27SiMn钢动态再结晶行的研究及其模型的建立毕业设计论文.doc

内蒙古科技大学毕业论文内蒙古科技大学 本科生毕业论文 题 目：27SiMn钢动态再结晶行 的研究及其模型的建立 I摘 要27SiMn 钢是根据我国具体国情研制出的一种低碳低合金钢，强韧性好，与镍铬钢相比焊接性好但价格更低，因此被广泛地应用于制造单体液压支柱的缸体及活柱筒等重要零件。本文以包钢生产的27SiMn液压支架管为研究对象，针对液压支架管生产过程中存在的实际问题，利用Gleeble热模拟实验机模拟其轧制过程，得到真应力-真应变曲线从变形工艺参数对显微组织演变规律以及建立动态再结晶模型，为提高产品质量和降低成本提供了十分重要的理论依据。利用热模拟机进行单道次热压缩试验得到不同温度和变形速率下的真应力-真应变曲线，利用Origin软件处理实验后的出的数据，分析不同变形条件下27SiMn钢高温变形过程中的应力-应变曲线。以热压缩实验结果的宏观数据位基础，建立27SiMn钢在高温热变形过程中的动态再结晶模型，为生产工艺的优化提供理论依据，为27SiMn钢的实际生产具有重要意义。关键词：27SiMn钢；动态再结晶；数学模型；显微组织IAbstract27SiMn steel was developed in accordance with Chinas specific national conditions of a low-carbon low-alloy steel, good toughness, good weldability but lower price compared with the nickel-chromium steel, which is widely used in the manufacture of hydraulic prop cylinder and important parts plunger tube and so on.In this paper, Baotou Steel production 27SiMn hydraulic support for the study, hydraulic support for the practical problems that exist in the production process, using Gleeble thermal simulator to simulate the rolling process to obtain true stress - true strain curve from the deformation process parameters on microstructure evolution and the creation of dynamic recrystallization model, to improve product quality and reduce the cost of providing a very important theoretical basis.By thermal simulator single pass compression tests at different temperatures to obtain true stress and deformation rate under - true strain curve using Origin software after the processing of the experimental data, analysis 27SiMn steel under different deformation conditions of high temperature stress during deformation - strain curve. Macro