趙艷君１,孟慶雪２,馬本莉１,曾建民１,蔣長標１

(１．廣西大學材料科學與工程學院,南寧５３０００４;２．邯鄲鋼鐵集團有限責任公司,邯鄲０５６０１５)

摘　要:以新開發的高強高韌２０SiMn３NiA 低合金馬氏體鋼為研究對象,用熱模擬試驗機對其在９００~１０００℃進行了雙道次壓縮,應變速率為１．０s－１,道次間隔時間為１~１００s,研究了其靜態軟化行為.結果表明:當變形溫度為９００℃時,隨著道次間隔時間的延長,試驗鋼在第二道次變形時的真應力Ｇ真應變曲線由動態再結晶型(軟化趨勢大于硬化趨勢)變為靜態再結晶型(硬化趨勢大于軟化趨勢),靜態再結晶率由道次間隔時間為１s時的６．４８％增至穩定值８５％;當變形溫度為１０００℃時,其第二道次變形時的真應力Ｇ真應變曲線均為靜態再結晶型,靜態再結晶率由道次間隔時間為１s時的８４．４８％增至１００s時的９６％;試驗鋼的靜態再結晶激活能為４４８kJ??mol－１.

關鍵詞:雙道次壓縮;靜態再結晶;激活能;馬氏體鋼

中圖分類號:TG１４２．２４　　　文獻標志碼:A　　　文章編號:１０００Ｇ３７３８(２０１７)０４Ｇ００２４Ｇ０５

StaticSofteningBehaviorofaHighＧStrengthandHighＧToughness

LowＧAlloyMartensiteSteel

ZHAOYanＧjun１,MENGQingＧxue２,MABenＧli１,ZENGJianＧmin１,JIANGChangＧbiao１

(１．SchoolofMaterialsScienceandEngineering,GuangxiUniversity,Nanning５３０００４,China;

２．HandanIronandSteel(Group)Co．,Ltd．,Handan０５６０１５,China)

Abstract:WiththenewdevelopedhighＧstrengthandhighＧtoughness２０SiMn３NiAlowＧalloymartensitesteel

asaresearchobject,thedoubleＧpasscompressiontestswereconductedonthesteelbyathermalsimulatorat９００－

１０００℃andstrainrateof１．０s－１forpassintervalsbetween１sand１００s．Andthestaticsofteningbehaviorofthe

steelwasstudied．Theresultsshow thatatthedeformationtemperatureof９００ ℃,withthepassinterval

prolonging,thetruestressＧtruestraincurvesduringsecondpassdeformationofthetestedsteelexhibitedachange

fromdynamicrecrystallizationcharacter(namelygreatertrendofsofteningthanhardening)tostaticrecrystallization

character(namelygreatertrendofhardeningthansoftening)．Thestaticrecrystallizationfractionincreasedfrom

６．４８％ withpassintervalof１stoanearlystablevalueof８５％．Atthedeformationtemperatureof１０００ ℃,the

truestressＧtruestraincurvesduringsecondpassdeformationhadastaticrecrystallizationcharacter．Thestatic

recrystallizationfractionincreasedfrom８４．４８％ withpassintervalof１sto９６％ withpassintervalof１００s．The

staticactiveenergyofthetestedsteelwas４４８kJ??mol－１．

Keywords:doubleＧpasscompression;staticrecystallization;activeenergy;martensitesteel

０　引　言

高強度低合金鋼因合金含量較低(合金元素質量分數在５％左右),可在成本增加很小的情況下獲得較高強度與韌性的合理匹配. 其中,低碳馬氏體合金鋼是一種典型的高強度低合金鋼,其在淬火后再進行低溫回火處理,通常靠馬氏體相變和回火析出的εＧ碳化物達到高強度[１－２]. 低碳馬氏體合金鋼中普遍含有較多的合金元素鎳、鉻、釩、鉬,這些合金元素價格較高. 為了降低成本,作者以我國資源豐富的廉價錳、硅為主要合金元素,而僅加入少量昂貴的鎳,開發出一種新型高強度低合金馬氏體鋼(牌號為２０SiMn３NiA),此鋼的抗拉強度Rm 不小于１５００MPa,沖擊功Akv 不小于８５J,具有很好的強韌性匹配[３－４].２０SiMn３NiA鋼可承受不連續、高速循環往復碰撞,主要應用在服役條件苛刻的鐵路維護用搗鎬類零件上.

