热加工中道次间残余应变率对流动应力的影响

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1994.s2.005 第16卷增刊 北京科技大学学报 VoL.16 1994 11 Journal of University of Science and Technology Beijing Nov.1994 热加工中道次间残余应变率对流动应力的影响 管克智周纪华伦怡馨 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要采用恒应变速率凸轮式压缩试验机，测定研究了GCrl5.l6MNb钢在两道次变形过程 中，热加工道次时间间隔对钢流动应力及道次间软化率的影响规律 关键词流动应力，热加工，残余应变，软化率 中图分类号TG30l Effect of Residual Strain Rate between Two Passes on Flow Stress during Hot Processing Guan Kezhi Zhuo Jihua Lun Yixin Mechanical Engineering College.USTB.Beijing 100083.PRC ABSTRACT Using cam-type compression testing maching of the constant strain rate,interval between two passes affecting regular on flow stress and soften rate for steel GCr15 and 16MnNb is studied when hot precessing. KEY WORDS flow stress,hot working,residual stress,soften rate 目前热塑性加工设备设计及计算机控制塑性加工数学模型使用的流动应力计算公式，只 是钢的化学成分、加工温度、变形量、应变速率的函数山斗，没有考虑残余应变率（加工硬 化)对流动应力的影响， 大内千秋等1研究API-X65级16Mn中板控制轧制及武钢热连轧厂石油管线钢 (X6S)轧制，均发现实测压力比模型预报值大，表明了多道次加工中，研究热加工道次时 间间隔对流动应力的影响是一个十分迫切的问题，因此，本文研究了GCr15、16MnNb钢在 两道次变形过程中，残留应变效应对钢的流动应力影响规律， 1试验方法及试验材料 11试验方法 采用自行设计制造的凸轮式形变试验机，以等应变速率两道次压缩端面上带凹槽，并在 凹槽内充满不同软化点的玻璃粉作为润滑剂的圆柱形试件(12mm×15mm),每个试验条 件重复两次，试验变形温度800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃，应变速率10s,应变 1994-03-01收稿第-一作者男56岁教授

第 拓 卷 增刊 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 成 沈 热加工 中道次 间残余应变率对流 动应力 的影 响 管克智 周 纪 华 伦 怡馨 北 京科技大学 机械 工 程 学 院 ， 北 京 招 摘要 采 用恒应 变速率 凸 轮式 压 缩 试 验 机 ， 测 定 研 究 了 巧 、 钢 在 两 道 次 变 形 过 程 中 ， 热加工道 次 时 间间隔 对钢流 动应力及道 次 间软化率 的影 响规律 关健词 流动应力 热加工 ， 残余应变 ， 软化率 中图分类号 伟沉 认七 丫 “ 陀 人矽二 “ 司 卿 ， 几 〕 】 ， 一 媲 加 ， 川 泛‘ ℃。 万 】万 巴 ， ， 乏 ， 目前 热 塑性 加 工 设 备设计 及计算机控 制 塑性 加 工 数学模 型使 用 的流 动应力计算公 式 ， 只 是钢 的化学 成分 、 加工 温 度 、 变形 量 、 应 变速率 的 函数 队 ’ ， 没 有 考 虑 残 余 应 变 率 加 工 硬 化 对流 动应力 的影 响 大 内千 秋 等 ’ 研 究 一 级 中 板 控 制 轧 制 及 武 钢 热 连 轧 厂 石 油 管 线 钢 轧制 ， 均 发现 实测 压 力 比模 型 预报值大 ， 表 明 了多道 次加 工 中 ， 研 究 热 加 工 道 次 时 间 间隔 对流 动应力 的影 响是 一 个 十分 迫切 的 问题 因此 ， 本 文研究 了 、 钢 在 两道 次 变形 过程 中 ， 残 留应 变效 应 对钢 的流 动应力影 响规律 试验方法及试验材料 试验方 法 采用 自行设 计制 造 的 凸轮 式形 变试验 机 ， 以 等 应变速 率 两道 次压 缩端 面上 带凹 槽 ， 并 在 凹 槽 内充满 不 同软 化点 的玻璃 粉 作 为润 滑剂 的圆柱形 试件 功 巧 ， 每 个 试 验 条 件重复两次 试验变形温度 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 、 ℃ ， 应变速率 一 ， 应变 卯 一 一 收稿 第一作者 男 岁 教授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．s2．005

