403Nb钢高温热压缩变形条件下的流变应力研究
奥氏体耐热钢高温持久强度研究
0引言节能减排是我国未来经济和社会可持续发展的重要战略方向之一，效率低下、污染严重的传统火电机组逐步面临被低能耗、低污染的超超临界发电机组所取代。
性能优良的耐热钢是研发超超临界发电机组的关键技术之一。
奥氏体耐热钢Super304H 是在传统奥氏体耐热钢TP304的基础上，添加0.45%Nb 、3%Cu 以及少量N 元素，制备的新型奥氏体耐热钢。
超超临界发电机组运行过程中，显微组织析出的ε-富Cu 、Cr 23C 6、Nb （C ，N ）和NbCrN 相产生强化作用，显著提高奥氏体耐热钢Super304H 高温服役性能[1，2]。
本文利用金相组织分析、断口分析评估持久强度试样的断裂模式，揭示不同应力条件下奥氏体耐热钢的蠕变断裂机理，为苛刻服役条件下长周期运行的大容量电站锅炉的寿命预测和安全风险评价提供理论基础和数据支持，可以有效地对大容量电站锅炉运行状态和安全状况给予科学的判断，延长大容量电站锅炉安全运行时间和减少因奥氏体耐热钢高温蠕变-低周疲劳失效造成的机组停运损失，保障人民生命财产安全具有显著的经济和社会效益。
1试验过程试验用Super304H 钢管由日本住友公司生产，供货状态为固溶处理，规格为Φ44.5mmx9mm 。
依据《金属拉伸蠕变及持久试验方法》（GB/T2039-1997）制备所需试样，分别进行650℃，应力240MPa 、260MPa 、280MPa 、300MPa 、320MPa 的持久强度实验。
利用金相显微镜分析持久强度试样的金相组织，利用扫描电镜观察持久强度试样的断口形貌，通过对金相组织和断口形貌分析不同应力条件下奥氏体耐热钢的失效机理。
2结果与分析持久强度（蠕变断裂强度）是研究材料在高温及应力时间的作用下，在规定的持续时间内不致断裂的最大应力，即高温蠕变试验过程中，变形达到蠕变加速阶段（第三阶段）直至断裂时的应力值。
持久强度实验数据是通过施加不同的实验温度和实验应力得到短时间持久强度数据，然后利用经验公式或理论分析导出的公式外推得到的。
OCr11Ni2MoVNb钢高温流变应力的本构方程
OCr11Ni2MoVNb钢高温流变应力的本构方程王少刚;李庆华;李付国;魏志坚;苏春明【摘要】The compressive deformation behavior of 0CrllNi2MoVNb steel has been investigated during the temperatures from 950℃ to 1100℃ and strain rates from 0.01 to 10s-1 on Gleeble-1500 thermo-simulation machine.The effects of temperature and strain rate on deformation behaviors have been represented by Zener-Holloman parameter in an exponent type equation, but in fact material constants change regularly with strains. The influence of strain has been incorporated in the constitutive analysis by considering the effect of strain on material constants. The constitutive equation (considering the compensation of strain) could precisely predict the flow stress in different temperatures and strain rates.%在Gleeble1500热模拟试验机上进行等温热模拟压缩试验,研究了oCr11Ni2MoVNb钢在变形温度950℃～1100℃应变速率0.01～10s<'-1>之间的热压缩变形行为.通常使用的本构模型,大多采用z参数来表示温度和应变速率对材料变形行为的影响,而研究发现本构方程中材料常数是随着应变有规律性的变化,通过加入应变补偿,用与应变有关的多项式表示材料常数,这种方法建立的本构方程能够更精确的预测出材料在不同变形温度和应变速率下的应力值.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2011(046)001【总页数】4页(P91-94)【关键词】材料实验;流变应力;等温热模拟压缩;oCr11Ni2MoVNb钢【作者】王少刚;李庆华;李付国;魏志坚;苏春明【作者单位】西北工业大学材料学院,陕西,西安,710072;西北工业大学材料学院,陕西,西安,710072;西北工业大学材料学院,陕西,西安,710072;中航工业安大航空锻造有限责任公司,贵州,安顺,561000;中航工业安大航空锻造有限责任公司,贵州,安顺,561000【正文语种】中文【中图分类】TG142.71马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢，具备高强度和耐蚀性。
