第9期 吴圣杰等：铌含量对低碳微合金钢回复再结晶行为的影响 1145. 统研究5-同，并成功应用于生产大壁厚西气东输二 oi=go(kT/v)In(1+t/to)+Ao, (1) 线用热轧X80管线钢板（卷）冈.然而，系统研究Nb kT 对高温热变形奥氏体再结晶过程的影响较少，较大 to=K元exp[6-oo/kI]. (2) 变形条件下Nb对再结晶过程的影响研究则更少. 式中，σ：为弛豫过程中应力，σ0为弛豫开始时应 对于性能要求苛刻的高等级X70/X80管线钢，对 力，k为Boltzmann常数，T为热力学温度，v为热 再结晶区与非再结晶区轧制变形量均要求较大.因 激活体积，t为松弛时间，△σ为微合金元素析出时 此，研究低C含Nb钢中Nb对较大热变形条件 产生的应力增量（在应力松弛曲线上将产生应力平 下奥氏体静态再结晶行为的影响，将有助于阐明高 台，对应于析出的开始和结束)，K为材料常数，U Nb钢成功生产出高强韧性X80管线钢的物理冶金 为回复激活能. 原理， 1200 C,5 min 应力松弛实验已被大量应用于研究钢中Nb、V 10℃s-1 等微合金元素的析出及再结晶过程⑧-.本文设计 变形量40%，应变速率1s-1 入 了不同Nb含量的低碳钢，采用应力松弛实验研究 变形温度 等温弛豫30min Nb含量对再结晶的影响，并探讨了溶质Nb、析出 800、850、900、950、975、1000、1050℃ Nb对再结晶的影响机理. 时间/s 1 实验材料与方法 图1应力松弛实验热模拟示意图 实验材料的化学成分如表1所示，试样均采 Fig.1 Schematic diagram of stress relaxation test 用真空感应炉冶炼、真空浇铸并快冷，钢锭加热 图2给出了不同Nb含量的钢在不同温度单道 到1200C后热锻成钢棒，在1200°C真空封 次压缩40%后的应力松驰曲线.由图可知：800℃时 管保温1h后水淬，最后加工成φ8mm×12mm 高Nb、中Nb以及低Nb钢的应力松弛曲线上均存 的试样.应力松弛实验在G1 eeble3800热模拟机 在应力平台，表明有Nb的析出行为发生，析出开始 上进行，试样以20C-s-1加热到1200C保温 时间在2030s.850℃时高Nb和中Nb钢的应力 5min后以10°Cs-1的冷速下降到变形温度后保 松弛曲线上均存在应力平台，析出过程抑制了再结 温300s,之后进行变形量为40%，应变速率=1 晶行为的发生：但低Nb钢应力下降十分明显，表 s~1的热变形并保持恒定应变及温度进行等温弛豫 明此时低Nb钢发生了再结晶行为.900℃时高Nb 30min,测定应力随时间的变化，变形温度分别为 钢的应力松弛曲线显示析出过程继续抑制再结品行 800、850、900、950、970、1000和1050°C.具体工艺 为的发生，但中Nb钢在回复软化之后发生了再结 如图1所示. 晶行为，低Nb钢则直接发生再结晶软化.950℃时 表1实验钢的成分（质量分数） 高Nb钢回复软化过程持续时间很长（约90s),之 Table 1 Chemical composition of the experiment steels% 后发生的析出硬化过程抑制了回复软化，而中Nb 试样 C Mn Nb N/10-6 钢和低Nb钢为明显再结晶过程.1000℃时高Nb、 1# 0.026 1.71 0.012 ≤40 中Nb和低Nb钢均表现为明显的再结品过程. 2# 0.037 1.76 0.063 ≤40 3# 0.030 1.70 0.100 ≤40 2.2析出与再结晶动力学过程 图3给出了含Nb实验钢静态再结晶软化动力 2实验结果 学曲线（采用Avrami方程对静态再结晶动力学曲 2.1应力松弛实验结果 线进行了拟合，图(a)、(c)和(e)中实线)以及析 热模拟过程中应力松弛过程记录了应力随时 出、再结晶和两者相互作用的动力学竞争关系.再 间的变化曲线.从应力松弛曲线中可以反应出析出 结晶5%的时间定义为再结晶开始时间(t0.5),再 硬化和再结晶软化对曲线斜率的改变1].最初的 结晶完成95%所需的时间定义为再结晶完成时间 线性软化主要是由位错的回复产生.而后，如果软 (to.95):析出5%为析出开始时间(Po.05),析出95%为 化速率增加表明发生了静态再结晶：如果软化速率 析出结束时间(Po.95).据此绘出再结晶-温度-时 减缓则由静态再结晶结束或析出开始造成.松弛应 间动力学曲线(RTT)和析出-温度-时间动力学曲 力可表示为 线(PTT)10,如图3所示.析出-温度-时间曲线第 9 期 吴圣杰等：铌含量对低碳微合金钢回复再结晶行为的影响 1145 ·· 统研究 [5−6]，并成功应用于生产大壁厚西气东输二 线用热轧 X80 管线钢板 (卷) [7] . 