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加工奥氏体的再结晶
添加时间: 2016-9-9 12:22:12 来源:不锈钢 作者:不锈钢 点击数:791
关子控制轧制·控制冷却的基础研究
对于与控制轧制、控制冷却(TMCP)以及与直接淬火“技术’,有直接关系的主要机理等,从第4章到第7章已经论述过了。这些几乎都是随需求应运而生的钢铁公司内部所作的研究。从70年代开始,有关这些机理,出现了很多视野更广的学院研究。以下试就与技术相关的、较深的、在大学和企业中所作的几个基础研究稍作论述。

       加工奥氏体的再结晶


由于奥氏体热变形和由此带来的再结晶变化是控制轧制·控制冷却的基本机理,有关这方面的研究很多,但要在此涉及所有的研究是不可能的,因此具体的请参阅专门的介绍和技术资料等。有关这些课题,在70年代后半期,日本国内普遍对此关注,钢铁基础共同研究会设置“高温变形部门(1977—1982年),开展了积极的产业界和官方、大学的共同研究,该活动由日本钢铁协会的热轧工艺冶金研究部门承办,有关这些活动发表了5份报告。并且于1981年在匹兹堡召开了国际“微合金化奥氏体的热机械处理”的演讲会,会上发表了众多有意义的研究成果。

        热变形、再结晶的研究手段

对热变形后的奥氏体再结晶的研究,大多数是通过轧制后急冷各状态的奥氏体冻结组织,用添加了表面活性剂的腐蚀液显现前奥氏体晶界进行观察的“直接法”来展开的。但是该方法不适用于淬火性低的钢,并且不能正确捕捉动态再结晶或迅速进行的静态再结晶现象。为此,引入了从中断热变形中的σ-ε曲线或变形的2级变形中的软化度,间接地推动动态再结晶或静态恢复过程(回复、再结晶)的研究手段。
Rossard等开发了可在广范围的应变速度和应变量中,测定热扭变形应力的热扭转试验机,进行了动态恢复过程下的变形应力的研究,后来还将该方法应用在了再结晶的模拟研究中。扭转试验的特点是可稳定试验至大的应变为止,但如果是实心试样,由于试样断面的应变不均匀,因此在处理时要注意。另一方面开发了通过直接通电加热试样,进行程序式的拉伸试验的试验机,引进了通过降低2段变形时的应力研究恢复过程的方法,这是在给予第1级变形卸载,过一段时间后给予第2级变形,评价软化度Xs的方法。

式中,σ1、σm分别是第1级加工时的屈服应力和变形中断时应变为ε时的变形应力,σ是第2级加工时的屈服应力。根据Xs的时间变化,可知道加工后的静态回复过程(回复、再结晶)的变化情况。Diaic等进而通过可精密控制的压缩试验装置研究变形后短时间进行的回复过程。大内等开发了可以从4x10-4/s到10/s的应变速度进行程序化的压缩变形,且变形后在0.01s以内可急冷试样的装置,利用该装置可进行精密的试验,以后将逐渐采用这样的装置。

         动态再结晶及其后的静态再结晶

对动态再结晶本身以及后来迅速发展的静态恢复过程的研究,采用借助轧制的直接手段是很困难的,只有在采用上述的变形应力或2级变形的手段后才变为可能。有关这方面的研究,从70年代初就开始了,有关动态再结晶的现象变得明朗。但是,对应于大多数的研究是在10/s以上的轧制应变速度,而是以10-410-1/s左右的低应变速度进行的,这对理解现象的本质是有用的,但要注意它对轧制时的现象并不适用。

Diaic等为了弄清热轧道次间的再结晶变化,采用2级变形法的软化度进行了研究。他们以10-3—10-1的低应变速度使0.14-0.68C的钢变形。作为变形后的软化过程,有被称作:(1)静态回复;(2)静态(古典的)再结晶;(3)无核生成潜伏期的亚动态(或后动态)的再结晶,因加工应变量不同,软化过程也不同(图8-1,汪:根据Djaic等的结果,笔者作了调整)。如果是在再结晶的临界应变量以下,则只进行回复,进而如果是在对应最大应力的应变(εp)以下,则进行回复、静态再结晶;如果超过εp则进行回复·亚动态再结晶、静态再结晶;如果变形至发展动态再结晶的正常应力状态,则进行回复、亚动态再结晶。由于亚动态再结晶在动态再结晶中已经生成了再结晶核,因此没有必要生成新的晶核。对于这一说法,也有看法认为所谓的亚动态过程是动态再结晶的晶粒在变形中断后再继续静态再结晶,没有必要进行特殊的再结晶。