SUS304不锈钢高温力学性能的物理模拟
304 不锈钢高温力学性能的物理模拟关小霞田建军杨健指导教师：杨庆祥胡宏彦博士燕山大学材料科学与工程学院摘要：采用Gleeble-3500热模拟试验机对304 不锈钢的高温力学性能进行了物理模拟。
对模拟结果中应力-应变曲线进行分析，并结合断口附近组织形貌的观察，得出结论：金属的极限应力随温度升高呈下降趋势；在δ-Fe向γ-Fe转变的某一温度，金属塑性急剧下降；对断口附近金相组织及SEM分析，推测晶界处可能存在着元素偏聚或析出相现象。
关键词：304不锈钢；力学性能；物理模拟1.前言：双辊铸轧不锈钢薄带技术是目前冶金及材料领域的前沿技术之一[1]，是直接用钢水制成2-5mm厚薄带的工艺过程。
该技术可以大大简化薄带钢的生产流程，降低生产成本，并形成低偏析、超细化的凝固组织，从而使带材具有良好的性能，被公认为钢铁工业的革命性技术[2、3]。
但是，不锈钢经铸轧后，薄带表面会形成宏观的裂纹，从而降低不锈钢薄带的力学性能，影响其质量[4-6]。
国内外在双辊铸轧不锈钢薄带技术上已经开展了一些研究工作。
文献[7]对比了铸轧铁素体和奥氏体不锈钢薄带；文献[8、9]对铸轧304不锈钢薄带过程中高温铁素体的溶解动力学进行了研究；文献[10]对不锈钢薄带铸轧过程中凝固热参数和组织进行了研究；文献[11-14]对不锈钢薄带铸轧过程中的流场和温度场进行了数值模拟；文献[15]对铸轧304不锈钢薄带的力学性能进行了研究。
文献[16]对304不锈钢在加热过程中的高温铁素体形核与长大和夹杂物在固－液界面的聚集进行了原位观察；文献[17]对薄带铸轧溶池液面进行了物理模拟；文献[18]对铸轧不锈钢薄带过程的凝固组织、流场、温度场及热应力场进行了数值模拟。
但是，缺少对铸轧不锈钢薄带表面与内部裂纹的生成机理、演变规律以及预防措施方面的研究。
在高温性能物理模拟方面，国内外也有不少研究。
文献[19]应用THERMECMASTOR-Z热加工模拟机对奥氏体不锈钢的高温热变形进行了模拟试验；文献[20]利用Gleeble-1500试验机对铸态奥氏体不锈钢在1000-1200℃温度区间进行了热压缩试验；文献[21]从位错理论角度出发，对高钼不锈钢热加工特征与综合流变应力模型进行了研究。
耐候钢JNS高温力学性能研究
（． ｍ ｓ ０ ｍ ／ 的应变速率进行拉伸 ，直到试样拉断。 ２ ） 具体 实 验 温 度制 度 如 图 １ 。
图 ２ Ｊ Ｓ钢应 力应 变曲线 Ｎ
Ｔｉ ｍｅ『 ｍ １ ｎ
图 １ 实 验 温 度 制 度
２ 实验 结果 及分 析
Ｔ ｍｐ ｒｔ ｅ ｅａｕｅ ｆｃ ｒ
２１应 力 应 变 曲线 和塑性 曲线结 果及 分 析 ． 在高 温 下使 用热 模拟 试验 机 拉伸试 样 ，有 实验 机 器 自带 的 软件 进行 图像 处理 ，可 以获得 拉伸 过程
・
４５ ・
《 耐候 钢 Ｊ Ｓ高温力学性能研究 》 Ｎ
变化的曲线 ，为连铸生产和工艺操作提供 了很好的 理论 依据 。
１ 实验方 法
连 铸 坯力 学性 能 的 主 要 数 据 。 同时 研 究 了耐 候 钢 Ｊ Ｓ连铸 坯 的应 力 应 变 曲线 、塑性 曲线 、强 度极 限 Ｎ 和 硬 化 系数 随 温度 变 化 曲线 。
ｔｍｐ ｒｔｒ ａ ｇ ａ ｄ ｔｅｄ ｃｉｔ ｆ ｔｅ ＮＳｉ ｗｅ１Ｔ ｅｅａｅｔ ｏａｅ ｓｏ ｗ ｕ ｔ ｉ ， ｎ ｅｏ ０ ￣ ｅ ｅａｕｅｒ ， ｎ ｎ ｕ ｔ ｉ ｏ ｅ ｌ ｈ ｌｙ ｓ Ｊ ｌ ｈ ｒ ｒ ｗ ｒａ ｆｏ ｄ ｃｉｔ ｏ ｅｉ ｂ ｌｗ ７ ０ Ｃ， ｓ ． ｌ ｌｙ ｓ
ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｗｉ ｅ ｂ ｅ ５ ０ ｓ ｓｅ ｅ ｈ ｉ ｕ ｔ Ｇｌｅ ｌ－１ ０ Ｄ ｙ ｔｍ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｅ ｈ ｔ ｉ ｅ ｕ ｔ ｎ ｏ ｅ ｓ ｏ ｅ ｏ ｉ ｈ ｈ ｈ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｔ ｒ ｄ ｃ ｉ ｆ ａ ａ ｉ ｖ ｒ ６ ％ ｎ ｔ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ
ｏ ｅ ｔ ｅ ｉｇ Ｓｔ ｅ ｆ Ｗ ａ ｈ ｒ ｅ ｌ ＮＳ ｎ Ｊ
一种新的高温高压流变性分析模型
