高强钢300M静态再结晶动力学研究

工程科学学报，第38卷，第1期：5463,2016年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.1:54-63,January 2016 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2016.01.008;http://journals..ustb.edu.cn 高强钢300M静态再结晶动力学研究 赵立华)四，孙燕》，张艳姝 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)机械科学研究总院先进制造技术研究中心，北京100083 ☒通信作者，E-mail:sunyanzi205@163.com 摘要为研究高强钢300M静态再结晶行为，采用Gleeble--3800型热模拟试验机对300M钢进行单/双道次热压缩试验 通过双道次热压缩试验分析了变形温度、应变速率、变形量和初始晶粒尺寸对静态再结晶体积分数的影响.变形温度越 高，应变速率越大，变形量越大，初始品粒尺寸越小，则静态再结晶体积分数越大.其中变形温度、变形量和应变速率对静 态再结晶体积分数影响较大，初始晶粒尺寸的影响相比较小.基于双道次热压缩试验结果建立了300M钢的静态再结晶 体积分数模型，基于单道次热压缩试验结果建立了300M钢完全静态再结晶晶粒尺寸模型，并验证了静态再结晶体积分数 模型的正确性。 关键词高强钢：静态再结晶：热压缩：动力学模型 分类号TG142.41 Static recrystallization behavior of the high strength steel 300 M ZHAO Li-hua,SUN Yan?,ZHANG Yan-shu 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Scienceand Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Advanced Manufacture Technology Center,China Academy of Machinery Seienceand Technology,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:sunyanzi205@163.com ABSTRACT To research the static recrystallization behavior of high strength steel 300M,single/double-pass hot compression tests of 300M steel were carried out using Gleeble-3800 thermal simulation experiment equipment.The effects of deformation temperature, strain rate,height reduction and initial grain size on the volume fraction of static recrystallization were analyzed by double-pass hot compression tests.It is found that the volume fraction of static recrystallization rapidly increases with increasing deformation tempera- ture,strain rate or height reduction,while it decreases with increasing initial grain size.Initial grain size has less effect than the others.A static recrystallization volume fraction model and a completely static recrystallization grain size model of 300 M steel were established based on the results of double-pass and single-pass hot compression tests,respectively,and the static recrystallization volume fraction model was verified to be correct by single-pass hot compression tests. KEY WORDS high strength steel;static recrystallization:hot compression:kinetic models 在热变形过程中，发生动态再结晶的部分组织在 的微观组织性能 随后的间隙时间里将发生亚动态回复和亚动态再结 300M钢是一种典型的低合金超高强度钢，广泛 晶，没有发生动态再结晶的部分组织在间隙时间里发 应用于制造各种重要承力构件，如飞机起落架.