合金钢结晶行为

微合金钢由于其高强度、高韧性和优良的焊接性能而成为一种多用途钢种，广泛应用于石油、桥梁、船舶等基础行业［1］。这类钢的强度不再依赖碳的固溶强化，而主要通过细晶强化，相变强化，位错和亚结构强化，Nb、V、Ti等微合金碳氮化物的沉淀析出强化等获得极佳的强韧性。为了细化组织及充分发挥微合金元素的作用，通常要采用TMCP［2］工艺，国内外还发展了RPC［3－4］及TPCP［5］技术。因而，研究分析其奥氏体的静态再结晶行为在控轧控冷及控制沉淀析出中具有重要意义。本文通过双道次压缩热模拟试验研究了Nb－Ti微合金钢的静态再结晶行为，建立了试验钢的静态再结晶动力学模型，得到了试验钢的静态再结晶激活能Qrex。同时对真应力－真应变曲线进行了回归计算，采用面积法和积分能量法计算了试验钢的软化率。同时，对静态再结晶前后的组织变化及沉淀析出物演变规律进行了观察。结果表明，静态再结晶之后的原奥氏体晶粒明显细化，沉淀析出物从以未溶的方形TiN为主的析出物演变为以纳米级的NbC为主的析出物。

1试验材料及方法

1．1试验材料试验钢的化学成分如表1所示。试验钢采用微钛处理，主要目的是通过未溶TiN的钉扎作用防止奥氏体化过程中奥氏体的粗化。热模拟试验在Gleeble3800热力模拟试验机上进行，热模拟试样为8mm×15mm圆柱形试样。采用双道次压缩试验，测得不同条件下的真应力－真应变曲线。

1．2双道次压缩热模拟工艺双道次压缩热模拟工艺如图1所示。将试样以10℃／s的速度加热到1200℃，并保温5min。奥氏体化后，以10℃／s的速度冷却到不同的温度（850、900、925、950℃），并保温30s，以消除试样的温度梯度。之后进行双道次压缩变形，应变速率为10s－1，两道次真应变均为0．5，道次间隔时间为1～1000s，并记录压缩过程中的真应力－真应变曲线。

1．3静态再结晶软化率的计算方法静态再结晶软化率的计算可采用应力法（X）对于Nb－Ti微合金钢来说，在热变形之后，一方面，微合金碳氮化物会通过应变诱导在位错、晶界、亚晶界上沉淀析出，从而明显地阻碍变形后再结晶晶粒的形核和晶核的长大以及再结晶晶界的运动［6－7］；另一方面，由于尺寸效应，固溶于基体的Nb等偏聚于晶界区域，钉扎再结晶晶界，进而阻碍再结晶晶界的运动，二者共同作用在一定程度上阻碍形变奥氏体静态再结晶的进行。S．G．Hong等［8］指出：面积法对沉淀析出所造成的应变能的改变较为敏感，可以较为精确地反映微合金钢的静态再结晶软化行为。

1．4组织观察为了明确静态再结晶前后组织的变化规律及沉淀析出物的演变规律，针对900℃条件下保温0s和600s的淬火试样进行了OM和TEM分析。淬火试样经粗磨＋精磨＋抛光后，再经4％的硝酸酒精溶液浸蚀15s，以显现其微观组织形貌。然后采用LEICADMIRM光学显微镜对其显微组织进行观察。将淬火试样用金刚砂纸减薄至约90μm，冲为3mm的圆片，再机械减薄到约50μm。随后采用高氯酸和乙醇电解液以及电解双喷减薄仪，将3mm的圆片中心减薄出小孔，进而得到薄单晶薄膜样品，然后在TecnaiF12透射电子显微镜上对其进行透射电子显微分析。

2试验结果及分析

2．1真应力－真应变曲线为了更准确地计算式（2）中的各参数，对不同条件下的真应力－真应变曲线进行了回归计算，其计算结果与实测结果如图3所示。图3表明，计算真应力－真应变曲线与实测真应力－真应变曲线具有很好的一致性。这样就可以通过数学积分的方法准确地计算出应变能A0、Am及Ar的数值（以下简称为积分－能量法）。式（3）是积