一种新的高温高压流变性分析模型滕学清;樊洪海;杨成新;赖敏斌;李家学;周号博;王孝亮【摘要】钻井液流变性的准确分析与流变参数的准确计算一直是钻井水力分析与计算的基础,是提高井底压力计算精度的重要研究内容.基于高温高压流变实验数据,分析了旋转黏度计300 r/min和600 r/min下测量剪切应力随温度、压力的变化规律;进而建立了适用于各转速下高温高压(HTHP)剪切应力的通用预测模型,并给出了HTHP剪切速率预测模型系数的通用求解步骤.最后采用HTHP剪切应力预测模型对墨西哥湾一口实验井的合成基钻井液(屈服假塑性钻井液)进行了分析,同样具有很好的预测效果,表明该模型具有较广泛的适用性,可为高温高压井井底压力计算提供较为准确的HTHP流变参数.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)034【总页数】6页(P162-167)【关键词】高温高压;流变性;水力计算;流变参数【作者】滕学清;樊洪海;杨成新;赖敏斌;李家学;周号博;王孝亮【作者单位】中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司,库尔勒841000;中国石油大学(北京)尤其资源与探测国家重点实验室,北京102249;中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司,库尔勒841000;中国石油大学(北京)尤其资源与探测国家重点实验室,北京102249;中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司,库尔勒841000;中国石化石油工程技术研究院,北京100101;中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司,库尔勒841000【正文语种】中文【中图分类】TE254.3随着石油勘探开发逐步向深层发展，高温高压深井、超深井的数量不断增多，同时地质条件的异常复杂性使得窄密度窗口问题广泛存在［1，2］。
高温高压的恶劣环境对钻井液流变特性有着较大的影响，然而现有高温高压流变参数预测模型主要集中在宾汉、幂律模型上，对于较为精确但本构方程略微复杂的三参数、四参数流变模型的高温高压流变参数预测模型较少。
42CrMoA_钢热变形过程动态再结晶行为
第15卷第11期精密成形工程刘凯1,2,3，庞坤4，宋建民5，王新伟4，王红杰1,2,3，王雯龙1,2,3，胡俊1，陈刚1,2,3（1.中国兵器科学研究院宁波分院，浙江宁波 315103；2.浙江省宁波表面工程研究中心，浙江宁波 315103；3.宁波表面工程研究院有限公司，浙江宁波 315010；4.浙江天力机车部件有限公司，浙江丽水 323000；5.宁波市鄞创科技孵化器管理服务有限公司，浙江宁波 315010）摘要：目的通过Deform-3D软件模拟42CrMoA钢的热压缩过程，研究在压缩量为60%、变形温度为950~1 100 ℃和应变速率为0.01~10 s−1条件下42CrMoA钢再结晶模型的可靠性。
方法将热压缩试样沿轴线对半分开，以试样中心和边部位置作为金相观察区，分析42CrMoA钢的热变形行为，将计算得到的动态再结晶临界模型输入Deform-3D软件的前处理模块中，模拟过程的变形参数与实验过程的相同，通过在模拟试样的心部和边部位置进行点追踪，实现模拟结果和实验结果中组织的对比分析。
结果在压缩过程中42CrMoA 钢真应力的变化受加工硬化和动态软化协同作用影响。
随着温度的升高，试样心部和边部的再结晶体积分数均有所上升，且试样心部动态再结晶体积分数大于边部的。
模拟结果显示，当温度由1 000 ℃升高至1 100 ℃时，试样心部动态再结晶体积分数由75.6%升高至89.5%，在相同条件下，通过金相观察到试样心部的动态再结晶体积分数由73.2%升高至85.3%。
结论基于Johnson-Mehl-Avrami模型改进的Yada再结晶模型可以较好地描述42CrMoA钢的动态再结晶过程，实验结果与模拟结果间的相对误差小于8.35%，验证了动态再结晶模型的准确性。
关键词：42CrMoA钢；流动应力；本构方程；动态再结晶行为；微观组织DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.011.017中图分类号：TG1442.41 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)011-0147-09Dynamic Recrystallization Behavior of 42CrMoA Steel during Thermal Deformation LIU Kai1,2,3, P ANG Kun4, SONG Jian-min5, WANG Xin-wei4, WANG Hong-jie1,2,3,WANG Wen-long1,2,3, HU Jun1, CHEN Gang1,2,3(1. Inner Mongolia Metallic Materials Research Institute, Zhejiang Ningbo 315103, China; 2. Ningbo Surface Engineering Re-search Center, Zhejiang Ningbo 315103, China; 3. Ningbo Surface Engineering Research Institute Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315010, China; 4. Zhejiang Tianli Motor Parts