目前 生静态回复、静态再结晶及晶粒长大.这些现象的 关于300M钢的研究主要集中在热变形行为、微观组 发生对热变形后的组织有很大的影响，特别是在热轧 织演变规律、晶粒长大等方面，关于静态再结晶方 和自由锻过程中，需要合理控制工艺参数以得到最终 面的研究很少，该过程的研究主要集中在某些钢方 收稿日期：201408-10 基金项目：高档数控机床与基础制造装备科技重大专项课题(2012X04012011)

工程科学学报，第 38 卷，第 1 期: 54--63，2016 年 1 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 1: 54--63，January 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 01． 008; http: / /journals． ustb． edu． cn 高强钢 300 M 静态再结晶动力学研究 赵立华1) ，孙 燕2) ，张艳姝2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 机械科学研究总院先进制造技术研究中心，北京 100083  通信作者，E-mail: sunyanzi205@ 163． com 摘 要 为研究高强钢 300 M 静态再结晶行为，采用 Gleeble--3800 型热模拟试验机对 300M 钢进行单/双道次热压缩试验． 通过双道次热压缩试验分析了变形温度、应变速率、变形量和初始晶粒尺寸对静态再结晶体积分数的影响． 变形温度越 高，应变速率越大，变形量越大，初始晶粒尺寸越小，则静态再结晶体积分数越大． 其中变形温度、变形量和应变速率对静 态再结晶体积分数影响较大，初始晶粒尺寸的影响相比较小． 基于双道次热压缩试验结果建立了 300 M 钢的静态再结晶 体积分数模型，基于单道次热压缩试验结果建立了 300 M 钢完全静态再结晶晶粒尺寸模型，并验证了静态再结晶体积分数 模型的正确性． 关键词 高强钢; 静态再结晶; 热压缩; 动力学模型 分类号 TG142. 41 Static recrystallization behavior of the high strength steel 300 M ZHAO Li-hua1)  ，SUN Yan2) ，ZHANG Yan-shu2) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Scienceand Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Advanced Manufacture Technology Center，China Academy of Machinery Scienceand Technology，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: sunyanzi205@ 163． com ABSTＲACT To research the static recrystallization behavior of high strength steel 300M，single / double-pass hot compression tests of 300M steel were carried out using Gleeble--3800 thermal simulation experiment equipment． The effects of deformation temperature， strain rate，height reduction and initial grain size on the volume fraction of static recrystallization were analyzed by double-pass hot compression tests． It is found that the volume fraction of static recrystallization rapidly increases with increasing deformation tempera￾ture，strain