·20. 北京科技大学学报 量分别为ε=0~10%、0~20%，同时测定了2个道次时的流动应力，道次间隔分别为 2s、4s、6s、10s.试验数据采集是采用瞬态波形存贮器（记忆示波器）.微机的高速数据采 集系统， 12试验材料 试验材料选用GCrl5钢和16MnNb钢两种. 试验结果 21单道次和两道次时流动应力与应变量的影响关系 在变形温度为800℃、900℃、1000℃，应变量为ε=0~10%，0~20%时，分别 测定了GCr15、16MnNb钢单道次和双道次压缩时的流动应力.图1、2表示了ε=10%时 流动应力，图中左半部分为第一道次压缩时的流动应力，图中右半部分为第二道次压缩时， 但道次间隔分别为2s、4s、6s、10s时的流动应力· 320单通次正缩 道次间歇时间 6s107 5 280 800℃ 240 109 5 200 900c 900℃ 180 10s 120 1000℃ 1000℃ 80 A 0.020.040.060.080.100.020.040.060.080.i0 e/% e/% 图1GC15钢单道次和两道次压缩时流动应力与应变量的影响关系（应变速率e=10s1) Fig.I Affecting relations of the flow stress and strain for GCr15 one-pass and two-pass compressing 2.2软化率的确定 钢在热轧应变道次间的软化程度，一般用软化率Xs来描述1，它可用下式表示： Xs=(0m-0y)/(gm-0y) 式中，σm为前一道次应变的最高应力，0，和σ，分别为第一道次与该道次应变的屈服应 力，显然，在道次间隔时间内奥氏体完全消除硬化时，Xs=1;而当完全不出现静态回复时 Xs=0:通常是0<Xs<1

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 量分别 为 ￡ 一 、 一 ， 同 时 测 定 了 个 道 次 时 的 流 动 应 力 ， 道 次 间 隔分别 为 、 、 、 试 验 数据采集是 采 用 瞬态波形 存 贮 器 记忆示 波器 微机 的高速数据采 集 系 统 试验材料 试验材料 选 用 钢 和 钢两种 试验结果 单道次和 两道次 时 流动 应 力与应 变 的影 响关 系 在 变形 温 度 为 ℃ 、 ℃ 、 ℃ ， 应 变 量 为 。 一 ， 一 时 ， 分 别 测 定 了 、 钢 单道 次和 双道 次 压 缩 时 的流 动 应 力 图 、 表 示 了 。 时 流 动应力 ， 图 中左半 部分 为第 一道 次压缩 时 的流 动应力 ， 图 中右半部 分 为第 二 道 次 压 缩 时 ， 但道 次 间隔分别 为 、 、 、 时 的流动应力 单道 次压 续 道 次值隙时间 呼 笋 产 一 ℃ 洲 岭 巫去 吐曰 飞庐养杯 ’ 髦 尹 二 一卜 芝一 刀 刀 刀 刀 刀 ‘ 图 钢 单道次和 两道次 压缩 时流动应 力与应 变 的影 响关 系 应 变速率 云 伪 一 ‘ 瑰 价浦嗯 砚妇 臼朽 血 加圳 劝把刃 扭日 劝 皿 一 脚绍 日川 加。 一 万拍， 。 闭 拼钱曰嗯 软化 率 的确定 钢在 热轧应 变道 次 间 的软化程度 ， 一般 用软化率 来描述 〔’ ， 它 可 用 下 式表示 “ 一 “ 口 一 。 式 中 ， 口 为前 一 道 次 应 变 的 最 高 应 力 ， 。 。 和 。 分 别 为 第 一 道 次 与 该 道 次 应 变 的 屈 服 应 力 ， 显然 ， 在道 次 间隔 时 间 内奥 氏体完 全 消 除硬 化 时 ， 、 而 当完 全 不 出现 静 态 回复 时 二 通 常是