Co., Ltd., Zhejiang Lishui 323000, China;5. Ningbo Yinchuang Incubator Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315010, China)ABSTRACT: The work aims to study the reliability of the 42CrMoA steel recrystallization model under the total compression strain of 60%, deformation temperature of 950-1 100 ℃and strain rate of 0.01-10 s−1 by Deform-3D software. The compressed sample was cut along the axis, and the center and edge position of the sample were used as the metallographic observation area.The thermal deformation behavior of 42CrMoA steel was analyzed. The calculated dynamic recrystallization model was input to the pre-processing module of Deform-3D software, and the deformation parameters of the simulation process were the same as收稿日期：2023-06-08Received：2023-06-08基金项目：宁波市2025重大科技攻关项目（2022Z003，2022Z056，2023Z013，2022Z002）Fund：2025 Key Science and Technology Research Project of Ningbo (2022Z003, 2022Z056, 2023Z013, 2022Z002)引文格式：刘凯, 庞坤, 宋建民, 等. 42CrMoA钢热变形过程动态再结晶行为[J]. 精密成形工程, 2023, 15(11): 147-155. LIU Kai, PANG Kun, SONG Jian-min, et al. Dynamic Recrystallization Behavior of 42CrMoA Steel during Thermal Deforma-tion[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(11): 147-155.148精密成形工程 2023年11月those of the experimental process. The point tracking of the simulation results was carried out at the same position as the metal-lographic observation area. The results of simulation and experiment were compared and analyzed. It was found that the change of flow stress of 42CrMoA steel was affected by processing hardening and dynamic softening. The recrystallization volume fraction of the center and edge of the sample increased with the increase of temperature. The recrystallization grain volume frac-tion in the sample center was greater than that at the edge. The simulation results showed that when the temperature increased from 1 000 ℃to 1 100 ℃, the dynamic recrystallization grain volume fraction of the sample center increased from 75.6% to89.5%, and the dynamic recrystallization volume fraction of the sample center of the sample increased from 73.2% to 85.3%under the same conditions. The improved Yada recrystallization model based on the Johnson-Mehl-Avrami