σ的比值不相等.用硬 如图6所示，回归求出生1.01值接近1显示动 化速率应变(0。)曲线获得的临界应变值e比采 态再结晶达到50%的时间五与应变速率成反比. 用经验公式e=0.83e得到的值更准确. (3温度提高对S435钢的动态再结晶动力 10 学起到一定的促进作用，但温度在950~1050℃范 围内变化时，对动态再结晶动力学影响不明显.应 10Y 变速率从0.1s变化到1s,动态再结晶Ami 9=1.01 动力学曲线左移一个数量级，在0.1~1s范围内，应 变速率对S435钢的动态再结晶动力学影响较大. 10 (4计算得到S435钢的动态再结晶应变速 率依赖值-1.01显示S435钢在所研究的工艺 10 10 10 10 参数范围内，动态再结晶达到50%的时间与应变 Ela-l 速率成反比. 图6动态再结晶特征时间，与应变速率的关系 参考文献 Fg 6 Dependence ofDRX chamcteristic tme on stran ra 【刂LiH LuoHW YagCF etal Dynamic recrysallizatin kinet ics austenitic snkss stee】J Ixn SteelRes200820(9)为 4结论 32 (李红，罗海文，杨才福。等。奥氏体不锈钢的再结品动力学 (1通过ō-e曲线构建了SM435钢发生动态 钢铁研究学报。200820(9,32) 再结晶的Avm动力学曲线，该方法与金相实验方 12 Zhang H B Zhang B L u JT Dynam ics measurement and ma th
第 10期 吴晋彬等:SCM435钢热变形动态再结晶动力学模型参数的确定 研究的变形参数范围(温度为 950 ～ 1 050℃、应变速 率为 0.1 ～ 1 s -1 )内, 应变速率对 SCM435钢的动态 再结晶动 力学的影 响较大 .试验结 果表明 [ 4] , SCM435冷镦钢在粗轧应变速率较小(ε · 约为 1 s -1 ) 时可以发生动态再结晶 .在后续的精轧过程中, 应 变速率较高 (最大值接近 70 s -1 ),不能发生动态再 结晶 .SCM435钢是在中碳钢的基础上加入合金元 素, Cr、Mo、Cr和 Mo是与碳亲合力较强的碳化物形 成元素 ,能降低钢中碳活度, 且碳化物稳定性好 ,不 易长大 [ 7] .已有的研究结果表明 , Mo可显著抑制微 合金钢的动态再结晶和晶粒长大 [ 8] .Dàz-Fuentes 和 Gutiérrez [ 9]研究发现, Mo减缓了 C在奥氏体和铁 素体中的扩散速率, 使碳在奥氏体中的扩散激活能 增高.此外 ,固溶状态的 Cr对奥氏体再结晶晶界迁 移率有较大的影响, 它对再结晶晶界运动起溶质拖 曳作用 ,使晶粒长大速率降低 [ 10] . 图 5 SCM435钢动态再结晶 Avrami动力学曲线影响因素 .(a)温度;(b)应变速率 Fig.5 InfluencingfactorsofDRXAvramikineticsplotsforSCM435 steel:(a)temperature;(b)strainrate 应变速率对 SCM435钢发生 50%动态再结晶的 时间 t50的影响可以用下式表达: t50 =Aε -pε · -qd u 0exp(QDRX /RT) (7) 式中 , A、p、q和 u皆为与材料成分相关的参量 ,其值 可由相应试验数据回归求得.在本文的试验条件 下, 仅应变速率 ε · 发生变化时 , t50与应变速率的关系 如图 6所示,回归求出 q=1.01.q值接近 1, 显示动 态再结晶达到 50%的时间 t50与应变速率成反比 . 图 6 动态再结晶特征时间 t50与应变速率的关系 Fig.6 DependenceofDRXcharacteristictimet50 onstrainrate 4 结论 (1)通过 σ--ε曲线构建了 SCM435钢发生动态 再结晶的 Avrami动力学曲线,该方法与金相实验方 法相比 ,更为简便迅速 . (2)SCM435冷镦钢在所研究的变形参数范围 内 ,发生动态再结晶的临界应变与峰值应变平均比 值 εc/εp =0.73, σc/σp则基本保持在 0.97左右 ,在 相同变形条件下临界应变 εc与峰值应变 εp的比值 和临界应力 σc与峰值应力 σp的比值不相等.用硬 化速率 --应变(θ--σ)曲线获得的临界应变值 εc比采 用经验公式 εc =0.83εp得到的值更准确 . (3)温度提高对 SCM435钢的动态再结晶动力 学起到一定的促进作用 , 但温度在 950 ～ 1 050℃范 围内变化时 ,对动态再结晶动力学影响不明显.应 变速率从 0.1 s -1变化到 1 s -1 , 动态再结晶 Avrami 动力学曲线左移一个数量级,在 0.1 ～ 1s -1范围内,应 变速率对 SCM435钢的动态再结晶动力学影响较大. (4)计算得到 SCM435钢的动态再结晶应变速 率依赖值 q=1.01,显示 SCM435钢在所研究的工艺 参数范围内 ,动态再结晶达到 50%的时间 t50与应变 速率成反比 . 参 考 文 献 [ 1] LiH, LuoHW, YangCF, etal.Dynamicrecrystallizationkineticsinausteniticstainlesssteel.JIronSteelRes, 2008, 20(9): 32 (李红, 罗海文, 杨才福, 等.奥氏体不锈钢的再结晶动力学. 钢铁研究学报, 2008, 20(9):32) [ 2] ZhangHB, ZhangB, LiuJT.Dynamicsmeasurementandmath- · 1285·