然而，系统研究 Nb 对高温热变形奥氏体再结晶过程的影响较少，较大 变形条件下 Nb 对再结晶过程的影响研究则更少. 对于性能要求苛刻的高等级 X70/X80 管线钢，对 再结晶区与非再结晶区轧制变形量均要求较大. 因 此，研究低 C 含 Nb 钢中 Nb 对较大热变形条件 下奥氏体静态再结晶行为的影响，将有助于阐明高 Nb 钢成功生产出高强韧性 X80 管线钢的物理冶金 原理. 应力松弛实验已被大量应用于研究钢中 Nb、V 等微合金元素的析出及再结晶过程 [8−9] . 本文设计 了不同 Nb 含量的低碳钢，采用应力松弛实验研究 Nb 含量对再结晶的影响，并探讨了溶质 Nb、析出 Nb 对再结晶的影响机理. 1 实验材料与方法 实验材料的化学成分如表 1 所示，试样均采 用真空感应炉冶炼、真空浇铸并快冷，钢锭加热 到 1200 ◦C 后热锻成钢棒， 在 1200 ◦C 真空封 管保温 1 h 后水淬，最后加工成 φ8 mm×12 mm 的试样. 应力松弛实验在 Gleeble3800 热模拟机 上进行，试样以 20 ◦C·s −1 加热到 1200 ◦C 保温 5 min 后以 10 ◦C·s −1 的冷速下降到变形温度后保 温 300 s，之后进行变形量为 40%，应变速率 ε˙=1 s −1 的热变形并保持恒定应变及温度进行等温弛豫 30 min，测定应力随时间的变化，变形温度分别为 800、850、900、950、970、1000 和 1050 ◦C. 具体工艺 如图 1 所示. 表 1 实验钢的成分 (质量分数) Table 1 Chemical composition of the experiment steels % 试样 C Mn Nb N /10−6 1# 0.026 1.71 0.012 6 40 2# 0.037 1.76 0.063 6 40 3# 0.030 1.70 0.100 6 40 2 实验结果 2.1 应力松弛实验结果 热模拟过程中应力松弛过程记录了应力随时 间的变化曲线. 从应力松弛曲线中可以反应出析出 硬化和再结晶软化对曲线斜率的改变 [10] . 最初的 线性软化主要是由位错的回复产生. 而后，如果软 化速率增加表明发生了静态再结晶；如果软化速率 减缓则由静态再结晶结束或析出开始造成. 松弛应 力可表示为 σi = σ0 (kT /v) ln (1 + t/t0) + ∆σ, (1) t0 = kT Kv exp [(U0 − vσ0)/kT] . (2) 式中，σi 为弛豫过程中应力，σ0 为弛豫开始时应 力，k 为 Boltzmann 常数，T 为热力学温度，v 为热 激活体积，t 为松弛时间，∆σ 为微合金元素析出时 产生的应力增量 (在应力松弛曲线上将产生应力平 台，对应于析出的开始和结束)，K 为材料常数，U0 为回复激活能. 图 1 应力松弛实验热模拟示意图 Fig.1 Schematic diagram of stress relaxation test 图 2 给出了不同 Nb 含量的钢在不同温度单道 次压缩 40%后的应力松弛曲线. 由图可知：800 ℃时 高 Nb、中 Nb 以及低 Nb 钢的应力松弛曲线上均存 在应力平台，表明有 Nb 的析出行为发生，析出开始 时间在 20∼30 s. 850 ℃时高 Nb 和中 Nb 钢的应力 松弛曲线上均存在应力平台，析出过程抑制了再结 晶行为的发生；但低 Nb 钢应力下降十分明显，表 明此时低 Nb 钢发生了再结晶行为. 900 ℃时高 Nb 钢的应力松弛曲线显示析出过程继续抑制再结晶行 为的发生，但中 Nb 钢在回复软化之后发生了再结 晶行为，低 Nb 钢则直接发生再结晶软化. 950 ℃时 高 Nb 钢回复软化过程持续时间很长 (约 90 s)，之 后发生的析出硬化过程抑制了回复软化，而中 Nb 钢和低 Nb 钢为明显再结晶过程. 1000 ℃时高 Nb、 中 Nb 和低 Nb 钢均表现为明显的再结晶过程. 2.2 析出与再结晶动力学过程 图 3 给出了含 Nb 实验钢静态再结晶软化动力 学曲线 (采用 Avrami 方程对静态再结晶动力学曲 线进行了拟合，图 (a)、(c) 和 (e) 中实线) 以及析 出、再结晶和两者相互作用的动力学竞争关系. 再 结晶 5%的时间定义为再结晶开始时间 (t0.05)，再 结晶完成 95%所需的时间定义为再结晶完成时间 (t0.95)；析出 5%为析出开始时间 (P0.05)，析出 95%为 析出结束时间 (P0.95). 据此绘出再结晶–温度–时 间动力学曲线 (RTT) 和析出–温度–时间动力学曲 线 (PTT)[10]，如图 3 所示. 析出–温度–时间曲线