data base to heat the compressed bit experimental results, the establishment of a dynamic 27SiMn steel during hot deformation at high temperature recrystallization model provides a theoretical basis for the optimization of the production process is of great significance for the actual production 27SiMn steel.Key words: 27SiMn steel; dynamic recrystallization; mathematical model; microstructure目 录摘 要IAbstractII第一章 文献综述11.1钢的控轧控冷11.1.1控制轧制11.1.2 控制冷却21.2 再结晶行为的概述21.2.1 高温热变形过程中的再结晶21.2.2 动态再结晶的研究现状31.2.3 道次间隔时间内的再结晶41.3 动态再结晶动力学模型51.4 微观组织转变的研究现状61.4.1 国内的研究现状61.4.2 国外研究现状71.5 课题研究意义91.5.1 研究背景及意义91.5.2 研究内容10第二章 实验材料及研究方案122.1 实验材料122.2 主要实验设备122.3 实验方案132.3.1单道次压缩试验132.3.2 金相组织观察实验17第三章 实验结果与分析183.1 变形参数对27SiMn钢组织的影响183.1.1 不同变形温度对 27SiMn钢组织的分析183.1.2不同冷却速度对 27SiMn钢组织的分析193.1.3 不同冷却速率对 27SiMn钢组织的分析203.2 实验结果分析21第四章 27SiMn钢动力学模型与动态再结晶激活能推导224.1 真应力-真应变曲线224.1.1 变形温度对27SiMn钢真应力-应变曲线的影响224.1.2 应变速率对27SiMn钢真应力-应变曲线的影响244.2 27SiMn钢动态再结晶的研究264.2.1 动态再结晶模型的建立264.2.2 动态再结晶体积分数计算模型29结论33参考文献34致谢38IV内蒙古科技大学毕业论文第一章 文献综述1.1钢的控轧控冷1.1.1控制轧制控制轧制主要部分在与其晶粒的细化，也就是奥氏体硬化的控制。在形变的过程中奥氏体积聚的大量能量，是为了在相变中实现晶粒的细化就需要在轧制的过程中尽量多的将奥氏体处于硬化的状态。可是，处于硬化状态下的奥氏体存在大量“缺点”，比如：变形带、位错、孪晶等，近似的缺点。它们是相变时铁素体形核的核心1。“缺点”的多少与铁素体的形核率有关，“缺点”越多，得到的铁素体晶粒越细小。为了获得硬化状态下的奥氏体，人们通常使用的手段是在“低温大压下”和添加微合金元素。抑制奥氏体再结晶就必须要在“低温”状态下进行，以保持其硬化状态，在“大压下”可以有效的增加硬化奥氏体储存变形能。增加微合金元素，比如Nb，提高奥氏体的再结晶温度，可以增加一些微合金元素，比如Nb，使奥氏体保持在较高的温度下，即处于未再结晶区，因而以便利用常规轧制(温度)制度实现奥氏体的硬化2。 升高再结晶温度是为了维持奥氏体硬化状态。升高再结晶温度同时也是为了对硬化状态下奥氏体相变过程的控制，控制轧制和控制冷却始终跟微合金化紧密联系在一起由于Nb等，微合金元素的加入，提高了钢的再结晶温度，使其很大一部分热加工区间处于。对材料进行沉淀强化，从而使材料的强度得到显著提高，例如Nb。当在800950的温度区间以内时，在进行材料变形的同时，析出Nb的碳氮化物，即所谓的“形变诱导析出”一方面提高材料的再结晶温度，另一方面材料本身得到了强化3。 