rate or height reduction，while it decreases with increasing initial grain size． Initial grain size has less effect than the others． A static recrystallization volume fraction model and a completely static recrystallization grain size model of 300 M steel were established based on the results of double-pass and single-pass hot compression tests，respectively，and the static recrystallization volume fraction model was verified to be correct by single-pass hot compression tests． KEY WOＲDS high strength steel; static recrystallization; hot compression; kinetic models 收稿日期: 2014--08--10 基金项目: 高档数控机床与基础制造装备科技重大专项课题( 2012ZX04012011) 在热变形过程中，发生动态再结晶的部分组织在 随后的间隙时间里将发生亚动态回复和亚动态再结 晶，没有发生动态再结晶的部分组织在间隙时间里发 生静态回复、静态再结晶及晶粒长大［1--2］． 这些现象的 发生对热变形后的组织有很大的影响，特别是在热轧 和自由锻过程中，需要合理控制工艺参数以得到最终 的微观组织性能． 300 M 钢是一种典型的低合金超高强度钢，广泛 应用于制造各种重要承力构件，如飞机起落架． 目前 关于 300 M 钢的研究主要集中在热变形行为、微观组 织演变规律、晶粒长大等方面［3--5］，关于静态再结晶方 面的研究很少，该过程的研究主要集中在某些钢方

赵立华等：高强钢300M静态再结晶动力学研究 ·55 面6-a.例如：Elwazri等@通过双道次热压缩试验研 文通过单、双道次热压缩试验和金相观察，建立了 究过共析钢的亚动态和静态再结晶行为，建立了过共 300M钢静态再结晶动力学模型，旨在为实际生产工艺 析钢亚动态和静态再结晶动力学方程式，并计算得到 的制定和材料性能的控制提供一定的理论依据. 过共析钢亚动态再结晶激活能136kJ·mol和静态再 结晶激活能270kmol1:蔺永诚等网研究了42CrMo 1 试验材料和试验方法 钢形变奥氏体的静态再结晶行为，重点分析了变形参 1.1试验材料 数对静态再结晶行为的影响，并建立了42CMo钢的 试验所用材料为中国第二重型机械集团公司提供 静态再结晶动力学方程：张进学等回分析了变形参数 的锻坯高强钢300M,其化学成分如表1所示.图1为 对核电用304不锈钢静态再结晶晶粒尺寸的影响，建 高强钢300M原始金相图.从图中可以看出，原始晶 立了核电用304不锈钢静态再结晶晶粒尺寸模型.本 粒呈等轴状，平均晶粒尺寸约为50μm 表1高强钢300M化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of high strength steel 300 M Mn Si Ni Mo V Fe 0.4-0.46 0.65-0.9 1.451.8 0.7-0.95 1.65-2.00.3-0.45 ≥0.05≤0.035≤0.04余量 率1s,保温时间分别为1、5和30s,双道次变形量分 别为7%+13%、13%+13%和18%+13%. 单道次热压缩试验：将试样以20℃·s的速度加 热到初始温度并保温5min,然后以10℃·s的速度降 到变形温度，保温3min后进行热压缩试验，变形结束 在该变形温度下保温若干秒后立即水冷.单道次热压 缩试验分两部分进行： (1)初始温度分别为1050、1100和1150℃，变形 温度1000℃，应变速率1s,保温时间5、20和60s,变 形量13%. 图1高强钢300M原始金相图 (2)初始温度1150℃，变形温度1000℃，应变速 Fig.I Original microstructure of high strength steel 300 M 率1s1,保温时间分别为5、20和60s,变形量7%、 1.2试验方法 13%和18%. 将高强钢300M加工成d8mm×12mm圆柱体试 将双道次热压缩试验中加热到不同初始温度并保 样，在Gleeble-3800热模拟试验机上进行热压缩试验. 温5min后立即水冷的未变形试样和单道次热压缩变 热压缩试验分为双道次热压缩试验和单道次热压缩 形试样沿轴向切开，通过打磨、抛光后进行化学腐蚀， 试验. 