钒对低硅含磷系TRIP钢热变形行为的影响

侯晓英

（莱芜钢铁集团有限公司技术中心，山东莱芜 271104）

试验研究

钒对低硅含磷系TRIP钢热变形行为的影响

侯晓英

（莱芜钢铁集团有限公司技术中心，山东莱芜 271104）

通过分析不同变形温度及应变速率下低硅含磷系TRIP钢高温流变曲线的变化规律，建立了本构关系，并分析了合金元素钒对其影响。结果表明，添加0.19%钒，由于固溶钒原子的拖曳作用，使动态再结晶激活能提高～6%，同时推迟了动态再结晶的发生，使σc/σp和εc/εp值均有所提高。通过回归得到无钒钢和含钒钢的峰值应力和临界应力、峰值应变和临界应变与lnZ的关系。

TRIP钢；热变形；动态再结晶；钒；磷

1 前言

随着物理—力学冶金学以及计算机技术的发展，人们通过组织性能预测的方法能够较精确地计算C-Mn钢的热变形行为，并对变形抗力、组织、性能进行较为准确的预测。但对于低硅含磷系相变诱发塑性（TRIP）钢，尤其是在此基础上加入合金元素钒，在变形过程中，微合金元素钒在奥氏体中固溶以及在较低温度析出，其过程的复杂性，导致理论预测结果的误差增大。因此，通过热模拟的方法研究其热变形行为是十分必要的。本研究探讨了低硅含磷系TRIP钢高温流变曲线的变化规律，建立了本构关系，并分析了合金元素钒对其影响，这为热轧和冷轧热处理含磷低硅系TRIP钢的生产应用提供理论依据。

2 试验材料和方法

试验材料的主要化学成分如表1所示。钢锭首先被锻造成60 mm×60 mm×800 mm的坯料，然后热轧成12 mm厚的钢板，机加工出Φ8 mm×15 mm的圆柱热模拟试样。

表1 试验钢的化学成分（质量分数）%

将试样以10℃/s的速度加热到1 200℃，保温3 min后，以5℃/s的速度冷却到不同温度保温20 s，以消除试样内的温度梯度，然后进行压缩变形。变形温度范围为800～1 150℃，应变速率范围为0.01～5 s-1，应变量为0.8。

3 试验结果讨论

3.1 钒对变形抗力的影响

试验钢B在试验钢A的基础上，加入了0.19% V，使其动态再结晶行为发生了明显的变化，以应变速率0.01和0.1 s-1、变形温度范围为800～950℃为例，说明添加钒对其变形抗力的影响，如图1所示。

图1 不同应变速率条件下A钢和B钢应力—应变曲线

应变速率为0.01 s-1，当变形温度为800℃，ε≤0.32时，A钢的流变应力值略高于B钢，但差值均＜12 MPa；ε＞0.32时，达到稳态之后，B钢的流变应力值高于A钢约25 MPa。变形温度≥850℃时，在整个塑性变形过程中，B钢的流变应力值要高于A钢，变形温度850、900和950℃，达到稳态时，B钢的流变应力值高于A钢，分别为≥40、≥25和≥10 MPa。

应变速率为0.1 s-1，当变形温度为950℃，ε在0.14～0.30时，A钢的流变应力值略高于B钢，但相差均＜5 MPa，可认为是试验误差造成的；达到稳态之后，B钢的流变应力高于A钢约10 MPa。变形温度850和900℃时，在整个塑性变形过程中，B钢的流变应力要高于A钢，分别为≥15和≥20 MPa。

可见，在其他工艺参数相同的条件下，变形速率较低（0.01 s-1）时，随着变形温度的升高，A钢与B钢之间的流变应力值的差距在逐渐缩小。而随着应变速率的增加，变形抗力随着变形温度的变化，而变得复杂。

变形速率较低（0.01 s-1）时，为实现给定变形量（ε=0.8），所需的变形时间较长，致使钒的碳化物或氮化物全部或部分溶解，其对试验钢动态再结晶的阻碍作用明显减弱，尤其是当变形温度较高时，这种影响变得更为明显，使动态再结晶易于发生。因而，随着变形温度的提高，A钢与B钢之间的流变应力值的差距在逐渐缩小；同时，奥氏体晶内缺陷数量也因有时间进行回复过程，而大量减少。在奥氏体晶界和晶内缺陷数量大量减少，这也使得流变应力值减小，使得A钢与B钢之间的流变应力值的差距在逐渐缩小。