2．2静态再结晶软化率曲线不同温度下的静态再结晶软化率曲线如图4所示。图4表明，随着变形温度的升高和道次间隔时间的延长，静态再结晶软化率增加，且在试验温度范围内，软化率曲线均存在平台或台区域。静态再结晶是形核和长大的过程。随着变形温度升高，其形核率和长大速率呈指数关系增加，使静态再结晶速度加快。由于应变诱导Nb（C，N）在位错、晶界、亚晶界上的沉淀析出，阻碍变形后再结晶晶粒的形核和晶核的长大以及再结晶晶界的运动［9］，从而抑制静态再结晶的进行，致使软化率曲线出现平台或台区域。由图4可知，在所研究的温度范围内均发生了应变诱导沉淀析出，说明试验温度均低于应变诱导沉淀析出开始温度。应变诱导析出开始温度可用SFMedina［10］等提出的静态再结晶临界温度（SRCT）来表示。通过软化率曲线的变化趋势可以看出应变诱导沉淀析出的鼻尖温度在900～925℃之间。

2．3静态再结晶动力学模型通过对图4的分析可知，试验温度均低于SRCT。在此温度范围内，由于应变诱导沉淀析出，使软化率曲线出现了平台。但在沉淀析出开始前（t＜Ps）和沉淀析出开始后（t＞Pf），曲线均满足由式（4）描述的Avrami方程［11］。

2．4静态再结晶激活能Qrex钢的化学成分对静态再结晶行为的显著影响主要通过再结晶激活能Qrex来实现。通常采用静态再结晶软化率曲线中50％再结晶时间来确定静态再结晶激活能。静态再结晶软化率达到50％的时间t0．5可由式（7）确定：图6表明，在900、925和950℃条件下，由于应变诱导沉淀析出前静态再结晶分数已经达到50％，其lnt0．5与1／T呈线性关系；在850℃条件下，由于应变诱导沉淀析出前静态再结晶分数未达到50％，0．5明显滞后，使得lnt0．5与1／T偏离线性关系，致使nt0．5与1／T关系曲线出现拐点。因此可以得到应变诱导沉淀析出前试验钢的静态再结晶激活能Qrex为296．86kJ／mol。．5光学显微组织及沉淀析出物的演变规律图7为900℃条件下保温0s和600s淬火试样的光学显微组织。该组织由仿晶界型铁素体（grainoundaryallotriomorphicferrite，FGBA）和贝氏体组成，且由FGBA可以清楚地看到静态再结晶前后原奥氏体晶粒的大小。采用割线法测得静态再结晶前原奥氏体晶粒平均尺寸约为81μm（图7（a）），静态再结晶之后原奥氏体晶粒平均尺寸约为31μm（图7（b）），可见静态再结晶完成之后使原奥氏体晶粒明显细化，同时，再结晶软化奥氏体使得Ar变小，进而使得软化率增加。图8（a）表明，静态再结晶前析出物主要以未溶的方形TiN形式存在，未观察到细小弥散的析出物，说明静态再结晶前没有发生应变诱导沉淀析出。图8（b）表明，静态再结晶之后，除了未溶的TiN之外，基体上弥散分布着大量纳米级的NbC析出物，说明在静态再结晶的过程中发生了应变诱导沉淀析出，进而抑制了静态再结晶过程的进行，使得软化率曲线出现平台。

3结论

1）采用真应力－真应变曲线的回归及面积法和积分－能量法较为准确地计算了微合金钢的静态再结晶软化率。软化率曲线很好地反映了静态再结晶过程中应变诱导沉淀析出行为，说明双道次压缩热模拟试验可以用来研究微合金钢的应变诱导沉淀析出行为。2）在本文所研究的温度范围内，均有应变诱导沉淀析出发生，说明试验钢的SRCT高于950℃。应变诱导沉淀析出的鼻尖温度在900～925℃之间。3）应变诱导沉淀析出前，试验钢的静态再结晶激活能Qrex为296．86kJ／mol。再结晶动力学方程。4）通过对900℃条件下淬火试样的OM和TEM分析，表明软化率真实地反映了静态再结晶过程中微观组织及沉淀析出物的演变规律。