腐蚀液为饱和苦味酸和洗涤剂，体积比为4：1，腐蚀温 双道次热压缩试验：将试样以20℃·s的速度加 度65℃ 热到初始温度并保温5min,将一部分试样立即水冷， 2试验结果与分析 另一部分试样以10℃·s的速度降到变形温度，保温 3min后进行热压缩试验.第1道次变形结束后卸载并 2.1双道次热压缩真应力-真应变曲线 在该变形温度下进行道次间隔保温，保温若干秒后重 图2为300M钢在变形温度分别为1000、1100和 新加载进行第2道次热压缩，第2道次变形结束后立 1150℃，应变速率分别为0.1、1和10s,双道次变形 即水冷.双道次热压缩试验分三部分进行： 量都为13%，道次间隔保温时间分别为1、5和30s的 (1)初始温度1150℃，变形温度分别为1000、 双道次热压缩真应力一真应变曲线.从图中可以看出： 1050和1150℃，应变速率分别为0.1、1和10s,保温 在同一个变形温度和应变速率条件下，随着保温时间 时间分别为1、5和30s,双道次变形量13%+13%. 的延长，第2道次屈服应力呈降低趋势，加工硬化逐渐 (2)初始温度分别为1050、1100和1150℃，变形 明显.主要原因是：随着间隔保温时间的延长，静态再 温度1000℃，应变速率分别为0.1s和1s,保温时 结晶体积分数增多，同时位错密度不断减小，要达到发 间分别为1、5和30s,双道次变形量13%+13%. 生动态再结晶的临界应变，必须建立更多的位错密度， (3)初始温度1150℃，变形温度1000℃，应变速 所以随着保温时间延长加工硬化现象趣明显.当应变

赵立华等: 高强钢 300 M 静态再结晶动力学研究 面［6--16］． 例如: Elwazri 等［10］通过双道次热压缩试验研 究过共析钢的亚动态和静态再结晶行为，建立了过共 析钢亚动态和静态再结晶动力学方程式，并计算得到 过共析钢亚动态再结晶激活能 136 kJ·mol － 1和静态再 结晶激活能 270 kJ·mol － 1 ; 蔺永诚等［12］研究了 42CrMo 钢形变奥氏体的静态再结晶行为，重点分析了变形参 数对静态再结晶行为的影响，并建立了 42CrMo 钢的 静态再结晶动力学方程; 张进学等［9］分析了变形参数 对核电用 304 不锈钢静态再结晶晶粒尺寸的影响，建 立了核电用 304 不锈钢静态再结晶晶粒尺寸模型． 本 文通过 单、双 道 次 热 压 缩 试 验 和 金 相 观 察，建 立 了 300 M钢静态再结晶动力学模型，旨在为实际生产工艺 的制定和材料性能的控制提供一定的理论依据． 1 试验材料和试验方法 1. 1 试验材料 试验所用材料为中国第二重型机械集团公司提供 的锻坯高强钢 300 M，其化学成分如表 1 所示． 图 1 为 高强钢 300 M 原始金相图． 从图中可以看出，原始晶 粒呈等轴状，平均晶粒尺寸约为 50 μm． 表 1 高强钢 300 M 化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of high strength steel 300 M % C Mn Si Cr Ni Mo V P S Fe 0. 4 ～ 0. 46 0. 65 ～ 0. 9 1. 45 ～ 1. 8 0. 7 ～ 0. 95 1. 65 ～ 2. 0 0. 3 ～ 0. 45 ≥0. 05 ≤0. 035 ≤0. 04 余量 图 1 高强钢 300 M 原始金相图 Fig． 1 Original microstructure of high strength steel 300 M 1. 2 试验方法 将高强钢 300 M 加工成 8 mm × 12 mm 圆柱体试 样，在 Gleeble--3800 热模拟试验机上进行热压缩试验． 热压缩试验分为双道次热压缩试验和单道次热压缩 试验． 双道次热压缩试验: 将试样以 20 ℃·s － 1的速度加 热到初始温度并保温 5 min，将一部分试样立即水冷， 另一部分试样以 10 ℃·s － 1的速度降到变形温度，保温 3 min 后进行热压缩试验． 第1 道次变形结束后卸载并 在该变形温度下进行道次间隔保温，保温若干秒后重 新加载进行第 2 道次热压缩，第 2 道次变形结束后立 即水冷． 双道次热压缩试验分三部分进行: ( 1) 初 始 温 度 1150 ℃，变形温度分别为 1000、 1050 和 1150 ℃，应变速率分别为 0. 1、1 和 10 s － 1，保温 时间分别为 1、5 和 30 s，双道次变形量 13% + 13% ． ( 2) 初始温度分别为 1050、1100 和 1150 ℃，变形 温度 1000 ℃，应变速率分别为 0. 