U75V金屬的再結(jié)晶行為研究

譚 軍，康嘉蕓

（華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南 湘潭 411101）

與普通線路相比，金屬軌道不僅要承受機(jī)車壓力，還要承受列車高速運(yùn)轉(zhuǎn)所帶來的沖擊載荷,針對(duì)金屬軌道實(shí)際工作時(shí)的損耗情況，宜采用重型金屬軌道, 且此金屬軌道的材質(zhì)應(yīng)具備“高純凈度、高強(qiáng)度、高韌性、高精度和良好可焊性”[1]。為了獲得細(xì)小晶粒組織，和使金屬擁有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。研究人員對(duì)U75V金屬采用控制軋制工藝。而熱塑性變形過程中或變形之后的金屬組織的再結(jié)晶在控制軋制中起著決定作用。本研究用熱模擬實(shí)驗(yàn)研究U75V金屬的靜、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為，通過分析得出該金屬發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶的溫度，和發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的溫度和變形速率大小。為U75V金屬在今后的實(shí)際生產(chǎn)過程，提供了最合宜的工藝參數(shù)，以獲得最優(yōu)良的性能。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用金屬為真空感應(yīng)爐冶煉，澆鑄成50kg鑄錠，金屬錠尺寸為Φ170mm×350mm。在均熱爐中加熱至1250℃，均熱2小時(shí)后開始軋制。試驗(yàn)金屬的化學(xué)成分及試樣尺寸分別如下表1圖1。

表1 試驗(yàn)金屬化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

圖1 試驗(yàn)所用試樣尺寸

1.2 試驗(yàn)方法

將所選金屬材加工成φ8×12mm的小圓柱體，送入熱模擬機(jī)（thermecmastor-Z）進(jìn)行壓縮變形。熱模擬機(jī)先將試件以10℃/s加熱1250℃，保溫15min，以保證其中的V(C,N)的微合金元素充分固溶。然后以5℃/s的冷速冷卻到設(shè)定的形變溫度，等溫進(jìn)行兩次壓縮變形，每次形變量均為30%,形變速率均為3/s 。兩次形變之間停留不同的弛豫時(shí)間。取1000℃、950℃、920℃、900℃，880℃及850℃六個(gè)溫度進(jìn)行等溫壓縮變形。經(jīng)計(jì)算得到再結(jié)晶分?jǐn)?shù)曲線，通過分析得出該金屬發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶的溫度。通過模擬兩道次熱變形，研究試驗(yàn)金屬的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為，根據(jù)應(yīng)力——應(yīng)變曲線分析該金屬發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的溫度和變形速率大小。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖2,3和4分別表示同一應(yīng)變速率、不同溫度時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。U75V金屬變形速率為1/s時(shí)，在850～1250℃之間變形時(shí)，均能夠發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。當(dāng)變形速率增大到10/s和70/s時(shí)，只有850℃變形時(shí)發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；而在950～1250℃變形時(shí)，僅能夠發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。變形速率一定時(shí)，隨變形溫度升高，最大應(yīng)力降低。

圖2 1 s時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖3 10 s時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖4 70 s時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖5 850℃時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖6 1050℃時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

隨著應(yīng)變速率的增大，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的峰值應(yīng)力、應(yīng)變較大，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶難以發(fā)生。例如圖5，在850℃、70 s的條件下，再結(jié)晶很不明顯；在1～70 s的應(yīng)變速率范圍內(nèi)基本上不發(fā)生再結(jié)晶。如圖6，在1050℃、1 s的條件下，發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象。在高的變形溫度、大變形量和低應(yīng)變速率的條件下，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶易于發(fā)生。

圖7 U75V金屬的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶圖（1250℃保溫2h，軋后空冷）

表2 U75V金屬動(dòng)態(tài)再結(jié)晶實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)圖2應(yīng)力-應(yīng)變曲線上計(jì)算得到表2中的數(shù)據(jù),再據(jù)此做出動(dòng)態(tài)再結(jié)晶圖,如圖7。隨著變形溫度的升高，發(fā)生和完成動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的臨界變形量也逐步減小。1/s，當(dāng)變形溫度為850℃時(shí)的起始和終止真應(yīng)變分別為0.17和0.83;1150℃則分別為（真應(yīng)變?yōu)?.20和0.67）。這種金屬發(fā)生和完成動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的臨界變形量差較大，因此可認(rèn)為這種金屬不易發(fā)生和完成動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。

再結(jié)晶激活能的計(jì)算公式:

根據(jù)圖2、3、4中真應(yīng)力-應(yīng)變曲線，求出各變形條件下的峰值應(yīng)力如表3。做各溫度下的Ln對(duì)σp關(guān)系曲線圖，分別求出各曲線的斜率,則

表3 各變形條件下的峰值應(yīng)力

圖8 各溫度下1/T×10-4與關(guān)系曲線

圖9 U75V金屬的靜態(tài)再結(jié)晶開始-結(jié)束情況曲線

同理1/T×10-4和的關(guān)系曲線，如圖9，求出平均斜率。則動(dòng)態(tài)再結(jié)晶激活能

而后采用 Back-extrapolation方法處理兩道次壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線得到的靜態(tài)再結(jié)晶率-時(shí)間曲線，如圖9。溫度越高，再結(jié)晶將更為迅速的進(jìn)行，且影響十分顯著。隨著等溫形變溫度降低，再結(jié)晶過程較以前有加速的傾向。形成這種現(xiàn)象的主要原因是V（C、N）質(zhì)點(diǎn)析出阻止了再結(jié)晶的進(jìn)行。文獻(xiàn)指出，釩的固溶度積很大，通常釩的碳化物在900℃以下才開始析出，金屬中加了氮以后，釩的氮化物的析出溫度有所提高，大約提高到950℃左右。金屬在1000℃壓制變形時(shí)，沒有釩的碳氮化物析出，再結(jié)晶沒有受到任何阻止，再結(jié)晶過程很快就完成；在950℃壓制變形時(shí)，只有少量的碳氮化物析出，對(duì)再結(jié)晶有一定的阻止作用，因而在靜態(tài)再結(jié)晶曲線上有短暫的平臺(tái)；在900℃壓制變形時(shí)，有較多量的碳氮化物析出，對(duì)再結(jié)晶有較大的阻止作用，因而在靜態(tài)再結(jié)晶曲線上有較長的平臺(tái)；當(dāng)?shù)葴貕褐菩巫儨囟壤^續(xù)降低至880℃和850℃時(shí)，碳氮化物就大量析出，試樣金屬幾乎不發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶。所以，試驗(yàn)金屬的靜態(tài)再結(jié)晶曲線的結(jié)果是符合基本理論的[3]。

3 結(jié)論

（1）U75V金屬變形速率為1/s時(shí)，在850～1250℃之間變形時(shí)，均能夠發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，

而）變形速率增大到10/s和70/s時(shí)，只有在850℃變形時(shí)發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，而在950～1250℃變形時(shí)，僅能夠發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。

（2）變形速率一定時(shí)，隨變形溫度升高，最大應(yīng)力降低，該金屬的熱變形激活能Q為370.3324KJ/mol。

（3）靜態(tài)再結(jié)晶曲線表明：該金屬再結(jié)晶溫度在1000℃以上，950℃以下由于碳氮化釩的析出，推遲了再結(jié)晶。