model can better de-scribe the dynamic recrystallization process of 42CrMoA steel, and the relative error between simulation and test results is smaller than 8.35%, which verifies the accuracy of dynamic reconstruction models.KEY WORDS: 42CrMoA steel; flow stress; constitutive equation; dynamic recrystallization behavior; microstructure42CrMoA钢是具有代表性的中碳、低合金、高强度钢之一。
TC4钛合金高温变形行为及其流动应力模型_罗皎
错组态密切相关。从金属高温塑性变形的物理本质来
看，在变形初期，位错的交滑移为主要软化机制，但
它引起的动态软化不足以补偿位错密度增加而带来的
硬化，因此流动应力以较快的速度增大。流动应力达
中国有色金属学报
Vol.18 No.8
The Chinese Journal of Nonferrous Metals
文章编号：1004-0609(2008)08-1395-07
TC4 钛合金高温变形行为及其流动应力模型
2008 年 8 月 Aug. 2008
罗 皎，李淼泉，李 宏，于卫新
(西北工业大学 材料学院，西安 710072)
现控温，控温精度为±1.0 ℃。实验过程中，配有微 机处理系统的试验机自动采集有关数据，并进行修正 和计算，最后以表格形式输出载荷—行程和流动应力 —应变等数据。热模拟压缩实验方案如下。变形温度 为(K)：1 093，1 123，1 143，1 163，1 183，1 203，1 223， 1 233，1 243，1 253，1 263，1 273，1 283，1 293， 1 303；应变速率为(/s)：0.001，0.01，0.1，1.0，10.0； 变形程度为 60%。完成高温压缩变形后冷却方式为空冷。
热模拟压缩实验在 Thermermaster−Z 型热模拟实 验机上进行，压缩过程中抽真空。压缩试样为 d 8 mm ×12 mm 的圆柱体，上下两端面加工有直径为 7.6 mm， 深为 0.2 mm 的浅槽，用于贮存高温保护润滑剂，以 便尽可能减小摩擦获得单向应力状态下的实验条件。 试样采用电频感应加热，压缩过程中由焊接在试样侧
SUS304不锈钢高温力学性能的物理模拟.
304 不锈钢高温力学性能的物理模拟关小霞田建军杨健指导教师：杨庆祥胡宏彦博士燕山大学材料科学与工程学院摘要：采用Gleeble-3500热模拟试验机对304 不锈钢的高温力学性能进行了物理模拟。
对模拟结果中应力-应变曲线进行分析，并结合断口附近组织形貌的观察，得出结论：金属的极限应力随温度升高呈下降趋势；在δ-Fe向γ-Fe转变的某一温度，金属塑性急剧下降；对断口附近金相组织及SEM分析，推测晶界处可能存在着元素偏聚或析出相现象。
关键词：304不锈钢；力学性能；物理模拟1.前言：双辊铸轧不锈钢薄带技术是目前冶金及材料领域的前沿技术之一[1]，是直接用钢水制成2-5mm厚薄带的工艺过程。
该技术可以大大简化薄带钢的生产流程，降低生产成本，并形成低偏析、超细化的凝固组织，从而使带材具有良好的性能，被公认为钢铁工业的革命性技术[2、3]。
但是，不锈钢经铸轧后，薄带表面会形成宏观的裂纹，从而降低不锈钢薄带的力学性能，影响其质量[4-6]。
国内外在双辊铸轧不锈钢薄带技术上已经开展了一些研究工作。
文献[7]对比了铸轧铁素体和奥氏体不锈钢薄带；文献[8、9]对铸轧304不锈钢薄带过程中高温铁素体的溶解动力学进行了研究；文献[10]对不锈钢薄带铸轧过程中凝固热参数和组织进行了研究；文献[11-14]对不锈钢薄带铸轧过程中的流场和温度场进行了数值模拟；文献[15]对铸轧304不锈钢薄带的力学性能进行了研究。
文献[16]对304不锈钢在加热过程中的高温铁素体形核与长大和夹杂物在固－液界面的聚集进行了原位观察；文献[17]对薄带铸轧溶池液面进行了物理模拟；文献[18]对铸轧不锈钢薄带过程的凝固组织、流场、温度场及热应力场进行了数值模拟。
但是，缺少对铸轧不锈钢薄带表面与内部裂纹的生成机理、演变规律以及预防措施方面的研究。
在高温性能物理模拟方面，国内外也有不少研究。
文献[19]应用THERMECMASTOR-Z热加工模拟机对奥氏体不锈钢的高温热变形进行了模拟试验；文献[20]利用Gleeble-1500试验机对铸态奥氏体不锈钢在1000-1200℃温度区间进行了热压缩试验；文献[21]从位错理论角度出发，对高钼不锈钢热加工特征与综合流变应力模型进行了研究。