。1286 北京科技大学学报 第32卷 ematicalmode of dynam ic recrystallization of stee]J Shanghai mentMo on dynamic rectystallization ofmicoalbyed stee J Ion Jioong Uniy 2003 37(7)1053 SteelR学200921(1片33 (张鸿冰张斌.柳建韬.钢中动态再结品力学测定及其数学 (谢志翔。刘清友，杨景红.等。微量钼对微合金钢动态再结 模型.上海交通大学学报，200337(7).1053) 品的影响.钢铁研究学报，200921(1片33) I3 Jmnas J J Quelennec X Jarg L.et al The Avmmikinetics of [8]DingZ Wang FM Yarg Z B et a]Effect ofmopybdenum and dynamic recystallization AcaMa er200957(2)：片2748 cooling rate on micostuctre and properties of medium cabon 【Han YZ Researth an Hot Depmato知Bchavior of Col Heding non quenched and tmpered stee]Heat Treat Met 2008 33 Steel SCM435[Dissertation.Beijing University of Science and (10):12 Technopgy Beijing 2008 丁忠，王福明，杨占兵，等.合金元素钼和冷却速度对中碳非 (韩永珍.SM45冷辙钢热变形行为的研究[学位论文].北 调质钢组织和性能的影响.金属热处理，200833(10)：12) 京：北京科技大学.2008) 19 Di zFuentesM Gut mez I Analysis of different ac ioulr ferrite [5 Polik EI Jonas JJ A mneparmeter appronch o detem ning the micostuctures generated in a medim_ca tbon molybdenum steel critical conditims for the initiation of dynamic recrysta llization Ac Ma ter SciEng A 2003 363 (12):316 Marer199644(1片127 10 LiHM Fan HS Lu JR EffectsofCr ad Sion the recrystalli [6 Estrin Y MeckingH A unified Phenomnenokgical descrpton of zation behaviour ofh gh-carbon steels J Northeast Un Technol work hadening and creep based o ceparametermodels Ac 1988(2:223 MeaU198432(1:57 (李怀明，樊邯生，刘景荣.铬、硅对高碳钢再结品行为的影 【刀Xie ZX LuQY Yang JH et al Effect ofmicmalpying ek 响.东北工学院学报。1988(2，：223)
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 ematicalmodelsofdynamicrecrystallizationofsteel.JShanghai JiaotongUniv, 2003, 37(7):1053 (张鸿冰, 张斌, 柳建韬.钢中动态再结晶力学测定及其数学 模型.上海交通大学学报, 2003, 37(7):1053) [ 3] JonasJJ, QuelennecX, JiangL, etal.TheAvramikineticsof dynamicrecrystallization.ActaMater, 2009, 57(2):2748 [ 4] HanYZ.ResearchonHotDeformationBehaviorofColdHeading SteelSCM435 [ Dissertation] .Beijing:UniversityofScienceand TechnologyBeijing, 2008 (韩永珍.SCM435冷镦钢热变形行为的研究[ 学位论文] .北 京:北京科技大学, 2008) [ 5] PoliakEI, JonasJJ.Aone-parameterapproachtodeterminingthe criticalconditionsfortheinitiationofdynamicrecrystallization.ActaMater, 1996, 44(1):127 [ 6] EstrinY, MeckingH.Aunifiedphenomenologicaldescriptionof workhardeningandcreepbasedonone-parametermodels.Acta Metall, 1984, 32(1):57 [ 7] XieZX, LiuQY, YangJH, etal.EffectofmicroalloyingelementMoondynamicrecrystallizationofmicroalloyedsteels.JIron SteelRes, 2009, 21(1):33 (谢志翔, 刘清友, 杨景红, 等.微量钼对微合金钢动态再结 晶的影响.钢铁研究学报, 2009, 21(1):33) [ 8] DingZ, WangFM, YangZB, etal.Effectofmolybdenumand coolingrateonmicrostructureandpropertiesofmedium carbon non-quenchedandtemperedsteel.HeatTreatMet, 2008, 33 (10):12 (丁忠, 王福明, 杨占兵, 等.合金元素钼和冷却速度对中碳非 调质钢组织和性能的影响.金属热处理, 2008, 33(10):12) [ 9] Dàz-FuentesM, GutiérrezI.Analysisofdifferentacicularferrite microstructuresgeneratedinamedium-carbonmolybdenumsteel. MaterSciEngA, 2003, 363(12):316 [ 10] LiHM, FanHS, LiuJR.EffectsofCrandSiontherecrystallizationbehaviourofhigh-carbonsteels.JNortheastUnivTechnol, 1988(2):223 (李怀明, 樊邯生, 刘景荣.铬、硅对高碳钢再结晶行为的影 响.东北工学院学报, 1988(2):223) · 1286·