有关动态再结晶,有作井等作了研究,他们对0.16C-0.5Mn钢,拉伸应变速度为10-7-1/s(包括部分18/s在内)时的动态恢复过程,在得到很多变形条件下的σ-ε曲线的同时,将共与变形中的组织作了对比。他们提示出如果是进行动态再结晶的高应变区,再结晶粒径(d)由初始最大应力σp(依赖于T,ε)来决定。

式中,K、N是常数,N=0.7。另外,他们还揭示出σ-ε曲线随初期粒径do和动态再结晶粒径d之间的大小关系而显示有特点的变化。即再结晶颗粒细化时(do)变为单一峰值的曲线;在颗粒粗大时(d>do)显示出周期性的应力振动。在该研究发展的基础上,酒井等几位对σ-ε曲线的形状认为,假设d为稳定的动态再结晶粒径,则do/ds=2是决定究竟为单一峰值还是振动型的临界值。关于此类σ-ε曲线的特点,可作如下说明,结晶粒粗大时再结晶核少,由于再结晶的发展在各处是不均匀的,因此总体上来说是变成单一峰值,而结晶粒细小时,会产生大量结晶核,由于再结晶及其后的加工硬化总体上是同步发展的,因此软化、加工硬化成为反复振动型。

牧先生等几位对从低碳钢到高合金钢的广范围的材料在10-3-10-1/s的应变速度时的拉伸变形的动态再结晶进行了研究。动态再结晶粒径(d)按Zener-Hollomon的参数(z)有以下关系,初期粒径和正常应力状态下的应变量不产生影响。

式中,B、p是常数,每种材料取不同的值,P为0.3—0.4左右。因此,在动态再结晶状态下,越是高应变速度和低温变形,越是变成细晶粒。他们对合金元素的影响也作了调查,即使是在动态再结晶时,铌也会抑制再结晶,尤其是低温侧的再结晶。并且,大量添加Cr、Mn、Ni也有抑制效果。

大内等M)通过900-1200℃的温度范围,应变速度为10-4—10/s的压缩试验,研究了添加Nb的HSLA钢的动态再结晶。动态再结晶源于εp×0.8的应变,始于晶界的局部“鼓凸”,动态再结晶状态的晶界显示出不规则的形状(图8-2)。Nb在σ-ε曲线上,是提高σ和εp(图2-11)。高应变速度范围的σ的提高(抑制再结晶)与其说是Nb(CN)的动态析出,还不如说是固溶Nb带来的。在1000℃以上,在应变速度为10-1/s、应变量为0.7的条件下,虽进行完全的动态再结晶,但在对应实际轧制的应变速度(10/s)和应变量下,则不进行动态再结晶,事实上不把动态再结晶视为问题也行。如果使初期粒径变细,则加工硬化区的σ会上升,但这并不影响动态结晶粒径,该粒径完全由正常变形应力决定。在对初期粒径细化时,在。σ-ε曲线的正常变形部分,可看到σ的周期性波动。对此,可按与酒井等相同的理由解释为,因细粒组织的核发生频率高,容易进行再结晶。大内等进一步对与动态再结晶奥氏体呈对比性的回复的铁素体也作了研究。他们对铁素体系的Fe-1.8Al合金铁素体,在800—l100℃的温度下,进行了与上面相同的压缩试验,该材料在稳定应力状态下显示出典型的动态回复型σ-ε曲线,观察到的组织是明显的亚晶粒。亚晶粒的大小由Z或正常变形应力决定,初期粒径不产生影响。在变形到正常状态后保持稳定时的静态恢复过程中,首先在静态回复阶段发展亚晶粒的粗大化,该过程在初期晶界的3个重点生成静态再结晶粒。新结晶粒的生成机理产生于亚晶粒的聚合体。有关铁素体的理论有利于理解在2相区的轧制现象。
 
 

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