1 s － 1和 1 s － 1，保温时 间分别为 1、5 和 30 s，双道次变形量 13% + 13% ． ( 3) 初始温度 1150 ℃，变形温度 1000 ℃，应变速 率 1 s － 1，保温时间分别为 1、5 和 30 s，双道次变形量分 别为 7% + 13% 、13% + 13% 和 18% + 13% ． 单道次热压缩试验: 将试样以 20 ℃·s － 1的速度加 热到初始温度并保温 5 min，然后以 10 ℃·s － 1的速度降 到变形温度，保温 3 min 后进行热压缩试验，变形结束 在该变形温度下保温若干秒后立即水冷． 单道次热压 缩试验分两部分进行: ( 1) 初始温度分别为 1050、1100 和 1150 ℃，变形 温度 1000 ℃，应变速率 1 s － 1，保温时间 5、20 和 60 s，变 形量 13% ． ( 2) 初始温度 1150 ℃，变形温度 1000 ℃，应变速 率 1 s － 1，保温时间分别为 5、20 和 60 s，变形量 7% 、 13% 和 18% ． 将双道次热压缩试验中加热到不同初始温度并保 温 5 min 后立即水冷的未变形试样和单道次热压缩变 形试样沿轴向切开，通过打磨、抛光后进行化学腐蚀， 腐蚀液为饱和苦味酸和洗涤剂，体积比为 4∶ 1，腐蚀温 度 65 ℃ ． 2 试验结果与分析 2. 1 双道次热压缩真应力--真应变曲线 图 2 为 300 M 钢在变形温度分别为 1000、1100 和 1150 ℃，应变速率分别为 0. 1、1 和 10 s － 1，双道次变形 量都为 13% ，道次间隔保温时间分别为 1、5 和 30 s 的 双道次热压缩真应力--真应变曲线． 从图中可以看出: 在同一个变形温度和应变速率条件下，随着保温时间 的延长，第 2 道次屈服应力呈降低趋势，加工硬化逐渐 明显． 主要原因是: 随着间隔保温时间的延长，静态再 结晶体积分数增多，同时位错密度不断减小，要达到发 生动态再结晶的临界应变，必须建立更多的位错密度， 所以随着保温时间延长加工硬化现象越明显． 当应变 · 55 ·

56· 工程科学学报，第38卷，第1期 a 180 (b) 50 (c) 120 150 200 100 20 150 90 100 30 30 =30 00.050.100.150.200.250.30 00.050.100.150.200.250.30 0005.0.100.150.200.25 真应变 真应变 真应变 100 120 10 (e) f) 100 120 80 60 -308 20 -30s -305 00.050.100.150.200.250.30 00.050.100.150.200.250.30 00.050.100.150.200.25.0.30 真变 真应变 真应变 140 80( 100) 120 80 100 60 60 80 60 0 30号 20 30 30 060050.100.150200250.30 0.050.100.150.200.250.30 060.050.100.150.200250.30 真应变 其应变 真应变 图2不同变形温度和应变速率的双道次热压缩真应力-真应变曲线.(a)1000℃，0.1s1:(b)1000℃，1s1:(c)1000℃，10s1: (d)1100℃，0.1s-1:(e)1100℃，1s:(01100℃，10s-l:(g)1150℃，0.1s1:(h)1150℃，1s1:()1150℃，10s1 Fig.2 True stress-true strain curves of double-pass hot compression at different deformation temperatures and strain rates:(a)1000 C.0.Is1: (b)1000℃，1s:(c)1000℃，10s:(d)1100℃，0.1s:(e)1100℃，1s1:(01100℃，10s1:(g1150℃，0.1s:(h)1150 ℃，1s:(i)1150℃，10s1 速率为0.1s,道次间隔保温时间为1s1,第2道应 逐渐增大 力应变曲线几乎没有加工硬化现象，直接达到稳定状 图4为300M钢不同初始晶粒尺寸在变形温度 态.说明在道次间隔保温时间内发生的静态再结晶没 1000℃，应变速率为0.1s,保温间隔时间分别为1、5 有使位错密度降到发生动态再结晶临界应变以下，发 和30s,两道次变形量都为13%的双道次热压缩真应 生的动态再结晶软化与加工硬化相互抵消，应力应变 力一真应变曲线.从图中可以看出：当初始晶粒尺寸相 曲线处于稳定阶段. 同时，第2道次的屈服应力随保温时间的增加而减小， 图3为300M钢在变形温度为1000℃，应变速率 为1s1,第1道次变形量分别为7%、13%和18%，第2 加工硬化现象明显.这主要是因为随着间隔保温时间 道次变形量均为13%，间隔保温时间分别为1、5和 的增加，发生静态再结晶的时间增加，静态再结晶体积 30s的双道次热压缩真应力一真应变曲线.