管克智等：热加工中道次间残余应变率对流动应力的影响 ·21· 对实测的流动应力数据进行处理，整理出GCr15.16MnNb钢，在不同应变量，不同应 变温度及不同道次间隔压缩时的软化率曲线，图3、图4表示ε=10%时的曲线. 280单道次压缩 道次间照时间 240 200 800℃ 900℃- 180 900℃、 6 120 1000℃ 72s 1000℃ 6s10s % A 0.020.040.060.080.100.020.040.060.080.0 e/% E/% 图216Mb钢单道次和两道次压缩时流动应力与应变量的影响关系（应变速率e=16) Fig.2 Affecting relations of the flow stress and strain for 16MnNb one-pass and two-pass compressing 1.0r 1.0 1000℃ 41000℃C 950 90 0.8 -900 0.8 900 0.6 850 0.6 800- 800 茶 0.4 0.2 0.2 6 10 道次间隔时间/s 道次间隔时间/s 图3GC15钢软化率曲线(e=10%,e=10s1) 图416Mnb钢软化率曲线(e=10%,E=10s) Fig3 Soften rate curve of the GCr15 Fig.4 Soften rate curve of the 16Mn.Nb 3试验结果的分析与讨论 (1)从图1、图2看出，GCrl5、16MnNb钢在不同应变温度、不同应变率时，第二道 次的流动应力都比第一道次流动应力大，且随热加工温度降低，其差距越来越大， (2)在某一热应变温度下进行双道次应变时，随着道次间隙时间加大(2s、4s、6s、 10s),GC15、16MnNb钢的流动应力随之减少，并逐渐向单道次应变时的流动应力靠近， 详见图1、图2. (3)根据应变温度的不同和道次间隙时间的长短，在道次间隔时间之内将发生3种类型

管 克智等 热加 工 中道 次 间残余应 变率 对流 动 应力 的影 响 · · 对实测 的流 动应力 数据 进 行 处 理 ， 整 理 出 ， 钢 ， 在不 同应 变量 ， 不同应 变温度及不 同道 次 间隔压缩 时 的软化 率 曲线 ， 图 、 图 表 示 时 的 曲线 单道 沙夏压 缩 道 次 值 隙 时间 」 少蟹‘ 早叮 气 芝一旧 刀 刃 ￡ ￡ 图 血叫 钢单道次和两道次 压缩时流动应 力与应 变且的影 响关 系 应 变速率 毛 伪 一 ’ 瑰 价川吨 巨 田石 胶 加 ，比已石 田日 成 山 凡 口汤 帐 一 拍 目 幻胃。 一 钾用 。 叨幻声“ 妞 笔 娜汉哥 父 沁一 岁翌七二 二二二于 ‘ 一认 一生 种二王 二二三 七坠 份一一 一一一一 二 一一十 一 丁 “ 吕， －一一 丁 下 二二 。 一 ‘告 田 娜汉哥 道 次 间隔 时间 少一严弋二 吓少一一一乡二一二一洲一 燕 二 甲二二 〔 二奋 二二二二二二 每 蒸乡 ’二迄锰二 户口，曰，一 一 乒 道 次 间隔 时间 图 钢软化率 曲线 。 二 ， 瑰 几， 口悦 。 口， 触 巧 伪 一 图 、 卜而 钢软化率 曲线 。 ， 肋伪即 份 口， 触 肠 二 伪 一 试验结果 的分析与讨论 从 图 、 图 看 出 ， 、 钢在 不 同应 变温 度 、 不 同应 变 率 时 ， 第 二 道 次 的流 动应力都 比第一道 次流 动应力大 ， 且 随热加 工 温 度 降低 ， 其差 距越来越大 在 某 一 热 应 变 温 度 下 进 行 双 道 次 应 变 时 ， 随 着 道 次 间 隙 时 间加 大 、 、 、 ， 、 钢 的流动应力 随之减 少 ， 并 逐 渐 向单 道 次 应 变 时 的流 动应力 靠近 ， 详见 图 、 图 根 据应 变温度 的不 同和道 次 间隙 时 间的长短 ， 在道 次 间隔 时 间之 内将 发生 种类 型

·22. 北京科技大学学报 的硬化和软化相互作用：①发生奥氏体晶粒再结晶和晶粒长大，使第二道次变形的流动应 力没有太大提高，即软化影响占主导地位，如图1、图2中应变温度为1000℃，道次间隔 时间为10s的情形，这一般发生在普通热轧工艺条件下；②发生了奥氏体再结晶，晶粒细 化，造成第二道次应变的流动应力增大，但增加幅度不大，软化和硬化大体相当，如图1、 图2中应变温度为900℃，道次间隔10s的情形，这种现象一般发生在再结晶控轧工艺条 件下；③没有发生奥氏体再结晶，奥氏体晶粒仍以应变状态进入下一道次应变，使第二道 次应变的流动应力大大提高，这时硬化的影响占据主导地位，如图1、图2中应变温度为 800℃情形，这种现象常发生在未再结晶控轧工艺条件下· (4)道次间隔时间对钢软化率xs的影响，图3、图4表示了GCrl5、16MnNb钢随应变 温度提高(800℃~1000℃)，道次时间延长(2s增至10s),软化率加大，后随温度升高 直线斜率加大，即软化率高温时增加较快， (5)钢中添加b等微量元素、形成析出的碳氢化物、起到抑制再结晶作用，使流动应 力显著提高，显示了残余应变量累积的效果. 4结论 (1)钢的热加工过程中，不论采用何种热加工工艺（不同热加工温度、不同压下率）及 不同道次间隔时间都不能完全消除残余应变，多道次应变流动应力都比单道次流动应力大· (2)钢热加工时道次间软化率Xs是随道次间隔时间增加而加大，且软化率增加的直线 斜率随热加工温度升高而加大， (3)钢的热加工过程中，流动应力计算公式应考虑应变历史对流动应力的影响，如仍用 以单道次应变时所得公式计算流动应力值，将使计算结果大大偏低，其计算机控制此类钢种 轧制时，流动应力数学模型应为： G=a·K,·K:·K,·K 其中K是考虑应变历史对流动应力的影响系数， 参考文献 1周纪化，臂克智，金属塑性变形阻力，北京：机械工业出版社，1989.9 2波卢欣1著.林治平译.金属与合金塑性变形抗力：北京：械机工业出版社，1984 3李曼云，孙本荣主编.钢的控制轧制和控制冷却，北京：冶金工业出版社，1990

