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中碳含钒微合金非调质钢析出与热变形行为研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 微合金钢的研究现状及发展情况

1.2.1 国外微合金钢的研究现状及发展情况

1.2.2 国内微合金钢的研究现状及发展情况

1.3 微合金元素钒在钢中的作用以及晶内铁素体的形成

1.3.1 微合金元素钒在钢中的作用

1.3.2 钒在钢中的固溶规律

1.3.3 钒微合金钢中钒的碳氮化物的化学组成以及析出规律

1.3.4 晶内铁素体的概念和形核机制

1.4 中碳含钒微合金非调质钢的优点和研究方向

1.4.1 非调质钢的应用和产品优势

1.4.2 非调质钢的缺陷和改进方法

1.5 本文的研究对象及主要内容

第二章 试验材料和试验方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备以及试验样品的制备

2.2.1 试验设备

2.2.2 试验样品的制备

2.3 试验方法

2.3.1 应力松弛试验

2.3.2 单道次热压缩试验

2.3.3 组织分析

第三章 中碳含钒微合金非调质钢的析出-时间-温度(PTT)图和碳氮化物的析出研究

3.1 引言

3.2 试验结果与分析

3.2.1 应力松弛曲线

3.2.2 PTT曲线

3.3 应力松弛过程中析出相的形貌

3.3.1 应力松弛后的室温组织形貌

3.3.2 应力松弛后析出相的形貌与类型

3.4 结论

第四章 基于本构分析对中碳含钒微合金非调质钢的热变形行为研究

4.1 引言

4.1 真应力-真应变曲线

4.2 表观本构方程的分析与确立

4.2.1 常用本构方程

4.2.2 本构方程中材料常数的计算

4.2.3 计算研究用钢的热变形激活能

4.2.4 确立本构方程

4.3 热压缩后显微组织的观察

4.4 结论

第五章 改进型和基于物理的本构模型分析

5.1 引言

5.2 改进型双曲正弦形式本构方程的建立

5.3 基于物理的本构方程

5.4 结论

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

近年来,钒微合金非调质钢以其低成本和高性能的特性,在汽车、石化和机械制造等行业中得到了广泛的应用。由于缺少后续的热处理,非调质钢在制造效率较高的同时也会使得其韧性较低,而氮化钒颗粒可以有效促进晶内铁素体形核从而使晶粒得到细化,使钢的强韧性得到改善,因此需要在热变形过程中通过工艺参数的调整来提高晶内铁素体的形核率来使钢获得较好的综合性能。本文主要采用应力松弛和单道次热压缩两种试验方法来对钒微合金钢中析出和热变形行为进行研究,分别得到了研究用钢的析出动力学曲线和本构方程。
  通过应力松弛试验具体研究了在不同条件下钒在奥氏体中的析出行为。结果表明:钒的碳氮化物析出会使应力下降的趋势减缓,甚至因此而出现应力平台,随着析出结束应力下降恢复到析出前的水平,某些情况下会出现二次甚至三次析出,但是对应力下降的阻碍作用的较小;1#钢的PTT曲线呈双C形,在800℃以下曲线的最快析出温度为650℃,开始析出时间为4s,在10.5s析出结束,在该温度下析出的碳氮化物碳含量较高;在800℃以上曲线的最快析出温度为870℃,析出开始时间为1.6s,在3.5s析出结束,在该温度下析出的碳氮化物氮含量较高;在870℃和900℃弛豫淬火后基体中弥散分布着大量的钒的碳氮化物颗粒。
  对钒微合金钢和对比的碳锰钢进行单道次热压缩试验,结果表明:研究用钢会因热变形而产生加工硬化,使应力得到提升,应力的提高会随着应变速率的提高和热加工温度的降低而有明显的提升,峰值应力随着而升高;通过计算两种钢的热变形激活能Q发现,钒微合金钢的热变形激活相对碳锰钢要高;分别建立了两种研究用钢的本构方程。
  钒微合金钢的本构方程为:Z2#=(ε)exp(Q/RT)=(ε)exp(285242/RT)=15.6468×109[sinh(0.0098σ)]5.5178碳锰钢的本构方程为:Z3#=(ε)exp(Q/RT)=(ε)exp(261735/RT)=2.1887×109[sinh(0.0097σ)]5.71014
  对钒微合金钢的本构方程进行改进,使之能对应力随应变量的变化能进行一定程度的预测;对材料本身的性质进行考虑,建立了相应的具有物理意义的本构方程。
  改进后的本构方程表达式为:(ε)exp(270000/RT)=0.25×1015[sinh(1039.12075ασ/E(T))]6.2结果表明,在对其参数进行调整后得到的本构方程具有更高的拟合精度;动态再结晶会随着热加工温度的升高而进行的越完全,当发生完全动态再结晶时,应变速率较低的试样晶粒尺寸要比应变速率高的要更大;动态再结晶随着温度的变化而进行的完全程度以及动态再结晶时晶粒尺寸随应变速率的变化与相应的应力-应变曲线中应力的变化规律相吻合。

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