从图中可以 分数增大，同时位错密度不断减小，要达到发生动态再 看出：当第1道次变形量分别为13%和18%时，随着 结晶的临界应变，必须建立更多的位错密度，所以随着 保温时间的延长，第2道次真应力一真应变曲线屈服应 保温时间延长，第2道次的屈服应力逐渐减小，加工硬 力逐渐减小，加工硬化现象明显.主要原因是随着间 化现象逐渐明显 隔保温时间的延长，静态再结晶体积分数增大，同时位 2.2变形参数对静态再结晶的影响 错密度不断减小，要达到发生动态再结晶的临界应变， 2.2.1静态再结晶体积分数的确定 必须建立更多的位错密度，所以随着保温时间延长，第 在不同变形温度、应变速率、变形量和初始晶粒尺 2道次的屈服应力逐渐变小，加工硬化现象更明显.当 寸的条件下，得到300M钢双道次热压缩真应力一真应 第1道次变形量为7%时，由于变形量小，加工硬化占 变曲线，根据0.2%的屈服强度确定静态再结晶体积 主导地位，随着保温时间的增大，第2道次的屈服应力 分数X:

工程科学学报，第 38 卷，第 1 期 图 2 不同变形温度和应变速率的双道次热压缩真应力--真应变曲线． ( a) 1000 ℃，0. 1 s － 1 ; ( b) 1000 ℃，1 s － 1 ; ( c) 1000 ℃，10 s － 1 ; ( d) 1100 ℃，0. 1 s － 1 ; ( e) 1100 ℃，1 s － 1 ; ( f) 1100 ℃，10 s － 1 ; ( g) 1150 ℃，0. 1 s － 1 ; ( h) 1150 ℃，1 s － 1 ; ( i) 1150 ℃，10 s － 1 Fig． 2 True stress--true strain curves of double-pass hot compression at different deformation temperatures and strain rates: ( a) 1000 ℃，0. 1 s － 1 ; ( b) 1000 ℃，1 s － 1 ; ( c) 1000 ℃，10 s － 1 ; ( d) 1100 ℃，0. 1 s － 1 ; ( e) 1100 ℃，1 s － 1 ; ( f) 1100 ℃，10 s － 1 ; ( g) 1150 ℃，0. 1 s － 1 ; ( h) 1150 ℃，1 s － 1 ; ( i) 1150 ℃，10 s － 1 速率为 0. 1 s － 1，道次间隔保温时间为 1 s － 1，第 2 道应 力应变曲线几乎没有加工硬化现象，直接达到稳定状 态． 说明在道次间隔保温时间内发生的静态再结晶没 有使位错密度降到发生动态再结晶临界应变以下，发 生的动态再结晶软化与加工硬化相互抵消，应力应变 曲线处于稳定阶段． 图 3 为 300 M 钢在变形温度为 1000 ℃，应变速率 为 1 s － 1，第1 道次变形量分别为7% 、13% 和18% ，第2 道次变形量均为 13% ，间隔保温时间分别为 1、5 和 30 s的双道次热压缩真应力--真应变曲线． 从图中可以 看出: 当第 1 道次变形量分别为 13% 和 18% 时，随着 保温时间的延长，第2 道次真应力--真应变曲线屈服应 力逐渐减小，加工硬化现象明显． 主要原因是随着间 隔保温时间的延长，静态再结晶体积分数增大，同时位 错密度不断减小，要达到发生动态再结晶的临界应变， 必须建立更多的位错密度，所以随着保温时间延长，第 2 道次的屈服应力逐渐变小，加工硬化现象更明显． 当 第 1 道次变形量为 7% 时，由于变形量小，加工硬化占 主导地位，随着保温时间的增大，第 2 道次的屈服应力 逐渐增大． 图 4 为 300 M 钢不同初始晶粒尺寸在变形温度 1000 ℃，应变速率为 0. 1 s － 1，保温间隔时间分别为 1、5 和 30 s，两道次变形量都为 13% 的双道次热压缩真应 力--真应变曲线． 从图中可以看出: 当初始晶粒尺寸相 同时，第 2 道次的屈服应力随保温时间的增加而减小， 加工硬化现象明显． 这主要是因为随着间隔保温时间 的增加，发生静态再结晶的时间增加，静态再结晶体积 分数增大，同时位错密度不断减小，要达到发生动态再 结晶的临界应变，必须建立更多的位错密度，所以随着 保温时间延长，第 2 道次的屈服应力逐渐减小，加工硬 化现象逐渐明显． 2. 2 变形参数对静态再结晶的影响 2. 2. 1 静态再结晶体积分数的确定 在不同变形温度、应变速率、变形量和初始晶粒尺 寸的条件下，得到 300 M 钢双道次热压缩真应力--真应 变曲线，根据 0. 2% 的屈服强度确定静态再结晶体积 分数 X: · 65 ·