采用“低温大压下”与人们一直以来形成的“趁热打铁”的观念完全相反，它必然会受到设备能力等其它因素的限制。实际操作方面的问题也不容忽视，人们需要重视“低温大压下”。一直以来，为此必须提高轧制硬件设备的能力，需要投入大量的人力；资金；资源！1.1.2 控制冷却 随着钢铁性能的提高和新型钢中的开发和利用出现了新型技术，就是控制冷却。早在上世纪后半期，控制冷却就运用在热带钢种输出辊道上用于材质控制的过程当中。控制冷却技术在板材钢种开发方面锋芒初露，则同样是在上世纪中后期主要用于研制管线原板的中厚板方向。 在此技术还未出现在人们视线当中时，人们曾尝试过控制热轧外在条件(加热温度以及各轧制道次的轧制温度、压下量)为主的控轧技术，并加入合金元素成分来生产高强度和低温高韧性的板材和带材(如Nb-V系高强度管线钢用厚板的开发生产)。后来，发现当时现有的技术水平已经不能满足更高性能的钢铁产品的生产需要。随后，人们将提高钢板性能的研究开始转向控轧后再水冷，以获得控制冷却的效果。通过控制冷却可在不破坏钢板韧性的情况下提高其强度。后来，人们将结合控制轧制和控制冷却的技术称为控轧控冷技术TMCP(Thermo-MechanicalControlled Processing)4。由于控轧控冷的钢材具有良好的强韧性能和焊接性能，所以大大地促进了TMCP技术的推广及应用，控轧控冷在高性能板带材的开发过程中发挥了巨大的作用。1.2 再结晶行为的概述1.2.1 高温热变形过程中的再结晶 在钢铁金属的热组织变革的变形过程是：动态回复，动态再结晶，动态回复亚，静态回复和静态再结晶。动态回复和再结晶主要发生在热变形过程，而子动态，静态回复和静态再结晶的形状变形过后偶尔行为发生。这些变化在组织结构，将直接影响成形件的综合性能5。在高温下金属塑性变形，组织恢复成为通常的动态再结晶。动态回复是金属的状态下，冷变形塑性加热，一些亚结构和变化过程在之前进行再结晶晶粒形成的特性。再结晶是在热塑性变形过程中的动态再结晶，是通过形核和长大来完成的6。 热机械加工是机器的一个变形和固相转变和热处理，以优化其结构的能力相关联的重结晶有机材料是非常有用的。利用形变热处理，可以实现形成和提高零件的微观结构上的强度和韧性的目的是在质量，性能和工艺性能的飞跃也有了很大的提高，为潜在的金属材料被充分开发和利用，以提高零件和生活质量。固态反应完成后，如果长期停留在高温，没有晶粒生长。因此，通过相变和再结晶晶粒细化，我们必须使组织在反应尽可能小的结束，并尽一切可能抑制后续的晶粒长大。1.2.2 动态再结晶的研究现状 后冷变形金属被加热到一定温度，原始组织的变形再生新粮失真，性能也发生了显著的变化，并返回到完全软化状态，这个过程称之为再结晶7。金属材料在高温下不变形，冷作硬化和硬化过程中的软化过程进行了一起。在热变形，这直接影响到奥氏体组织状态的动态再结晶组织演变，关键在材料的粒度分布是，这在很大程度上决定了最终的显微组织和力学性能8 。后来的研究进展缓慢，以动态回复，动态再结晶和对过程的定量数学描述的晶粒生长，从而实现一个过渡分析来描述该过程。随后，由于硬件和软件等信息技术的飞速发展，形变理论的理论研究，组织进化已经进一步探讨，动态再结晶组织演化模拟也随之由最初的简单解析阶段发展到数值模拟阶段9。 Y. S. Na 等建立了镍基合金 718 在热变形过程中的微观组织演变模型，得出发生动态再结晶的临界应变值是应变速率、应变、温度的函数，并基于三维有限元模拟技术，分析了镍基合金 718 叶片预锻和终锻后的晶粒尺寸和体积分数10。 在中国，李等，通过测试热模拟，在热变形中粮的数学描述的变化从3CrNi3Mo钢获得的，与自主开发相结合哎哟热系统的有限元模拟粘塑性组合热锻气门发动机刚性仿真分析完成后晶粒尺寸风冷在不同的时间和锻造分布11。王连生等，利用塑性变形，热传导分析动态再结晶好哦速度接近锻造工艺45 STC锻钢，现场温度动态再结晶和粒度分布有限元12细粒度的仿真研究中重结晶。