林利等：38MnB5热成形钢高温变形行为及本构方程 ·471· constants dependent on the deformation temperature,strain rate,and strain were obtained using regression analysis of the experimental data for flow stress,strain,strain rate,etc.The comparison between the calculated data and the experimental data show that the calcu- lated data derived from the constitutive models are found to be in satisfactory agreement with the experimental results KEY WORDS hot stamped steel:flow behavior;constitutive relationship:Arrhenius model;tensile testing 世界能源保护与环境协会的研究报告指出：汽 响，建立其高温下的本构方程 车每减重10%，燃油效率可增加6%~8%.为了解 1试验材料和方法 决日益严重的环境污染、矿产资源逐渐枯竭、新能源 汽车电池续航能力不足等问题，汽车减重是未来汽 1.1试验材料 车发展的一个至关重要的方向.相比较一些轻质材 试验钢采用50kg真空感应熔炼炉冶炼，经过 料，如铝合金、钛合金、镁合金、非金属碳纤维复合材 1200℃保温2h后经过八道次热轧至5mm,炉冷后 料等，热成形钢在满足汽车车身的减重和安全性能 再冷轧至2mm,然后切割成280mm×70mm的板 的改善方面，是最佳的备选材料之一.热冲压成 坯，同时保证长度方向平行于轧制方向.热冲压试 形技术在超高强钢成形过程中具有创新的优势). 验在带有水冷模具的冲压试验机上进行.钢板经加 热成形钢在成形过程中是一个温度场、应力场和微 热温度950℃保温5min后被转移到试验机上，热冲 观组织转变的复杂过程，为了更好地研究热成形过 压成形的同时进行淬火，板坯在模具上保持10s,以 程中的参数，需研究其高温下的变形过程.热成 获得具有高强度和几何准确性的U型件.图1所示 形钢的本构方程在体现热冲压过程中的热力学参数 为热冲压试验机模具. 具有极为重要的作用. 表1为试验钢化学成分.另外，碳当量(carbon Murty等通过等温单向压缩测试，研究了 equivalent,CE)也通过公式(1)求出并列于表1中. AA219铝合金的流变行为及相应条件下的微观组 CE =@c +A(C)x [@si/24+@Mn/6+@cn/15+ 织演变，并将应变速率和温度与流动应力联系起来， w/60+(ωC+0+ωv)/5+5×wg](1) 建立其热变形过程中新型本构方程.Cu等采用 式中，A(C)表示碳的适用系数，A(C)=0.75+ 热单向压缩方法，研究高Nb含量的TA山合金的热 0.25tanh20×(C-0.12)]四 变形和动态再结晶(DRX)行为.研究指出，由于高 Nb含量的添加，此合金具有更宽范围的热加工窗 口，同时建立关于双相或近y相微观结构的y-TiAl 凸模 基合金中位错蠕变的统一速率本构模型，模型提供 的流变行为与实验结果相一致.Si等)从热力学 角度描述AZ31镁合金的各向异性行为，并预测其 非比例加载路径下屈服面方向的畸变演化.根据 凹模 等图的研究，采用改进的Arhenius方程来表述具有 冷却管道 奥氏体组织的热成形硼钢B150OHS的高温流动过 程，并采用改进的Johnson--Cook方程来表示具有铁 图1热冲压试验机模具 素体+珠光体、贝氏体和马氏体组织.关于这些方 Fig.1 Mold for hot stamping 程都是基于温度、应变速率和应变，以及热冲压后淬 表1试验钢化学成分（质量分数） 火过程中相变引起新相的影响建立的， Table 1 Chemical composition of the investigated steel 由于超高强钢在车身组件的需求日益增加，一 钢种 C Si Mn Cr Mo B P CE 种新型热成形钢38MnB5已被应用.38MnB5钢热 38MmB50.360.251.210.270.160.0050.0080.68 成形后的最终抗拉强度可超过20O0MPa,总伸长率 达6.0%的机械性能-0.不过目前研究中，还未见 1.2试验过程 其高温流变行为本构方程的报道，因此为了补充热 采用Gleeble-3500热模拟试验机，分别在650~ 成形钢的材料数据库和扩展数值模拟在工业中的应 950℃温度区间内，以0.01、0.1、1和10s-的应变 用，本文研究了热成形钢38MB5的高温流变行为， 速率(e)对38MnB5热成形钢进行等温单向拉伸测 以及通过考虑温度、应变速率和应变的综合复杂影 试.