D01:10.13374.ism1001053x2007.2.B6 第29卷第12期 北京科技大学学报 Vol.29 No.12 2007年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2007 T122耐热钢热变形加工图及热成形性 曹金荣1，四 刘正东2)程世长2)杨 钢2谢建新) 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.北京100081 摘要在Gleeble3500热模拟试验机上进行热压缩实验.采用动态材料模型理论，双曲线本构方程及Liapunov稳定性判 据.建立了T122耐热钢热变形加工图.利用所建立的加工图.分析了不同温度和应变速率下T122钢的热成形性及其与显微 组织的关系.结果表明：T122钢在1085℃以上、应变速率小于0.37s1压缩变形时，功率耗散效率达到峰值02，此时发生了 完全动态再结晶：对于工业热加工，建议在变形温度为1085~1150℃和应变速率大于013s1的范围内选择加工参数. 关键词T122耐热钢：热压缩实验：加工图：成形性 分类号TG113.3 T122钢(12C一2W-Mo-Nb-C-N-B)是一 1基于动态材料模型的加工图基本 种先进的铁素体型马氏体耐热钢.与T91耐热钢相 比，T122钢具有更高的持久强度和高温耐蚀性”， 原理 可用于制作更高参数的超临界火电机组锅炉管件 动态材料模型)认为：对于材料热变形过程 然而该钢种成分复杂，合金含量高，且易残留⑧铁 热变形工件是外界输入功率P的耗散体.在给定应 素体对于实际应用，有必要研究T122钢的成形性 变速率变形时，单位体积耗散的功率由G和J两部 能.研究材料加工性有各种方法，如应力一应变曲线 分组成：G为不改变组织的功率，J为改变组织的功 形状评估法习、标准动力学参数法到和加工图法. 率，其数学表达式为： 加工图有两类：一是Fost和A shby!根据主导变形 0 P=o=G+J=ode十edo 1) 特定机制所建立的变形机制图；另一种是Prasad和 0 0 Ggl等9基于热力学的动态材料模型的加工图 式中，ō和e分别为流变应力和应变速率. (功效耗散因子图和稳定图).利用动态材料模型建 相对于G和J的功率耗散效率因子分别为G 立的加工图能够直观反映材料在不同条件下宏观变 和，功效因子总和为c十=1. 形规律，方便了材料成形性的分析过程，因此得到了 在塑性变形时，主要考虑改变组织的功率耗散 广泛研究川.然而，采用Prasad方法构建加工图 效率因子，其表达式为： 时，由于采用了幂指数流变应力模型和三次样条函 2-是 (2) 数拟合应变速率敏感指数m与应变速率的关系，使 得建立变形稳定图十分困难且准确性不高？.本 功率耗散效率因子图确定以后，还需要确定稳 工作在Gleebe3500热模拟试验机上进行热压缩实 定变形（或失稳）图，因为在加工失稳区（变形中可能 验，依据动态材料模型理论、流变应力的双曲线本构 出现的裂纹)功率耗散效率也可能较大. 关系及Liapunov稳定性判据，建立Tl22钢的热变 根据热力学原理，稳定被视为系统连续减少其 形加工图(process map),进而分析T122耐热钢热加 总能量的状态系统能量最小的状态最稳定.在工 工成形性能及其与显微组织的相互对应关系，为 程系统中，能量的输入和耗散是由系统的熵(s)和功 T122钢热加工参数的选择和组织控制提供了理论 率耗散比λ=J/G两个变量所控制.对于大应变塑 依据。 性变形系统系统的熵为=宁。（了为变 形温度)，功率耗散比入可用应变速率敏感指数m 代替.将工程控制系统的两个Liapunov稳定性判据 收稿日期：200609-13修回日期：2007-0403 应用于大应变热塑变形条件，即可得到动态材料模 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(N。.2003AA331060) 型的稳定变形判据19， 作者简介：曹金荣(1966一)，男，高级工程师，博士T122 耐热钢热变形加工图及热成形性 曹金荣1, 2) 刘正东2) 程世长2) 杨 钢2) 谢建新1) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 2) 钢铁研究总院, 北京 100081 摘 要 在 Gleeble 3500 热模拟试验机上进行热压缩实验.