爱，建立了组织演变反映应力的神经网络连接的新的组成和模糊预测模型的材料流动的影响变形演化过程中构造钛合金TC6显微组织高温，并且将适用于刚粘塑性有限元程序，并考虑对热变形过程TC6涡轮盘锻件微观组织演变模拟的影响表明，终锻过程中不同工艺条件下的尺寸及晶粒的分布，讨论变形工艺参数微观结构的在变形过程中13的影响。1.2.3 道次间隔时间内的再结晶 静态再结晶率的因素：热变形后，当温度是恒定的，与奥氏体再结晶的反应发生，这取决于变形的奥氏体中的能量存储大小热形变过程中的速率，后奥氏体变形温度和降水在不同的粒度和第二阶段等组成的热逗留。一段时间后热轧材料变形后，应变储能的释放静电回收率的首次亮相将在静态恢复发生的静态再结晶的时候会很慢很慢，不是很拥挤当储存的能量完全释放发生。不变时，其他外部条件，以提高回收率和静态的，增加的应变速率的结晶速度，增加的胁迫，热变形较长的停留时间。 奥氏体静态再结晶过程中影响晶粒大小的原因13： （1）在相同条件下其他变形，热变形后的高奥氏体晶粒较小应变：冲击应该是可变的。 （2）影响应变率：应变速率对静态再结晶没有影响。在每天的实际生产过程中，由于限制了整体速率变化应变一些外部因素没有奥氏体的太大影响再结晶，因此，是不严格的。 （3）电压和温度的影响：对变形的晶粒尺寸奥氏体的热变形温度的影响是非常复杂的，这取决于静态再结晶的实施例。当再结晶发生在奥氏体区的部分中，当热轧的温度不足以达到所需的最低温度时，晶粒不重结晶增加，因为在存在未再结晶的有孔玻璃珠的她晶粒尺寸，使总变大。在一般情况下，在再结晶温度下的电压为小，没有很大的变化。 （4）影响奥氏体晶粒的原始大小：原奥氏体和储存的能量的颗粒尺寸是成反比的压力变形，变形后的原始晶粒尺寸越大，存储的能量较低，所以再结晶后最好的粮食。但是，当应变达到约75的再结晶晶粒尺寸的原始奥氏体晶粒尺寸的关系不大的原始奥氏体粒度的一个给定的工作范围内的影响是唯一有效的。 （5）微合金元素的影响：在固溶体中的微合金元素的主要作用是，它可以在该界面的界面能量能够降低存在，则颗粒表面的处理能力被削弱。在热轧过程中，微合金化的少量颗粒沉淀，从而可以有效地进行晶界的作用，以减少固定回复和再结晶的元素增加了能量存储变形。但是，由于金微组合（特别是Nb）的奥氏体再结晶的元素具有很强的阻挡作用，所以另一个相同的条件下压延，用微合金钢的元素和元素的微相比，再结晶晶粒的尺寸自由钢合金是比较大的。1.3 动态再结晶动力学模型 在热变形过程中，当施加的电压大于临界动态再结晶应变动态再结晶，于时间后续的再结晶子分数活力的组织会产生动态回复和动态再结晶发生亚;动态再结晶组织的任何部分出现在静态回复，静态再结晶真空，对软化直接影响工件14的内部质量的机制。因此，静态和动态再结晶法的热变形的研究，是钢的热加工组织优化的显著表现为生产的工作基础。 在20世纪，一些外国学者的变形高温材料用于冶金钢铁行为进行了大量的研究，特别是研究软化行为，组织变革和数学模型是日益激烈的状态高温变形的过程。 CMSeller教授谢菲尔德大学，冶金西班牙国家研究教授SFMedina J.Jonas加拿大麦吉尔大学教授，并开始研究动态回复和静态再结晶软化温度的热塑性金属变形过程14的机制。早期的研究主要集中在再结晶的微观机制，然后转移对高温软化和晶粒长大的过程中定量数学描述的行为研究的焦点。到目前为止，仍然有国内外科学工作者的参与下，新工艺或软化行为和数学模型工作组织演变的新钢种塑性变形过程中的一部分。1.4 微观组织转变的研究现状1.4.1 国内的研究现状 在中国，电子发病中的金属热动态再结晶和北京的变形研究宏观变形的晶粒细化关系研究所。到了世纪末，金荃麟教授力学和固体材料微观力学科学结合应用和不可逆热力学变量理论，包括完成三个变形机制和微观结构的变化在各种热硬性的 - 粘塑性本构关系，并根据本构关系开发的锻造工艺模拟软件和SF2D SF3D 15。