随着变形速率的增大（0.1 s-1），达到给定变形量所需的时间变短，钒的碳化物或氮化物来不及溶解，对动态再结晶的阻碍作用加强，致使试验钢的动态再结晶延长；但是，在两种试验钢变形过程中，变形奥氏体晶粒内的位错和变形带等缺陷的数量增加。因而动态再结晶相对推迟发生，流变应力值也随之增加，而且在变形速率较高时这种影响对流变应力值的作用至关重要。所以，当变形速率较高时，B钢的变形抗力高于A钢，但相比较变形速率为0.01 s-1时，差值要低。

3.2 高温热变形过程的基本方程

钢在等温条件下变形，应力—应变曲线由变形温度、变形速率通过Z参数决定［1-2］，即：

式中：Qd为动态再结晶激活能，J/mol；R为气体常数，8.31 J/（mol·K）；T为绝对温度，K。

据文献［3-4］，Z因子与σp的关系可以表示为：

式中a、b为常数。由式（1）、（2）可得：

对式（3）两边取对数：

整理式（4）得：

试验数据见图2、图3。经过回归得出b、Qd值，从而得到a值。0.19%钒的加入，使试验钢的动态再结晶激活能提高了～6%，说明钒的加入对试验钢的动态再结晶有推迟作用。微合金元素钒对动态再结晶的推迟作用主要来自于固溶钒原子的拖曳作用。

从而可得到：

图2 峰值应力与应变速率的关系

图3 峰值应力与变形温度的关系

3.3 钒对动态再结晶临界值的影响

Poliak和Jonas认为高温热变形是一个热力学不可逆过程，考虑了动态再结晶发生的能量和动力学临界条件，确定临界应力和应变［5］。根据此方法求得的A钢和B钢的临界应力、临界应变和峰值应力、峰值应变的大小及比值如图4、图5所示。

图4 A钢应力应变临界量与峰值量的关系

图5 B钢应力应变临界量与峰值量的关系

由图4、图5可以看出，随着Z参数的增大，发生动态再结晶所需的临界应变量和临界应力值均呈增大的趋势，峰值应变和峰值应力也随之增大。结合式（6），当应变速率一定时，随着变形温度的升高，Z值降低，则发生动态再结晶所需的临界应变量降低；当变形温度一定时，随着应变速率的减小，Z值减小，则发生动态再结晶所需的临界应变量降低。换言之，Z值越小，动态再结晶越容易发生。最终得出A钢的σc/σp和εc/εp分别为0.88和0.545；B钢的σc/σp和εc/εp分别为0.89和0.553。可见，添加0.19%钒，使σc/σp和εc/εp值均有所提高。

通过回归，可得到试验钢的峰值应力和临界应力、峰值应变和临界应变与lnZ的关系为：

4 结论

4.1 无钒钢的动态再结晶激活能为304.3 kJ/mol，含钒钢为322.7 kJ/mol。添加0.19%钒，由于固溶钒原子的拖曳作用，使试验钢的动态再结晶激活能提高～6%，同时推迟了动态再结晶的发生。

4.2 建立了低硅含磷系TRIP钢的本构关系，通过回归得到无钒钢和含钒钢的峰值应力和临界应力、峰值应变和临界应变与lnZ的关系。添加0.19%钒，使σc/σp和εc/εp值均有所提高。

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［2］Anan G,Nakajima S,Miyahara M,et al.Model for recovery and recrystallization of hot deformed austenite considering structural heterogeneity［J］.ISIJ International，1992，32（3）：261-266.

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［4］魏立群，祁捷.B72LX钢的动态再结晶数学模型［J］.钢铁研究学报，2006，18（9）：44-46.

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Effect of Vanadiumon Hot Deformation Behavior of Low Silicon Containing PhosphorusTRIP Steel

HOU Xiaoying
（The Technology Center of Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China）

The variation law of high-temperature flow curves under different deformation temperature and strain rate for a low-silicon TRIP steel containing phosphorus was analyzed.The constitutive equations were established and the effect of vanadium was studied. The results showed that adding 0.19%V,the deformation activation energy was increased by max 6%because of the drag effect of V in solid solution;the dynamic recrystallization was retarded and the ratios of εc/εpand σc/σpwere all increased.The equation of describing the Zener-Hollomn formula for tested steel was derived.Linear equations between σc,σp,εc,εpand lnZ were established through regression analysis,respectively.

TRIP steel;hot deformation;dynamic recrystallization;vanadium;phosphorus

TG115.2

：A

：1004-4620（2014）01-0025-03

2013-11-18

侯晓英，女，1982年生，2012年毕业于东北大学材料成型与控制工程专业，博士。现为莱钢技术中心工程师，从事新产品开发工作。