赵立华等：高强钢300M静态再结晶动力学研究 ·57· 160 160 (b) 140 120 43000 60 40 5 30s 20 =3 0.05 0.10 0.15 0.20 0.050.100.150200250.30 直应少 直应变 I60 (c) 40 120 00 80 60 30 0.050.100.150200.250.300.35 真应变 图3不同变形量的双道次热压缩真应力-真应变曲线.(a)1000℃，1s1,7%:(b)1000℃，1s1,13%:(c)1000℃，1s1,18% Fig.3 True stress-true strain curves of doublepass hot compression under different deformations:(a)1000C,1s,7%:(b)1000C,1s-, 13%；(c)1000℃，1s1,18% 120 120 100 60 15 305 30 20 20 0.050.100.150.200.250.30 0.050.100.150.200250.30 直应变 直应变 120 100 80 0 40 —58 —305 0.050.100.150200.250.30 真应变 图4不同初始晶粒尺寸的双道次热压缩真应力-真应变曲线.(a)1050℃，1000℃，0.1s1:(b)1100℃，1000℃，0.1s1:(c)1150 ℃，1000℃，0.1s1 Fig.5 True stress-true strain curves of double-pass hot compression at different initial grain sizes:(a)l050℃，l000℃，0.s-l(b)l100℃， 1000℃，0.1s-l:(c)1150℃，1000℃，0.1sl

赵立华等: 高强钢 300 M 静态再结晶动力学研究 图 3 不同变形量的双道次热压缩真应力--真应变曲线． ( a) 1000 ℃，1 s － 1，7% ; ( b) 1000 ℃，1 s － 1，13% ; ( c) 1000 ℃，1 s － 1，18% Fig． 3 True stress--true strain curves of double-pass hot compression under different deformations: ( a) 1000 ℃，1 s － 1，7% ; ( b) 1000 ℃，1 s － 1， 13% ; ( c) 1000 ℃，1 s － 1，18% 图 4 不同初始晶粒尺寸的双道次热压缩真应力--真应变曲线． ( a) 1050 ℃，1000 ℃，0. 1 s － 1 ; ( b) 1100 ℃，1000 ℃，0. 1 s － 1 ; ( c) 1150 ℃，1000 ℃，0. 1 s － 1 Fig． 5 True stress--true strain curves of double-pass hot compression at different initial grain sizes: ( a) 1050 ℃，1000 ℃，0. 1 s － 1 ; ( b) 1100 ℃， 1000 ℃，0. 1 s － 1 ; ( c) 1150 ℃，1000 ℃，0. 1 s － 1 · 75 ·

·58· 工程科学学报，第38卷，第1期 X=0.-ax1009% 不同应变速率条件下，300M钢双道次热压缩保温时 (1) UB-1 间与静态再结晶体积分数的关系.从图中可以看出： 式中σ。是中断时的屈服应力，σ，是第1道次压缩时 当保温时间相同时，应变速率越高，静态再结晶体积分 0.2%的屈服强度，0，是第2道次压缩时0.2%的屈服 数越大.主要原因是应变速率越高，位错密度增大速 强度.由式(1)可以求出不同变形条下静态再结晶体 度越快，动态回复程度越低，位错消失速度越慢，从而 积分数. 使再结晶驱动力越大，因此应变速率越大，静态再结晶 2.2.2变形参数对静态再结晶体积分数的影响 体积分数越大 图5为在相同变形温度、变形量和初始晶粒尺寸， a 0.9 b 0.8 0.6 0.7 0.4 05 =0.1-4 0.1 03 0.3 10s 一109 10 15 20 25 0 10 15 20 75 30 保温时间 保温时间： 1.0 0.8 0.6 ◆一0.1s 0.4 ■一1g1 ★一10-1 020 101520 2530 保温时间s 图5应变速率对静态再结品体积分数的影响.(a)1000℃：(b)1100℃：(c)1150℃ Ffig.5 Effect of strain rate on static recrystallization volume fraction:(a)l000℃：(b)ll00℃：(c)1150℃ 图6为在相同应变速率、变形量和初始晶粒尺寸， 条件下，300M双道次热压缩保温时间与静态再结晶 不同变形温度条件下，300M钢双道次热压缩保温时 体积分数的关系.