陈慧琴，如使用热耦合技术微观刚粘塑性有限元数值模拟，Mnl8Crl8N膨胀钢保持环挤压复合材料的热成型和冷却过程进行模拟，并将得到的领域中与线用量约为变化热环16的参数的信息。仿真结果表明，该分布是粮食很不均匀热成型Mnl8Crl8N卡簧钢，通过控制冷却做匀浆后。方舟子和左丞17基于模拟程序小林锻造有限的基础上，利用微结构演化的模拟元素的VC + 5.0程序开发的，45号钢的动态再结晶过程热镦粒大小的模拟。但在本实验中使用的SPID方案有限元模拟没有考虑到温度场的热耦合，从而影响了仿真的精确度。吴瑞恒等人18所使用的应变硬化率和确定的动态再结晶的发生之间的关系。有些人，像DEFORM有限元软件，锐意已成功地应用于材料，如热处理，可以在上面的软件有模拟的微观结构的能力进行二次开发，曾志朋北京机电研究所19利用二次开发后DEFORM-3D模拟的有关过程进行了模拟，并通过比较实验结果和计算结果来验证所使用的材料构模型和参数值的准确度。与C-Mn钢的深化与完善的动态再结晶行为，当变形奥氏体区，目前的研究集中在一些微合金化钢的增长领域。李爱立信等20的流动变形的由热单次通过在各种条件下微合金钢压缩电压曲线，并获得了动态再结晶钢模型的基础上，对实验数据的实验研究。尺余斌等在铌钛铝合金轧制的热静微和过程的数学模型的显微组织演变再结晶行为进行了研究21。研究表明，理论和实验结果是类似于真实期望的结果，这种方法可以模拟静态再结晶的行为。然后尺余斌等为铌钛进行了研究和相变22讨论过程中的变化在微观结构校正后的数学模型热变形微观组织演变的冷却过程中微合金化钢。此外，耿世奇南昌航空技术研究所23采用重结晶和晶粒生长演变的软件DEFORM处理用户编译的子程序的基础上是模拟的锻造。并通过绘制实例，金属的大晶粒大小会影响其机械性能。金属和颗粒变形的热加工的大小，变形速率，变形温度的多次变形停机，金属层错能和化学成分和相关的粒度原。王进等为了确定动态再结晶的更精确的条件下，与工作应力和应变之间的加工硬化率的关系，以及对动态再结晶的方法的体积分数的信息建立了24 。刘舒麟等将通过动态再结晶模型的输入和热压缩软件25仿真实验来确定。但值得一提的是，它是完全基于动态再结晶仿真模型不够准确，样品的压缩仿真后的冷却速度会产生较大的影响1.4.2 国外研究现状 在本世纪中叶，有限元仿真技术已开始研究金属塑性成形中的应用。自从在著名的大型钢铁企业里，模拟金属成形技术模式的数量已成为工艺设计工具的必要性。为了解决工作中的表现等项目的改善和控制，研究重点已经从应力应变宏观变形和材料宏观模拟和预测模型的显微组织演变的一个简单的模拟进化而来的。塞拉斯，作为第一个在轧控冷工艺提出，发生金属和合金微观结构的变化，可以在一个数学模型来描述其主要特点26。明确提出了显微组织演变模型的概念，并建立了钢铁，铝，铜铝箔再结晶晶粒尺寸和实证模型的体积分数层压工业生产过程。20世纪90年代后，麦地那西班牙和其他合金钢的研究和再结晶行为的分析，建立其自己的动态再结晶数学模型27。数学模型是从以前的型号最大的区别在于，指数和系数中的经验公式是不恒定的，并指出，低合金钢和合金结构钢微观模型应用。虽然该模型可以做到在一定程度上减少工作量，但不支持合金元素模型的文本和组合的内容，从而使所需要的模型的精度得到进一步改善。随着热轧钢板深化显微组织演变的研究和改进的过程中，也出现了越来越多的石川28和郭29分别变形过程的软件用在钢的显微组织转化的锻造工艺进行了模拟。 DEFORM通过软件对大型锻件锻造工艺优化设计的二次开发。 1997年，Satio的等人30热力学的基础和核成核和生长的经典理论，建立钢的显微组织模式演变的结构。Jang等韩国的显微组织演变，只有钢的热粘塑性理论相结合的热锻工艺模拟，仿真和实验结果分析有较好的一致性31。该结果表明，该动态再结晶在一段时间内浓缩的部分变形的金属芯，静态再结晶的发生放电之后。