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第15卷第3期2008年6月塑性工程学报JOURNAL OF PLAST ICITY ENGINEERINGVol 15 No 3Jun 2008403Nb 钢高温热压缩变形条件下的流变应力研究*(1 昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明 650093)(2 钢铁研究总院,北京 100081)(3 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,沈阳 110004)刘 宁1,2 王立民2 陈礼清3 刘相华3 刘正东2杨 钢2 朱心昆1摘 要:采用Gleeble 3500热模拟实验机进行了403Nb 钢的高温热压缩实验,并对其流变应力进行了研究。
实验结果表明,温度在1100 ~1150 ,应变速率在0 01s -1~0 1s -1时,403N b 钢在热压缩实验中发生了明显的动态再结晶;用Zener H ollomo n 参数的双曲对数函数能较好的描述403Nb 钢的流变行为;经回归得到了403N b 钢峰值应力 P 的表达式和热变形激活能Q 值。
关键词:403Nb;流变应力;动态再结晶;热变形激活能中图分类号:T G142 24;T G 111 7 文献标识码:A 文章编号:1007 2012(2008)03 0114 05Investigation on flow stress of 403Nb steel during hot compressionLI U N ing 1,2 W AN G Li min 2 CH EN L i qing 3 L IU Xiang hua 3 L IU Zheng dong 2 Y AN G Gang 2 ZH U Xin kun 1(1 Faculty of M ater ials and M etallurg ical o f Kunming U niv ersity of Science and T echnolog y,K unming 650093 China)(2 Central Iro n and St eel Research Institut e,Beijing 100081 China)(3 T he State Ka y L ab of Ro lling and Automat ic,No rtheastern U niver sity,Sheny ang 110004 China;)Abstract:T he hot co mpr ession experiment o f 403N b w as carr ied o ut using Gleeble 3500,and its f low stress w as also investig a ted.U nder t he ex per imental temper ature from 850 to 1150 and st rain rate from 0 01s -1to 10s -1.T he results sho w that t he dy namic r ecrystallization of 403Nb occurs obvio usly w hen the co mepr ession temper atur e is from 1100 to 1150 and str ain rate is fro m 0 01s -1to 0 1s -1.T he flo w str ess of 403Nb steel can be r epresented by a Zener H ollomo n parameter in the hy perbo lic log ar ithm type equation.T he r eg ressed peak str ess expressio n P and the ho t defor mation act ivation energ y Q of 403N b steel dur ing hot compressio n ar e co ncluded.Key words:403N b;flo w str ess;dynamic recry stallization;hot defor mation activ ation energ y*国家自然科学基金重点资助项目(50634030)。
刘 宁 E mail:mo onchang eln@163 co m 作者简介:刘 宁,男,1982年生,硕士收稿日期:2007 05 13;修订日期:2008 03 19引 言金属的热变形行为是制定其挤压、轧制、扭转等热加工工艺的理论依据,同时通过热变形还可以改善金属材料的组织和性能。
材料在一定变形温度、应变和应变速率下的屈服极限称为流变应力,是材料在高温下的塑性指标之一,是力学性能和显微组织变化的综合体现。
主要受钢中合金元素、应变量、应变速率、温度的影响[1]。
系统研究材料的流变应力有助于科学的制定热加工工艺,更准确地控制热加工过程。
因此,国内外许多学者对各种钢及合金的热变形行为进行了大量研究[1,5 8,10 11]。
403Nb 钢属于马氏体不锈钢,主要应用于火电机组中的气轮机叶片。
该钢是在AISI403钢的基础上开发出来的。
