變形量和變形溫度對Cr5冷軋輥再結晶現(xiàn)象的影響

楊秀霞 李 俊 孫格平 朱學剛 袁乃博

(1.中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司，河北054025；2.軋輥復合材料國家重點實驗室，河北054025)

隨著現(xiàn)代化軋機的高速發(fā)展，對冷軋輥性能的要求越來越嚴苛，要求高耐磨性、良好的輥型保持能力、抗輥印能力等。對于鍛造軋輥來說，為提高其綜合性能，晶粒細化是一種有效手段。因為金屬材料在熱加工過程中和熱加工后會產(chǎn)生一定程度的加工硬化，但同時金屬材料自身會在變形過程中產(chǎn)生一定的軟化機制，包括動態(tài)回復和動態(tài)再結晶、亞動態(tài)再結晶、靜態(tài)回復和靜態(tài)再結晶。發(fā)生回復的金屬軟化程度有限，發(fā)生再結晶的金屬通過內部的高位錯密度誘發(fā)再結晶晶粒形核，大量位錯的消失帶來較高程度的軟化，同時內部晶粒得到充分細化。因此鍛造過程中有效利用再結晶機制，可以獲得良好的晶粒結構，提高軋輥的綜合使用性能。

1 試驗材料及方法

本試驗所用的鋼為Cr5鍛鋼冷軋輥材質，熱模擬試驗在Gleeble3500試驗機上進行，試樣規(guī)格為?10 mm×15 mm。試驗參數(shù)設計如表1所示。試驗過程如圖1所示。變形結束后水冷，經(jīng)4%硝酸酒精溶液腐蝕后采用研究級Zeiss金相顯微鏡觀察其晶粒度。

表1 試驗參數(shù)設計Table 1 Test parameters design

圖1 試驗工藝過程Figure 1 Test process

2 試驗結果及分析

圖2所示為在應變速率為1 s-1的不同溫度、不同應變量下進行變形的真實應力應變曲線?？梢钥闯?，此材質的高溫強度隨著溫度的升高而降低，800℃、應變量40%條件下的抗壓強度為320 MPa，而1000℃、應變量40%條件下的抗壓強度為115 MPa，強度降低了64%。而同一溫度下，應變量對材料抗壓強度的影響并不大，如1000℃、應變量40%的強度為115 MPa，1000℃、應變量60%的強度為119 MPa，差距并不顯著。

圖2 應變速率為1 s-1的不同溫度、不同應變量的真實應力應變曲線Figure 2 True strain-stress curve of different temperature and strain amount when strain rate is 1 s-1

對于再結晶過程來說，一般可以從真實應力應變曲線上是否出現(xiàn)“臺階”來判斷是否發(fā)生了再結晶現(xiàn)象，因為應力應變曲線上顯示的是形變產(chǎn)生的“硬化”和再結晶產(chǎn)生的“軟化”的結合，未發(fā)生再結晶、只存在形變產(chǎn)生的“硬化”作用，則應力應變曲線是一條呈上升趨勢的曲線。若發(fā)生動態(tài)再結晶，并且進行到一定程度時其產(chǎn)生的“軟化”會超過形變的“硬化”作用，在應力應變曲線上會出現(xiàn)一個下降的臺階，通常應力應變曲線上的“臺階”現(xiàn)象被認為是動態(tài)再結晶的明顯特征。

圖3所示為Cr5鍛鋼工作輥經(jīng)不同溫度、不同應變量變形后的金相照片。從圖3來看，除圖3(f)外，均不具有動態(tài)再結晶的顯著特征，說明圖3(a)～圖3(e)明顯未發(fā)生動態(tài)再結晶或未完全動態(tài)再結晶，需金相進一步確認。

可以看出，應變量為40%時，800℃、900℃均沒有生成細小的再結晶晶粒，說明沒有再結晶發(fā)生，1000℃下在原奧氏體晶界處產(chǎn)生了細小的再結晶晶粒，說明隨著溫度升高，再結晶程度增加。應變量為60%時，800℃、900℃下并沒有發(fā)生再結晶現(xiàn)象，但出現(xiàn)了大量的孿晶線，為再結晶形核奠定了有利的基礎，1000℃形成了大量的細小再結晶晶粒，數(shù)量遠遠超過變形量為40%的情況，說明隨著變形量的增加，再結晶程度增大。

3 結論

(1)應變速率為1 s-1時，變形溫度1000℃、應變量為40%和60%的變形條件下發(fā)生了動態(tài)再結晶，形成了細小的再結晶晶粒，變形溫度為800℃和900℃時并沒有產(chǎn)生動態(tài)再結晶過程。

(2)應變量相同時，隨著變形溫度的升高，發(fā)生動態(tài)再結晶的程度增加，細小的再結晶晶粒數(shù)量增加。

(3)同樣的變形溫度下，60%的應變量比40%的應變量發(fā)生動態(tài)再結晶的趨勢增大，再結晶晶粒顯著增多。