娜研究分析了动态再结晶，再结晶亚洲连续动力学和晶粒长大的方程，它的使用是基于三维有限元模拟技术的镍基718是锻造过程中的两个步骤是模拟32。结果表明，该合金开始的动态再结晶的临界应变是应变率和温度的函数，数值模拟的结果是相似的实际微观结构锻造两个步骤来演示后，该方法可以用于预测的微观结构的演变。在热挤压过程中，李等的研究，以作为一个目标函数，利用组织演变的粘塑性刚性有限元模型的方法的平均晶粒尺寸和晶粒尺寸之间的实际差值，并研究了热挤压过程中，如优化的外形设计挤出物挤出矩阵实现良好的均匀性和微观结构33。谁发现，较高的动态再结晶晶粒尺寸应变速率越大，表明应变速率高的再结晶影响因子的热挤压过程。由于许多在计算机模拟的微观结构转型所描述的实验是成功的，相关的研究人员使用的仿真软件的所有强大的热加工整体仿真。 Phaniraj 34使用该软件DEFORM过程的有限元热轧钢板，负荷和温度分布的模拟微轧制系统之后，其变化的百分比的奥氏体的再结晶和晶粒尺寸的微细结构模型合理的预测。在样品的最终变形的材料的稳定状态下的初始晶粒大小具有显著影响。 Alniak等人35晶晶7m的初始细粒度，粗粮50晶晶P / M刘若英的95样品，分别在1050，1075和1100，应变速率10-4下-1粒之间10-1S测试的变化。研究表明，粗颗粒和细颗粒已细化在其塑性变形。值得注意的是，为了生成数据为稳定状态，必须确保样品用于测试的细粒物质（10微米），因为只有在这种情况下，为了下达到平衡状态的最大应力在压缩试验。挤压型材产品的静态再结晶的许多特性有显著影响，因此，了解和设备的变形过程中预测的变化在再结晶过程。谢泼德36的位错密度，粒度，和亚洲的基础上进行了错误的物理模型和有限元软件模拟FORGE3 FORGE2和AA2024铝合金挤压亚洲粮食计划由软件计算后，结果与实验值进行比较后发现，数值模拟的某些亚晶粒尺寸的实际测量值，以17.5的最大错误率。然而，为了测量子颗粒，9的测量误差的总体尺寸，并因此物理模型的测量是合理的。加拿大Elwazri 37等对过共析合金在热压缩实验有关的研究和最大变形方程合金在恒应力公式的动态再结晶晶粒尺寸建立不同的合金成分。结果表明，与活化能有关的峰值电压小于活化能活化产生恒定应力的微合金化元素v合金钢杆可以比普通的C-Mn钢大，可进一步通过添加V加热奥氏体晶粒尺寸后减小。在材料研究再结晶过程，确保重要前提产生动态再结晶。 Najafizadeh等人38仅在应力 - 应变曲线相比的最大应力的曲线进行了研究，研究硬化指数应力与工作之间的关系，并实现了对动态再结晶的初始条件，大大提高了预测模型的准确性。随着研究的金属再结晶深化和完善该领域，越来越多的人开始注重材料的功能性钢再结晶行为。由于硅结晶大小和晶穷人的取向将影响最终的磁学性质，斯托亚科维奇39进行了研究和分析系统方面。 AKTA等人40至3的硅下再结晶的行为后不同变形钢进行了研究后，热轧速度重结晶，得到奥氏体区的铁素体速度的两倍，并且再结晶率也有直接相关的材料的初始晶粒尺寸。伊朗Serajzadeh 41考虑到这样的因素如温度和拉伸过程中的温度和材料的变形是不断变化的，根据以往的经验，其型号为相应的改进。用该模型，并在低碳钢为相关热模拟实验的再结晶温度的输入字段的迭代的每个步骤。所得到的数值实验得到相似的结果。由此可以看出，随着研究的再结晶过程的深入，数学模型，使其与实际情况较为一致将得到改善。1.5 课题研究意义1.5.1 研究背景及意义本课题来源于包钢某钢厂即将使用100Assel轧管机生产液压支架管，为其实际生产提供理论指导。生产液压支架管的主要工艺是控轧控冷。控轧控冷是一项节约成本、简化工作流程、节约能耗的先进生产技术。钢管的控轧控冷工艺在生产热轧钢管时得到普遍应用。它是形变强化和相变强化的结合， 能极大程度地提高钢管的性能42。