D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.02.045 第27卷第2期 北京科技大学学报 Vol.27 No.2 2005年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2005 Q235低碳钢高温变形过程的动态组织演化分析 张麦仓)董建新》曾燕屏”孙影”杨忠民) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)钢铁研究总院结构材料研究所，北京100081 摘要通过Gleeble2000上的热模拟压缩实验，分析了Q235低碳钢在不同热加工参数下的 动态组织演化特征.结果表明：应变速率和温度对Q235钢的奥氏体形变特征影响强烈，在相 同变形温度下，应变速率的提高可以明显推迟动态再结晶的发生：应变速率较低时，降低温 度同样可以延迟动态再结晶的发生.利用定量金相技术及线性、非线性拟合算法，建立了 Q235钢热变形过程的唯像本构关系及组织演化动力学模型，并将其应用于Autoforg肥3.1有限 元软件平台.压缩过程有限元模拟分析表明，分别采用Arrhenius双曲正弦方程描述Q235钢 的唯像本构关系及Yada模型表征Q235钢变形过程的平均晶粒尺寸，可以满足预测精度，与 实际变形过程基本吻合， 关键词Q235低碳钢；高温变形；组织演化；再结品 分类号TG142.31 新一代钢铁材料的开发研究，以获得超细晶 1实验材料和研究方法 粒为主要目标.金属的晶粒细化有多种途径：包 括大挤压比变形、局部剪切大变形、控制轧制等 1.1实验材料 方式.对普通低碳钢棒线材，一般通过常规的 实验材料为工业生产的Q235钢12mm棒 初轧、中轧及将终轧温度控制在A如，附近的控制 材，其化学成分为（质量分数，%）：C,018:Si,022: 轧制工艺获取细晶或超细晶组织5向.实际热加工 Mn,0.60:P,0.02:S,0.016:fe,余量. 过程中，动态再结晶是材料动态软化及晶粒细化 1.2研究方法 的主要手段，且高温变形过程的动态软化机制取 热压缩实验在Gleeble2000型热模拟实验机 决于变形温度、应变速率、变形程度等热加工参 上进行，采用8mm×12mm的圆柱试样.试样加 数.因此，确定合理的热加工参数，对于最终获得 热规范如图1.具体实验方案如下：变形温度为： 细小乃至超细的晶粒，提高产品的组织与性能具 1100,1050,1000,950,900,850℃：变形速率为： 有重要意义. 0.1,0.5,1,5,10,20,30,60s'.按上述条件的不同 本文以工业生产的Q235低碳钢为研究对 组合进行实验，每一种变形条件下的变形量均为 象，借助Gleeble2000上的热模拟压缩实验，分析 其在不同热加工参数下动态组织演化特征.采用 1100℃ 定量金相技术及线性、非线性回归方法，建立 10℃s 变形温度 3℃s Q235钢的唯像本构关系及组织演化动力学模 型，并利用Autoforge3.1有限元软件分析Q235钢 180s 动态组织演化模型的合理性，为进一步轧制过程 水冷 30s 数值模拟及工程应用提供材料模型， 收稿日期：2004-04-21修回日期：2004-08-15 时间s 基金项目：国家“973"项目No.G1998061501) 图1加热规范示意图 作者简介：张麦仓(1967-，男，副教投，博士 Fig.1 Schematic diagram for heating process第 2 , 卷 第 2 期 2 00 5 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e sr i yt o f S c i e n e e a n d eT c h n o l o gy B e ij in g V b】 . 2 7 N 0 . 2 A P .r 2 0 0 5 Q 23 5 低碳钢 高 之曰 了月n 变形过程 的动 态组织演化分析 张 麦 仓 ” 董 建新 ” 曾燕 屏 ” 孙 影 ” 杨 忠 民 ” l) 北 京科技 大学 材料 科学与 工 程 学 院 , 北 京 1 00 0 83 2) 钢铁研 究 总院 结构 材料研 究所 , 北 京 10 0 0 81 摘 要 通 过 lG e bl o 2 0 0 上 的热 模 拟压缩 实 验 , 分 析 了 Q2 35 低 碳钢 在不 同热 加工 参数 下 的 动 态组 织演 化特 征 . 结果 表 明 : 应变 速 率和温 度 对 Q2 35 钢 的奥 氏 体 形变特 征 影响 强烈 . 