摘要：基于热模拟双道次压缩实验研究了高铌HTP合金钢奥氏体区变形后道次间隔时间内的软化行为，分析了变形温度与间隔时间对静态软化行为的影响，得出了实验钢的静态再结晶激活能，并建立了静态再结晶动力学模型。

关键词：静态再结晶；变形温度；软化行为；激活能

    Nb为管线钢中不可缺少的合金元素，它能够延缓奥氏体再结晶的发生，能够在控轧过程中阻止晶粒长大，能够在终轧温度下形成Nb(C，N)析出相，通过沉淀强化来提高钢的强度。通常，X70管线钢需加入Nb、V、Ti和Mo等合金元素，这在提高强度的同时也增加了成本。本文从经济角度考虑，在成分设计中增加价格较低的合金元素Nb的含量而省去昂贵的Mo和V，再结合高温轧制工艺(HTP)，得到性能满足标准的高铌HTP管线钢。

    本文利用双道次压缩方法，研究了高铌HTP钢变形间隔内奥氏体的软化行为，为制定合理的再结晶和未再结晶控制轧制工艺提供了实验和理论依据，同时也对奥氏体静态再结晶数学模型进行了探讨。

1  实验方案

1．1  实验设备和材料

    本实验在Gleeble一2000热模拟实验机上进行，采用双道次压缩实验，测试真应力一真应变曲线。将热轧后板材加工成Φ8mm×15mm的圆柱形试样，实验钢主要化学成分见表1。

1．2实验方法

    将试样以20℃／s的速度加热到1200℃，保温3min后以10℃／s的速度冷却到不同温度，保温30s以消除试样的温度梯度，然后进行双道次压缩变形，变形温度为850～1050℃，应变速率为5s^-1，两道次应变均为0．3，两次变形时间间隔为1～400s。

2  静态再结晶软化率曲线测定方法

实验中，软化率采用0．2％补偿法计算。应用这种方法测定的软化率与静态再结晶分数基本相同。具体方法是：在真应变坐标轴上取一点使其真应变值为0．002(即0．2％)，过这一点作一条直线，该直线与第1道次变形曲线的开始部分(即弹性变形阶段)平行，直线与第1道次的真应力一真应变曲线的交点即为第1道次的屈服点σ。；同样，将第2道次的真应力一真应变曲线延长，直至与真应变量坐标轴相交，得到一个交点。在偏移该交点0．002单位的真应变值的地方作一条直线，使其平行于第2道次的开始部分。直线与第2道次真应力一真应变曲线的交点即为第2道次的屈服点a，，第1道次的卸载点对应的真应力为σ_m，如图1所示。

静态软化率可以按式(1)计算:

      σ_m—σ_r

Xs=------------

      σ_m－σ₀

式中，σ_m为第1道次卸载时对应的应力σ₀和σ_r分别为第1道次和第2道次压缩时的屈服应力。

3软化率曲线分析

    本实验得到的不同变形温度下静态软化率与等温保持时间的关系曲线如图2所示。温度是影响再结晶发生的最主要因素，由图2可看出，随着变形温度的降低，再结晶难以进行，变形温度在950℃以下，即使当道次间隔时间为400s时，再结晶软化率还不到40％，可以认为未进入再结晶区；而1000℃以上变形再结晶发生比较完全；当变形温度为850～950℃时，软化率曲线上出现了平台，这说明发生了应变诱导析出，抑制了静态再结晶的进行。

4  静态再结晶模型

4．1  静态再结晶激活能Qrex的确定

    钢的化学成分对静态再结晶有显著影响，主要通过化学成分影响激活能Qrex来实现。通常可依据软化率曲线中出现50％再结晶的时间来确定激活能。静态再结晶激活能与静态软化率达到50％的时间τ_0.5之间的关系可表示为：

式中，ε与ė分别为应变和应变速率；R为气体常数；T为绝对变形温度；A、p、q为常数。

    对式(2)两边取对数得：

    Sellars等的研究表明，静态再结晶激活能主要受材料自身因素的影响，与变形条件(ε、ė、T)基本无关。因此，对于某一具体钢种，由式(3)可知，lnτ_0.5与1/T呈线性关系，直线斜率即为Qrex／R。利用最小二乘法对实验数据进行回归，可以得到lnτ_0.5与1／T之间的关系。本文最终确定了实验钢的静态再结晶激活能为Qrex=338．092kJ／mol。

4．2静态再结晶动力学

    对于静态再结晶动力学的研究，一般按照Avrami方程：

式中．n为常数，C=－ln0．5。

    对式(4)取2次对数，得

    lnln(1/(1一Xs))与ln(t／t_0.5)之间呈线性关系，n为直线的斜率。采用静态再结晶分数和t_0.5的实测数据，如图3所示，可得到实验钢lnln(1/(1一Xs))与ln(t／t_0.5)之间关系直线的斜率为0．36835和0．34045，则实验钢的平均订值为0．3544。因而最终得到实验钢奥氏体静态再结晶动力学方程为：

5  结论

    (1)在G1eeble一2000热模拟实验机上进行双道次压缩实验，使用0．2 %补偿法分析实验钢不同变形条件下的静态再结晶软化率。

    (2)变形温度是影响再结晶发生的最主要因素。对于实验钢，变形温度在1000℃以上，再结晶发生比较完全；而在950℃以下几乎没有再结晶发生；变形温度为850～950℃时，由于发生应变诱导析出，抑制了静态再结晶的进行，导致软化率曲线上出现了平台。

    (3)实验钢的静态再结晶激活能为338．092kJ／mol，实验钢的奥氏体静态再结晶动力学方程为：