此次钢种是采用Assel轧管机生产，Assel轧管机是1932年由美国工程师Assel发明的一种三辊轧管机。该轧管机由于技术水平落后，在轧制过程中对金属的横向变形的控制不够到位。因此，使用Assel轧管机轧制大直径钢管是其现在最为主要的研究课题。主要发生在年底Assel轧由于轧钢机轧制钢管的问题壁薄，所以现在应用最广泛的Assel轧液法快速卷帘机闲置在短管段的终点不滚动相邻的刚性薄壁提供足够的支撑力;另一种快速的方法Assel轧丝机是利用楼梯钢心轴直径下降，降低端壁，以降低最大变形应力。这两种方法都可以很好的去除三角形排气管。传统的Assel轧丝机采用电机单元，通过变速箱驱动三卷。虽然它的辊速度，而是通过对负荷分布的滚子是不均匀的，从而在管子的壁厚不均匀的胎面的后端圆度和不足。所以，现在Assel轧大口径管轧机用一个独立的直接驱动。这种结构的优点是，你可以腾出更多的空间来放出口单位生产管径较大的焊管，每卷可以用来改变方法的速度，以补偿因造成的不平等分配负载差异滚动速度，并以补偿在直径恰好以外的轧辊的差别。轧辊采用单独传动，并且为轴向出料直接进入定径机，中间不需要设置再加热炉，这些都是当今 Assel 轧管机组的独特之处43。生产27SiMn 液压支柱管主要两大步骤，热轧阶段和轧后热处理阶段，这两大步骤的组织对于液压支架管的性能起决定性作用。本文课题27SiMn液压支架管织演变规律的研究就是基于这两个步骤的组织变化。通过对轧制阶段晶粒度变化和轧后的热处理对性能影响的研究以及27SiMn钢动态再结晶模型的建立对于优化轧制工艺，减少生产成本，提高液压支架管性能具有十分重要的意义。1.5.2 研究内容变形工艺参数对27SiMn钢在轧制时其显微组织以及是否发生动态再结晶有重要影响，本课题通过热模拟实验，在不同变形温度、不同变形速率、不同冷却速度等工艺参数对其显微组织影响规律和通过真应力-真应变曲线建立动态再结晶模型。实验结果可为27SiMn钢轧制生产提供一定的理论依据。本课题以包钢生产的27SiMn钢液压支架管为研究对象，利用热模拟试验机。研究内容如下：（1） 利用热模拟试验机，进行热模拟试验，研究不同的变形工艺参数（变形温度、变形速率、冷却速度）对27SiMn钢组织的影响，根据热模拟试验获得的真应力-真应变数据，研究变形工艺参数、建立27SiMn钢热变形过程中的动态再结晶数学模型。（2） 分析变形温度、变形速率、变形完成后的冷却速度等工艺参数对27SiMn钢的影响规律。第二章 实验材料及研究方案2.1 实验材料 本实验采用的试样为取自包钢薄板厂的27SiMn液压支架钢，其化学成分如表2.1所示。表2.1 27SiMn钢化学成分CSiMnAlPSCrNiCu0.240.311.310.0060.0240.0280.0170.0260.026 在钼丝切割机上将实验试样加工为正方体，然后将试样表面的锈迹打磨干净， 以备后续实验的使用。 2.2 主要实验设备 （1） Gleeble热模拟试验机本实验所使用的Gleeble-1500D型热模拟试验机，主要由加热系统、力学系统和计算机与数据采集系统组成，能够对加热温度及力学参数进行严格的控制。Gleeble热模拟试验机具有热/力精度高、升/降温速度快、加热温度高及变形速度快等显著优点。它采用电阻加热，能实现计算机的自动控制，能模拟连铸、轧钢、焊接及热处理等工艺过程，并能进行拉伸、压缩试验，能绘制出钢的CCT曲线等。（2） 蔡司金相显微镜 蔡司金相显微镜主要用于鉴别金属组织结构，可以进行质量控制、失效分析、新材料开发、结构成分的鉴定、晶粒度的测量、非金属夹杂物的检测、原材料的检验、材料金相组织的分析等，具有广泛的用途。2.3 实验方案2.3.1单道次压缩试验图2.1 变形参数对27SiMn钢显微组织的影响热模拟方案示意图 图2.2 27SiMn钢的CCT曲线测定工艺路线图试样制备：将材料加工成8mm15mm的圆柱体试样，经过打磨，抛光，腐蚀后要求达到一定的光洁度。