37M n5钢高温变形抗力模型及动态再结晶动力学模型研究

王晓明,洪慧平,王 孟,马存强,程 政,梁蓬霞

(北京科技大学材料科学与工程学院,北京,100083)

37M n5钢高温变形抗力模型及动态再结晶动力学模型研究

王晓明,洪慧平,王 孟,马存强,程 政,梁蓬霞

(北京科技大学材料科学与工程学院,北京,100083)

通过Gleeble热模拟试验获得不同变形条件下37M n5钢的应力应变试验数据,采用不同模型对试验数据进行回归,找到适合37Mn5钢高温变形时的变形抗力模型。同时,通过计算得到了该钢的动态再结晶动力学方程和动态再结晶体积分数表达式。将以上模型的计算值与实测值进行比较,结果表明,计算值与实测值非常接近。

37M n5钢;变形抗力;动态再结晶;动力学

37M n5钢作为一种常用的合金结构钢,是生产J55级石油套管的专用钢种,广泛应用于石油化工行业[1-2]。生产过程中,管坯表面裂纹和穿管折叠等缺陷是造成J55油井管不合格的主要原因[3]。目前针对该钢质量缺陷的研究主要集中在钢水冶炼和连铸过程[4]。国内针对变形原因造成37M n5钢热缺陷的研究较少,尤其是针对37M n5钢的高温变形抗力模型还未见文献报道。为此,本文通过热模拟试验,找到适合37M n5钢的高温变形抗力模型,并对该钢种的动态再结晶进行研究,建立动态再结晶数学模型,以期为进一步研究热塑性变形的数值模拟提供准确的数学模型。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

热压缩试样取自37M n5热轧棒材,其化学成分如表1所示。将棒材加工成φ10 mm×15 mm的圆柱试样。

表1 37Mn5钢的化学成分(wB/%)Table 1 Chem ical com positions of 37Mn5 steel

1.2 试验方法

在 Gleeble-1500热模拟试验机上进行恒温、恒应变速率压缩试验。变形温度为800、900、1 000、1 150℃,应变速率为0.1、3、10 s-1。试样以10℃/s的升温速率加热到1 250℃,保温5 min,再以5℃/s的速率降温至设定的变形温度,保温30 s,然后按预先设定的变形温度和应变速率进行压缩变形,最大真应变为0.8。

2 结果与分析

2.1 应力-应变曲线

根据热压缩试验数据得出热压缩过程中试样的应力-应变曲线,如图1所示。由图1中可以看出,变形温度为900～1 150℃、应变速率为0.1同应变下37M n5钢的动态再结晶体积分数的计算值与实测值的比较。由图5中可见,计算值与实测值比较接近。动态再结晶体积分数表达式(12)的回归相关系数为0.941 8,相关性较高。

图1 37Mn5钢的应力-应变曲线Fig.1 True stress-strain curves of 37Mn5 steel

3 结论

(2)描述37M n5钢的动态再结晶动力学方程为 f=1-exp(-b(Z)tn(Z)),其中n(Z)=-6.823 0/ln(tc/ts);b(Z)=5.012 5×10-3/tn(Z)c。

(3)37M n5钢在试验条件下的动态再结晶体积分数表达式为 Xdyn=1-exp[-3.494 2 ((ε-εc)/εp)2.8843],(ε≥εc)。

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High tem perature deformation resistance model and dynam ic recrystallization kineticsmodel of 37Mn5 steel

W ang Xiaom ing,Hong H uiping,W ang M eng,M a Cunqiang,Cheng Zheng,L iang Pengxia
(School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)

Based on the thermal simulation experiment under different defo rmational conditions,the stress strain experimental data w ere obtained.By using different models,we obtained a defo rmation resistance model w hich suited 37M n5 steel in high temperature.A t the same time,we also calculated the dynamic recrystallization kinetics equation and the dynamic recrystallization volume fraction equation.A ll the models p resent a good agreement w ith the experimental data,w hich indicates they had a high accuracy and the research can p rovide accurate mathematical models for the hot p lastic deformation numerical simulation of 37M n5 steel.

37M n5 steel;deformation resistance;dynamic recrystallization;kinetics

TG142

A

1674-3644(2010)05-0497-04

[责任编辑 郑淑芳]

2010-06-23

王晓明(1985-),男,北京科技大学硕士生.E-mail:w xm929@126.com

洪慧平(1963-),男,北京科技大学副教授.E-mail:hhp@mater.ustb.edu.cn