在相 同变形 温度 下 , 应变 速率 的提 高可 以明显 推迟 动态 再 结晶 的发 生 : 应 变速 率较 低 时 , 降低温 度 同样 可 以延 迟动态 再 结晶 的发 生 . 利用 定量 金相 技 术及线 性 、 非 线性 拟合 算法 , 建 立 了 Q23 5 钢热变 形 过程 的唯像 本 构关 系及 组织演 化动 力 学模 型 , 并将 其应 用于 A ut o fo gr e 3 . 1 有 限 元 软件 平 台 . 压缩 过程 有 限元模 拟 分析 表 明 , 分别 采用 A r he in us 双 曲正弦 方程 描述 Q2 35 钢 的唯像 本构 关 系及 aY da 模型 表征 Q2 35 钢 变形 过程 的平 均 晶粒尺 寸 , 可 以满足 预测 精度 , 与 实 际变 形过 程基 本吻 合 . 关键 词 Q2 3 5 低 碳钢 ; 高 温变 形 ; 组织 演化 ; 再 结 晶 分 类号 T G 142 .3 1 新一 代钢 铁 材料 的开 发研 究 , 以获得 超 细 晶 粒 为主 要 目标 . 金 属 的 晶粒细 化 有 多种 途 径 : 包 括 大挤 压 比 变 形 、 局部 剪 切大 变 形 、 控 制 轧制 等 方 式 `川 . 对 普 通低 碳 钢 棒 线材 , 一般 通 过 常规 的 初 轧 、 中轧及 将 终 轧温 度 控制 在 为 3 附近 的控 制 轧制 工 艺获取 细 晶或超 细 晶 组织`, · 司 . 实 际热加 工 过程 中 , 动态 再 结 晶是材 料 动态 软化及 晶粒 细化 的主 要手 段 , 且 高温 变形 过程 的动态 软化 机制 取 决于 变 形温 度 、 应 变 速 率 、 变 形 程度 等 热 加工 参 数 . 因 此 , 确 定合 理 的热 加工 参数 , 对 于最 终获 得 细 小乃至 超 细 的晶粒 , 提 高 产 品的组 织 与性 能具 有 重要 意义 . 本 文 以工 业 生 产 的 Q2 35 低 碳 钢 为 研 究 对 象 , 借 助 lG e eb le 2 0 0 0 上 的热模 拟 压缩 实 验 , 分 析 其在 不 同热加 工 参数 下动 态 组织演 化特 征 . 采 用 定 量金 相 技 术及 线性 、 非 线 性 回 归方 法 , 建 立 Q2 3 5 钢 的唯 像 本 构 关 系 及 组 织 演 化 动 力 学 模 型 , 并 利用 A ut o fo gr e 3 . 1 有 限元 软件 分 析 Q2 35 钢 动态 组织演 化 模 型的合 理 性 , 为进 一 步轧 制过 程 数值 模拟 及 工 程应 用 提供 材 料模 型 . 1 实 验材 料 和 研 究方 法 L l 实验 材 料 实验 材料 为工业 生 产 的 Q2 35 钢 拟 2 ~ 棒 材 , 其化 学成 分 为( 质量 分 数 , 0,0 ) : C , 0 . 18 ; 5 1 , 0 . 2 2 ; M n , 0 . 6 0 ; P , 0 . 0 2 ; S , 0 . 0 1 6 ; F e , 余量 . L Z 研 究方 法 热 压 缩实 验 在 G l e bl e 2 0 0 型热 模 拟 实验机 上 进 行 , 采 用邮 m m 月 Z m m 的圆柱 试 样 . 试 样 加 热 规 范 如 图 1 . 具体 实 验方 案 如下 : 变 形温 度 为 : 1 100 , 1 0 5 0 , 1 0 0 0 , 9 50 , 9 0 0 , 8 5 0 oC ; 变 形速 率 为 : 0 . 1 , 0 . 5 , l , 5 , 1 0 , 2 0 , 3 0 , 6 0 5 一 , . 按 上述 条 件 的不 同 组 合 进行 实验 , 每一 种变 形 条件 下 的变 形 量均 为 1 10 0 ℃ 变形温度 甲广1150 n ℃ s/ 一 侧尸、明 水冷 收稿 日期 : 20 4刁今2 1 修 回 日期 : 2 0 4 -0 8 一 15 基 金项 目 : 国家 “ 9 7 3 ” 项 目困 。 石 19 9 8 0 6 1 50 1) 作 者简 介 : 张麦仓 ( 19 67 一) , 男 , 副 教授 , 博 士 时 间 s/ 图 1 加 热规范 示意 图 F ig . l S e h e m a it d i a g ar m fo r 卜e a it n g P or e es s DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 02. 045