等温单向拉伸测试的试样为板状，形状和尺寸林 利等: 38MnB5 热成形钢高温变形行为及本构方程 constants dependent on the deformation temperature，strain rate，and strain were obtained using regression analysis of the experimental data for flow stress，strain，strain rate，etc． The comparison between the calculated data and the experimental data show that the calcu￾lated data derived from the constitutive models are found to be in satisfactory agreement with the experimental results． KEY WOＲDS hot stamped steel; flow behavior; constitutive relationship; Arrhenius model; tensile testing 世界能源保护与环境协会的研究报告指出: 汽 车每减重 10% ，燃油效率可增加 6% ～ 8% ． 为了解 决日益严重的环境污染、矿产资源逐渐枯竭、新能源 汽车电池续航能力不足等问题，汽车减重是未来汽 车发展的一个至关重要的方向． 相比较一些轻质材 料，如铝合金、钛合金、镁合金、非金属碳纤维复合材 料等，热成形钢在满足汽车车身的减重和安全性能 的改善方面，是最佳的备选材料之一［1--2］． 热冲压成 形技术在超高强钢成形过程中具有创新的优势［3］． 热成形钢在成形过程中是一个温度场、应力场和微 观组织转变的复杂过程，为了更好地研究热成形过 程中的参数，需研究其高温下的变形过程［4］． 热成 形钢的本构方程在体现热冲压过程中的热力学参数 具有极为重要的作用． Murty 等［5］ 通过 等 温 单 向 压 缩 测 试，研 究 了 AA219 铝合金的流变行为及相应条件下的微观组 织演变，并将应变速率和温度与流动应力联系起来， 建立其热变形过程中新型本构方程． Chu 等［6］采用 热单向压缩方法，研究高 Nb 含量的 TiAl 合金的热 变形和动态再结晶( DＲX) 行为． 研究指出，由于高 Nb 含量的添加，此合金具有更宽范围的热加工窗 口，同时建立关于双相或近 γ 相微观结构的 γ--TiAl 基合金中位错蠕变的统一速率本构模型，模型提供 的流变行为与实验结果相一致． Shi 等［7］从热力学 角度描述 AZ31 镁合金的各向异性行为，并预测其 非比例加载路径下屈服面方向的畸变演化． 根据 Li 等［8］的研究，采用改进的 Arrhenius 方程来表述具有 奥氏体组织的热成形硼钢 B1500HS 的高温流动过 程，并采用改进的 Johnson--Cook 方程来表示具有铁 素体 + 珠光体、贝氏体和马氏体组织． 关于这些方 程都是基于温度、应变速率和应变，以及热冲压后淬 火过程中相变引起新相的影响建立的． 由于超高强钢在车身组件的需求日益增加，一 种新型热成形钢 38MnB5 已被应用． 38MnB5 钢热 成形后的最终抗拉强度可超过 2000 MPa，总伸长率 达 6. 0% 的机械性能［9--10］． 不过目前研究中，还未见 其高温流变行为本构方程的报道，因此为了补充热 成形钢的材料数据库和扩展数值模拟在工业中的应 用，本文研究了热成形钢 38MnB5 的高温流变行为， 以及通过考虑温度、应变速率和应变的综合复杂影 响，建立其高温下的本构方程． 1 试验材料和方法 1. 1 试验材料 试验钢采用 50 kg 真空感应熔炼炉冶炼，经过 1200 ℃保温 2 h 后经过八道次热轧至 5 mm，炉冷后 再冷轧至 2 mm，然后切割成 280 mm × 70 mm 的板 坯，同时保证长度方向平行于轧制方向． 热冲压试 验在带有水冷模具的冲压试验机上进行． 钢板经加 热温度 950 ℃保温 5 min 后被转移到试验机上，热冲 压成形的同时进行淬火，板坯在模具上保持 10 s，以 获得具有高强度和几何准确性的 U 型件． 图 1 所示 为热冲压试验机模具． 表 1 为试验钢化学成分． 另外，碳当量( carbon equivalent，CE) 也通过公式( 1) 求出并列于表 1 中． CE = ωC + A( C) ×［ωSi /24 + ωMn /6 + ωCu /15 + ωNi /60 + ( ωCr + ωMo + ωV) /5 + 5 × ωB］ ( 1) 式中，A ( C) 表示碳的适用系数，A ( C) = 0. 75 + 0. 25tanh［20 × ( C － 0. 12) ］［11］． 图 1 热冲压试验机模具 Fig． 1 Mold for hot stamping 表 1 试验钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the investigated steel % 钢种 C Si Mn Cr Mo B P CE 38MnB5 0. 36 0. 25 1. 21 0. 27 0. 16 0. 005 0. 008 0. 68 1. 2 试验过程 采用 Gleeble--3500 热模拟试验机，分别在 650 ～ 950 ℃温度区间内，以 0. 01、0. 1、1 和 10 s － 1的应变 速率( ε ·) 对 38MnB5 热成形钢进行等温单向拉伸测 试． 等温单向拉伸测试的试样为板状，形状和尺寸 · 174 ·