摘要：通过Gleeble-2000热模拟试验机对高Nb微合金钢进行高温单道次压缩变形实验，研究了变形条件对试验钢动态再结晶的影响，得出了试验钢的动态再结晶激活能为365．975 kJ／mol，并建立了试验钢动态再结晶热变形模型和峰值应力、峰值应变与Z因子的关系，为预报和控制该钢的组织和性能提供了基本依据。

关键词：动态再结晶；数学模型；峰值应力；峰值应变

20世纪70年代铌微合金化钢的冶金原理逐渐被深入理解，由于允许在更高的热轧温度下在奥氏体非再结晶区强化变形，所以该工艺又被称作高温轧制工艺(HTP)。近年来，随着钢铁工业技术的不断进步，“低碳高铌”的设计理念逐渐应用到管线钢的生产中，强度、韧性及焊接性能匹配良好的管线钢逐渐占据了管件市场。本文所研究的高铌HTP管线钢是在传统X70管线钢的基础上，降低ω(C)(小于0．05％)，提高ω(Nb)(约0．1％)，并且省去价格昂贵的Mo和V等合金元素，结合高温轧制工艺(HTP)，生产出性能满足X70要求的管线钢。

    本文以低碳高铌HTP钢为研究对象，在Gleeble--2000热模拟实验机上进行单道次高温压缩实验，分析该钢种高温变形时的动态再结晶行为，并对其高温轧制过程中动态再结晶模型进行了探讨。

1  实验材料及方法

    实验钢主要化学成分(质量分数，％)为：0．024 C，0．099 Nb，0．169 Si，1．49 Mn，0．027 A1。将板材加工成ø8 mm×l5 mm的圆柱形试样。本实验在Gleeble--2000热模拟实验机上进行。采用单道次压缩实验，测试真应力一真应变曲线。

将试样以20℃／s的速度加热到1 200℃，保温3 min后以10℃／s的速度冷却到不同温度，保温30 S以消除试样的温度梯度，然后进行压缩变形，变形温度范围为850～1 150℃，应变速率分别为0．01、0．1、1．0和5．0 s^-1，应变量为1．0。具体实验工艺见图1。

2  实验结果与分析

    应变速率为0．01和0．1 s^-1的应力一应变曲线如图2所示。从图中整体来看，变形速率越大变形温度越低，动态再结晶越不容易发生。当变形速率为0．01 s^-1时，温度低于950℃流变应力曲线呈动态回复型，1 000℃以上就可以发生明显的动态再结晶。而变形速率为0．1 s^-1时，1 050℃时才发生动态再结晶。在相同的温度下，随应变速率的增大，相同应变对应的流变应力增大，同时峰值应变(ε_p)向应变增大的方向移动。峰值应变右移说明了在大应变速率条件下动态再结晶启动困难。低温大应变速率条件下，基本观察不到峰值应变。

    另外，通过定量描述分析不同变形条件对峰值应力(σ_p)和峰值应变(ε_p)的影响。如图3，随着变形温度的降低和应变速率的增加，峰值应力(σ_p)和峰值应变(ε_p)均呈增加趋势。

3   动态再结晶模型

3．1  热变形方程式

动态再结晶是1个由热激活控制的过程，流变应力和变形条件之间的关系通常用Zener－Hollomon因子Z来表示：

    根据实验结果，如图4所示，经回归分析确定B和Q_d的值，最终得出：B=0．070 6(MPa)^-1，Q_d=365．975 kJ／mol，A=9．308 6×10⁹S^-1。所以：

3．2  峰值应力σ_p和峰值应变ε_p与lnZ的关系

    根据峰值应力(σ_p)和峰值应变(ε_p)与lnZ因子的实验关系曲线(图5)，同归出它们之间的关系式。

    σ_p与Z因子的关系式为：

    σ_p=14．003 1lnZ－321．771 07       (7)

    ε_p与Z因子的关系式为：

    ε_p=0．044 881nZ－1．117 84    (8)

    如上所述峰值应力(σ_p)和峰值应变(ε_p)与ln Z基本上呈线性关系，它们随lnZ的增加而增大。根据(1)式，随着变形温度的升高和变形速率的减小，Z因子的值变小，动态再结晶的临界应变(ε_c)也减小，因此容易发生动态再结晶。

4  结  论

    (1)本实验所研究的低碳高铌管线钢的动态再结晶激活能为365．975 kI／mol，其热变形方程式为：

    (2)在本实验的热变形条件下，该钢种的峰值应力郇和峰值应变￡。与lnZ基本上呈线性关系，其具体公式为：

    σ_p=14．003 1InZ－321．771 07

    ε_p=0．044 88lnZ一1．117 84

                                              (1．东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室；2．本溪钢铁(集团)有限责任公司)