在鍛造與熱軋加工過程中,鋼在奧氏體區加熱變形后,晶粒內部存儲了一定的變形能,鋼處于較高的能量狀態.由于鍛造與軋制變形通常都是多道次的,在前一道次變形后,其隨后道次的升溫及保溫過程中,鋼內部加工硬化的組織在道次間隔期間將發生回復和再結晶,釋放儲存的變形能.這種回復與再結晶會影響鋼在高溫變形過程中的成形性和變形抗力,并影響其后的相變過程及相變產物.為了研究２０SiMn３NiA 鋼在熱變形后升溫、保溫時間里的再結晶行為,達到控制工藝參數,進而控制其顯微組織及性能的目的,作者利用Gleeble１５００型熱模擬試驗機對該鋼進行了雙道次壓縮(前后兩道次的變形溫度相同)變形試驗,研究了其在熱變形過程間歇時間內的靜態軟化行為,為制定合理的熱加工工藝提供試驗依據.

１　試樣制備與試驗方法

１．１　試樣制備

試驗材料為自制２０SiMn３NiA鋼,化學成分見表１.該鋼采用真空感應爐冶煉,澆鑄成錠,經十字鍛造成材,鍛后緩冷,再經６８０ ℃保溫４h的退火處理,然后在８６０℃保溫３０min進行正火處理.試驗鋼的尺寸為５５ mm×１５０ mm×６５０ mm,在其上加工出尺寸為?８mm×１５mm 的壓縮試樣.

１．２　試驗方法

在Gleeble１５００型熱模擬機上進行壓縮試驗,將鉑Ｇ銠熱電偶焊接在試樣的半高外表面處以測量溫度.為減小試樣溫度的不均勻性及與壓頭之間的摩擦和黏接,在試樣與壓頭之間放置了石墨鉭箔.前后兩道次變形溫度相同的雙道次壓縮工藝如下:先將試樣以１０ ℃??s－１的速率加熱至１１００ ℃,保溫３min使其充分奧氏體化,然后以５ ℃??s－１的速率冷卻至變形溫度(分別為９００,９５０,１０００ ℃),保溫３０s后進行第一道次壓縮,變形量為３０％,應變速率為１．０s－１;間隔一定時間(分別為１,５,１０,５０,１００s)后進行第二道次壓縮,變形量為３０％,應變速率為１．０s－１.壓縮試驗結束后立即對試樣進行淬火,以保留高溫變形組織.用４％(體積分數)硝酸酒精溶液腐蝕后,在LeicaDMR型正置式廣視野光學顯微鏡上觀察顯微組織.

２　試驗結果與討論

２．１　道次間隔時間對顯微組織的影響

由圖１和圖２可以看出,在９００,１０００℃ 以及不同道次間隔時間下變形后,試驗鋼的顯微組織均為板條馬氏體;道次間隔時間為１,５s時,板條馬氏體相對細小,而道次間隔時間為１０,５０,１００s時,板條馬氏體相對粗大. 在相同的道次間隔時間下,１０００℃變形后的顯微組織比９００ ℃變形后的顯微組織粗大.這是由于在較高的變形溫度下,晶粒的靜態再結晶在較短的時間內就可以基本完成,隨著道次間隔時間的延長,晶粒再結晶后發生了晶粒長大,淬火后得到的板條馬氏體也相對粗大.

２．２　道次間隔時間及變形溫度對流變應力的影響

從圖３中可以看出,當變形溫度為９００℃,道次間隔時間由１s延長到１００s時,第二道次變形時試驗鋼的流變應力逐漸降低.當道次間隔時間為１s和５s時,隨著第二道次應變量的增加,試驗鋼的真應力先增加到一個峰值后(與第一道次應力接近)再降低,此時的第二道次真應力Ｇ真應變曲線為動態再結晶型(即軟化趨勢大于硬化趨勢)曲線,說明在第二道次的變形過程中伴隨著動態再結晶的發生.這主要是因為道次間隔時間比較短,靜態再結晶來不及進行,晶粒內部還儲存大量的形變能,在第二道次變形過程中,這些形變能達到一定程度時,晶粒發生動態再結晶.而當間隔時間在１０s以上時,隨著第二道次應變量的增加,試驗鋼的真應力增加到一個峰值而后趨于平穩,第二道次真應力Ｇ真應變曲線均呈靜態再結晶型(即硬化趨勢大于軟化趨勢)且比１~５s的低,這是因為道次間隔時間比較長,晶粒有足夠的時間發生并完成靜態再結晶[５－６].