由于添加了约0 2%的Nb 和 0 10%的V,从而改善了其力学性能,使之抗拉强度从原来的690M P 提高到790M P,屈服强度由原来的550M P 提高到650M P,其综合性能优于广泛应用于我国火电机组的AISI403钢和我国的1Cr13系列钢[2]。
关于该钢的报道,尤其是其热变形特性的报道还很少。
但随着能源紧缺问题的出现,我国将加大对能源基础设施的建设,特别是对火力发电系统的建设。
因此,对403Nb 钢种的热变形特性进行研究,将具有重要的实际意义。
1 实验条件及方法该实验所用403Nb 钢采用碱性电弧炉+电渣重熔(ESR)冶炼,化学成分见表1。
经锻造开坯轧制成 42mm 棒材,加工成 8mm !12mm 圆柱体热压缩试样(见图1)。
表1 403Nb 钢的化学成分/%T ab 1 Chemica l composition of 403Nb steel in w t%元素CM nSiSPCrMoNbVN i Fe分析0.160.460.280.0020.01611.980.0290.220.0280.12余图1 实验前后试样形状F ig 1 T he shape befor e and after ex periment热压缩在Gleeble 3500热模拟试验机上进行。
压缩过程中,在氩气保护下,在试样两端加放钽片,以减少摩擦对应力状态的影响。
将试样以10 /s 加热到1200 ,保温5min,使奥氏体均匀化;然后以10 /s 的冷却速度冷却到变形温度,并以一定的应变速率进行实验,试样总压缩量均为60%,工艺如图2所示。
图2 应力 应变曲线测定工艺F ig 2 Pr ocesses for mensuration of str ess strain curv es将实验后的试样过圆心沿轴线进行纵向切割,将切割面打磨抛光后用苦味酸酒精溶液进行化学腐蚀,并用德国Leica M EF4M 金相采集显微镜进行观察。
2 实验结果及分析2 1 真应力 真应变曲线热压缩实验的真应力 真应变曲线如图3所示,其中 为真应力, 为真应变。
图3 真应力 真应变曲线a) =10s -1;b ) =1s -1;c) =0 1s -1;d) =0 01s -1F ig 3 T rue st ress st rain cur ves of compr essio n在热加工过程伴随着动态回复和动态再结晶的发生。
一方面因形变使位错不断增值和积累,发生115第3期刘 宁等:403Nb 钢高温热压缩变形条件下的流变应力研究加工硬化,如图3中压缩初始阶段,随应变量增加应力增大;另一方面,通过热激活使位错偶对消、胞壁锋锐规整化形成亚晶以及亚晶合并等过程也在进行,即在应变硬化的同时发生动态回复,此时应力曲线趋于平缓。
当动态回复难以同步抵消形变时位错的增值积累,当位错积累到一定程度后就会促发再结晶形核,即发生动态再结晶[3]。
此时应力曲线出现峰值后趋于平缓。
发生动态回复时,软化过程和硬化过程同步,当两者平衡时,真应力 真应变曲线上出现流变应力不随应变而变的稳态流变。
图3a中速率为10s-1时,所有温度的实验都以动态回复为主,没有发生明显的动态再结晶。
发生动态再结晶时,大量位错被再结晶核心的大角度界面推移而消除,软化过程占主导地位,流变应力下降,应力 应变曲线出现峰值。
因此可以通过真应力 真应变曲线是否有峰值断定热变形过程是否发生了动态再结晶。
图3b中速率为1s-1时,1150 实验发生了较为明显的动态再结晶行为;图3c中速率为0 1s-1时,1100 和1150 实验发生了明显的动态再结晶行为;图3d中速率为0 01s-1时,1050 、1100 、1150 实验发生了动态再结晶行为。
同一应变速率,温度越高越容易发生动态再结晶;同一温度,应变速率越低越容易发生动态再结晶。
2 2 热变形流变应力方程热变形过程中,材料的高温流变应力 主要取决于变形温度T和应变速率 ,通常用概括了变形温度T和应变速率的Zener H ollom on参数Z来描述热加工参数[4]。
Zener和H o llom on在1944年提出并实验 ,证实了确定钢在高温热变形实验条件下流变应力的方法,提出了Z参数的概念,其物理意义是温度补偿的变形速率因子[5]。
Z定义为Z= expQRT=f( )(1)式中 ∀∀∀应变速率,s-1Q∀∀∀变形激活能,J/molR∀∀∀气体常数,取R=8 314J/molT∀∀∀变形温度,K∀∀∀真应力,MPaf( )的经验公式一般可表达为Z=( )=A n(2)Z=f2( )=B ex p(! )(3)式中 A,B,!∀∀∀常数n∀∀∀应力指数式(2)适用于热变形时应力较小的情况,式(3)适用于热变形时应力较大的情况[6,10]。
根据本文试验结果,选用式(3)。
一般认为,式中的 为稳态流变应力值 s,由于 s的精度受测量精度的影响较大,故一般用峰值应力 p代替稳态流变应力值 s。
所以,式(1)与式(3)联立,可以表示为Z= ex pQRT=B ex p(! p)(4) 将式(4)两边取对数,转换后可得:p=1!ln +Q!R#1T-1!ln B(5)设x1=ln ,x2=1T,y= p,b1=1!,b2=Q!R, a=-1!ln B则式(5)可简化为y=b1x1+b2x2+a(6) 应用最小二乘法原理[9]。