初始温度1150、1100和1050℃对应 间与静态再结晶体积分数的关系.从图中可以看出： 的初始晶粒尺寸分别为202.25、120.29和59.37m, 当保温时间相同时，变形温度越高，静态再结晶体积分 从图中可以看出：三条曲线非常接近，说明初始晶粒尺 数越大.主要原因是变形温度越高，晶界迁移能力越 寸对静态再结晶体积分数的影响较变形温度、应变速 强，发生再结晶的时间越短，再结晶的形核率及长大速 率和变形量等变形条件要小，当保温时间相同时，初始 率均很快，在其他变形条件相同时静态再结晶体积分 晶粒尺寸小的静态再结晶体积分数大.主要原因是晶 数越大. 粒越小，单位体积的晶界能越大，静态再结晶潜在形核 图7为300M钢在变形温度1000℃，应变速率 点的密度越大，在其他变形条件相同的条件下，静态再 1s,第1道次变形量分别为7%、13%和18%，第2 结晶体积分数越大 道次变形量均为13%变形条件下，保温时间与静态再 3静态再结晶动力学 结晶体积分数的关系曲线图.从图中可以看出：当保 温时间相同时，第1道次变形量越大，静态再结晶体积 3.1静态再结晶动力学方程的建立 分数越大.主要原因是变形量越大，位错密度越大，静 静态再结晶动力学方程通常用Avrami方程描述： 态再结晶的驱动力越大，其他变形条件相同时，静态再 结晶体积分数越大 1-e-0693（）] (2) 图8为300M在变形温度1000℃，应变速率 0.1s,两道次变形量都为13%，不同初始晶粒尺寸 (3)

工程科学学报，第 38 卷，第 1 期 X = σm － σ2 σm － σ1 × 100% ． ( 1) 式中 σm 是中断时的屈服应力，σ1 是第 1 道次压缩时 0. 2% 的屈服强度，σ2 是第 2 道次压缩时 0. 2% 的屈服 强度． 由式( 1) 可以求出不同变形条下静态再结晶体 积分数． 2. 2. 2 变形参数对静态再结晶体积分数的影响 图 5 为在相同变形温度、变形量和初始晶粒尺寸， 不同应变速率条件下，300 M 钢双道次热压缩保温时 间与静态再结晶体积分数的关系． 从图中可以看出: 当保温时间相同时，应变速率越高，静态再结晶体积分 数越大． 主要原因是应变速率越高，位错密度增大速 度越快，动态回复程度越低，位错消失速度越慢，从而 使再结晶驱动力越大，因此应变速率越大，静态再结晶 体积分数越大． 图 5 应变速率对静态再结晶体积分数的影响． ( a) 1000 ℃ ; ( b) 1100 ℃ ; ( c) 1150 ℃ Fig． 5 Effect of strain rate on static recrystallization volume fraction: ( a) 1000 ℃ ; ( b) 1100 ℃ ; ( c) 1150 ℃ 图 6 为在相同应变速率、变形量和初始晶粒尺寸， 不同变形温度条件下，300 M 钢双道次热压缩保温时 间与静态再结晶体积分数的关系． 从图中可以看出: 当保温时间相同时，变形温度越高，静态再结晶体积分 数越大． 主要原因是变形温度越高，晶界迁移能力越 强，发生再结晶的时间越短，再结晶的形核率及长大速 率均很快，在其他变形条件相同时静态再结晶体积分 数越大． 图 7 为 300 M 钢在变形温度 1000 ℃，应变速率 1 s － 1，第 1 道次变形量分别为 7% 、13% 和 18% ，第 2 道次变形量均为 13% 变形条件下，保温时间与静态再 结晶体积分数的关系曲线图． 从图中可以看出: 当保 温时间相同时，第 1 道次变形量越大，静态再结晶体积 分数越大． 主要原因是变形量越大，位错密度越大，静 态再结晶的驱动力越大，其他变形条件相同时，静态再 结晶体积分数越大． 图 8 为 300 M 在 变 形 温 度 1000 ℃，应 变 速 率 0. 1 s － 1，两道次变形量都为 13% ，不同初始晶粒尺寸 条件下，300 M 双道次热压缩保温时间与静态再结晶 体积分数的关系． 初始温度 1150、1100 和 1050 ℃对应 的初始晶粒尺寸分别为 202. 25、120. 29 和 59. 37 μm， 从图中可以看出: 三条曲线非常接近，说明初始晶粒尺 寸对静态再结晶体积分数的影响较变形温度、应变速 率和变形量等变形条件要小，当保温时间相同时，初始 晶粒尺寸小的静态再结晶体积分数大． 主要原因是晶 粒越小，单位体积的晶界能越大，静态再结晶潜在形核 点的密度越大，在其他变形条件相同的条件下，静态再 结晶体积分数越大． 3 静态再结晶动力学 3. 1 静态再结晶动力学方程的建立 静态再结晶动力学方程通常用 Avrami 方程描述: X [ ( = 1 － exp － 0. 693 t t ) 0. 5 ] n ， ( 2) t0. 5 = Adq 0εr ε ·p ( exp Qrex ) ＲT ． ( 3) · 85 ·