采用动态材料模型理论、双曲线本构方程及 Liapunov 稳定性判 据, 建立了 T122 耐热钢热变形加工图.利用所建立的加工图, 分析了不同温度和应变速率下 T122 钢的热成形性及其与显微 组织的关系.结果表明:T122 钢在 1085 ℃以上 、应变速率小于 0.37 s -1压缩变形时, 功率耗散效率达到峰值 0.2, 此时发生了 完全动态再结晶;对于工业热加工, 建议在变形温度为 1 085 ～ 1150 ℃和应变速率大于 0.13 s -1的范围内选择加工参数. 关键词 T122 耐热钢;热压缩实验;加工图;成形性 分类号 TG113.3 收稿日期:2006-09-13 修回日期:2007-04-03 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目( No .2003AA331060) 作者简介:曹金荣( 1966—) , 男, 高级工程师, 博士 T122 钢( 12Cr-2W-Mo-Nb-V-Cu-N-B) 是一 种先进的铁素体型马氏体耐热钢.与 T91 耐热钢相 比, T122 钢具有更高的持久强度和高温耐蚀性[ 1] , 可用于制作更高参数的超临界火电机组锅炉管件 . 然而该钢种成分复杂, 合金含量高, 且易残留 δ铁 素体, 对于实际应用, 有必要研究 T122 钢的成形性 能.研究材料加工性有各种方法, 如应力-应变曲线 形状评估法[ 2] 、标准动力学参数法[ 3] 和加工图法 . 加工图有两类:一是 Frost 和 Ashby [ 4] 根据主导变形 特定机制所建立的变形机制图;另一种是 Prasad 和 Gegel 等 [ 5] 基于热力学的动态材料模型的加工图 (功效耗散因子图和稳定图) .利用动态材料模型建 立的加工图能够直观反映材料在不同条件下宏观变 形规律, 方便了材料成形性的分析过程, 因此得到了 广泛研究[ 6-11] .然而, 采用 Prasad 方法构建加工图 时, 由于采用了幂指数流变应力模型和三次样条函 数拟合应变速率敏感指数 m 与应变速率的关系, 使 得建立变形稳定图十分困难且准确性不高 [ 12] .本 工作在 Gleebe 3500 热模拟试验机上进行热压缩实 验, 依据动态材料模型理论、流变应力的双曲线本构 关系及 Liapunov 稳定性判据, 建立 T122 钢的热变 形加工图( process map) , 进而分析 T122 耐热钢热加 工成形性能及其与显微组织的相互对应关系, 为 T122 钢热加工参数的选择和组织控制提供了理论 依据 . 1 基于动态材料模型的加工图基本 原理 动态材料模型 [ 5-7] 认为:对于材料热变形过程, 热变形工件是外界输入功率 P 的耗散体 .在给定应 变速率变形时, 单位体积耗散的功率由 G 和J 两部 分组成:G 为不改变组织的功率, J 为改变组织的功 率, 其数学表达式为: P =σε ·=G +J =∫ ε· 0 σd ε · +∫ 0 0 ε · d σ ( 1) 式中, σ和ε ·分别为流变应力和应变速率. 相对于 G 和J 的功率耗散效率因子分别为 ηG 和 ηJ , 功效因子总和为 ηG +ηJ =1 . 在塑性变形时, 主要考虑改变组织的功率耗散 效率因子 ηJ , 其表达式为: ηJ = 1 σε ·∫ σ 0 ε · dσ ( 2) 功率耗散效率因子图确定以后, 还需要确定稳 定变形(或失稳)图, 因为在加工失稳区(变形中可能 出现的裂纹)功率耗散效率也可能较大. 根据热力学原理, 稳定被视为系统连续减少其 总能量的状态, 系统能量最小的状态最稳定 .在工 程系统中, 能量的输入和耗散是由系统的熵( s) 和功 率耗散比 λ=J/ G 两个变量所控制.对于大应变塑 性变形系统, 系统的熵为 s = 1 T ln σ ( 1/ T ) ε, ε· ( T 为变 形温度), 功率耗散比 λ可用应变速率敏感指数 m 代替.将工程控制系统的两个 Liapunov 稳定性判据 应用于大应变热塑变形条件, 即可得到动态材料模 型的稳定变形判据[ 13-14] : 第 29 卷 第 12 期 2007 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 No.12 Dec.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.12.036