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 的硬化和 软化相 互 作用 ① 发生 奥 氏体 晶粒再 结 晶和 晶 粒 长 大 ， 使 第 二 道 次 变 形 的 流 动 应 力没有 太大提 高 ， 即软化影 响 占主 导地位 ， 如 图 、 图 中应 变 温 度 为 ℃ ， 道 次 间 隔 时间为 的情形 这 一 般 发 生在 普 通 热 轧 工 艺 条 件 下 ② 发 生 了 奥 氏 体 再 结 晶 ， 晶粒 细 化 ， 造成第二道 次应 变 的流动 应 力增 大 ， 但 增 加 幅 度 不 大 ， 软 化 和 硬 化 大 体 相 当 ， 如 图 、 图 中应 变温 度 为 ℃ ， 道 次 间隔 的情 形 ， 这 种 现 象 一 般 发 生 在 再 结 晶 控 轧 工 艺 条 件下 ③ 没有 发生奥 氏体再结 晶 ， 奥 氏体 晶粒仍 以 应 变 状 态 进 人 下 一 道 次 应 变 ， 使 第 二 道 次应 变 的 流 动 应 力 大 大 提 高 ， 这 时 硬 化 的影 响 占据 主 导 地 位 ， 如 图 、 图 中应变 温度 为 ℃ 情形 ， 这 种现 象 常发生 在 未再结 晶控 轧 工 艺条 件下 道 次 间隔 时 间对钢软化率 义 的影 响 ， 图 、 图 表示 了 巧 、 钢 随应变 温度提 高 ℃ 一 ℃ ， 道 次 时 间延 长 增 至 ， 软化率加 大 ， 后 随温 度 升高 直线斜 率加大 ， 即软化率高温 时增加 较快 钢 中添 加 等微量 元 素 ， 形 成 析 出 的碳 氢化 物 ， 起 到抑 制再 结 晶 作 用 ， 使 流 动 应 力显 著提 高 ， 显示 了残余应 变 量累 积 的效果 结论 钢 的热加工过 程 中 ， 不 论采 用何 种 热加工 工 艺 不 同热加工 温 度 、 不 同压下率 及 不 同道 次 间隔 时 间都不能 完全 消除残余应 变 ， 多道 次 应 变 流动应力都 比单道 次 流动应力大 钢热加工 时道 次 间软 化率 是 随道 次 间隔 时 间增加 而 加 大 ， 且 软 化 率 增 加 的直 线 斜率 随热加 工 温 度 升高而 加大 钢 的热 加工过程 中 ， 流 动应 力计算公 式 应考 虑 应 变历史 对流动应力 的影 响 ， 如仍 用 以单道 次应变 时所得公 式计算 流 动应 力值 ， 将使计算结果 大 大偏低 ， 其计算机控制 此类 钢种 轧制 时 ， 流 动应力 数学模 型 应 为 。 · · · ￡ · 。 其 中 是 考 虑应 变历史 对流 动 应力 的影 响系 数 参 考 文 献 周 纪 化 ， 管克智 金 属 塑性 变形 阻 力 北 京 机械 工 业 出 版社 ， ， 波 卢欣 著 林 治平译 金 属 与合 金 塑性 变形 抗力 北 京 械 机工 业 出版社 ， 李 曼 云 ， 孙 本荣主编 钢的 控 制 轧 制 和 控 制冷 却 北 京 冶金 工 业 出版社 ， 男〕