要求准备40个试样。使用Gleeble-1500D热模拟试验机进行热模拟压缩试验，以10/s将试样加热到1200，然后保温5min，消除温度梯度后，再以10/s降到轧制温度（1150、1000、950、880），然后再保温30s后进行变形，在变形量为65%，应变速率为0.05s-1、0.1s-1、0.5s-1、1s-1、5s-1的条件下进行单道次压缩试验，之后以冷速为1/s、5/s、10/s、20/s冷却至室温，试验过程中测量和记录变形过程中的真应力-真应变数据。热模拟工艺示意图2.1所示，具体的实验方案如表2.4、表25、表2.6、表2.7所示。表2.4 变形温度对27SiMn钢组织的影响研究方案编号变形温度/变形速率/s-1变形量/%冷却速率/(/s)T18800.5655T29500.5655T310000.5655T411500.5655表2.5 变形速率对27SiMn钢组织的影响研究方案编号变形温度/变形速率/s-1变形量/%冷却速率/(/s)T59500.5651T69501651T79505651表2.6 冷却速率对27SiMn钢组织的影响研究方案编号变形温度/变形速率/s-1变形量/%冷却速率/(/s)T89501651T99501655T1095016510T1195016520冷速的制定依据为27SiMn钢的CCT曲线43。测定CCT曲线的工艺：将试样100/s快速加热 至奥氏体化温度920，保温10min，然后分别以0.5/s、1/s、3/s、5/s、10/s、20/s、40/s、50/s、60 /s的冷却速度将已奥氏体化的试样冷却至100，得到9 条温度-膨胀量曲线。从不同冷却速度下的膨胀曲线上确定相变开始点和相变终止点所对应的温度和时间，将其描绘在温度-时间(对数) 坐标上，得到27SiMn钢的CCT曲线，具体工艺路线如图2.2所示，测定的CCT曲线如图2.3所示。图2.3 27SiMn钢的CCT曲线表2.7 变形参数对27SiMn钢动态再结晶的影响实验方案编号变形温度/变形速率/s-1变形量/%冷却速率/(/s)1#8800.056552#9500.056553#10000.056554#11500.056555#8800.16556#9500.16557#10000.16558#11500.16559#8800.565510#9500.565511#10000.565512#11500.565513#880165514#950165515#1000165516#1150165517#880565518#950565519#1000565520#115056552.3.2 金相组织观察实验 在27SiMn钢上，用钼丝线切割机切取一块尺寸为DH=8mm15mm的正方体，作为观察原始27SiMn钢组织的试样，将原始试样和经过热模拟机轧制后并从中间切开的试样分别进行标定，然后进行金相实验。将之前准备好的试样和每个冷却至室温的试样经过镶样后制成金相试样，再经过磨样、抛光之后用4.0%的硝酸酒精进行腐蚀，完成以上处理工序后，利用蔡司金相显微镜观察常温组织试样，并拍摄金相照片，每个试样分别取三至五张不同放大倍数的典型组织照片。分析原样以及在不同的变形温度、变形速率、变形量、冷却速率下进行轧制后的试样和晶粒尺寸的区别。第三章 实验结果与分析3.1 变形参数对27SiMn钢组织的影响3.1.1 不同变形温度对 27SiMn钢组织的分析 图3.1是27SiMn 钢在变形速率为0.5 s-1，变形量为65%，变形后冷却速率为5/s的情况下，在变形温度分别为880、950、1000、1150时，进行变形后得到的金相组织照片。图3.1中，在四个不同的变形温度下，27SiMn钢的主要组织都是铁素体和珠光体，并出现了少量的魏氏体组织。如图3.2（a）（d）金相照片中铁素体平均晶粒尺寸依次为9.3m、9.7m 、10m 、10.3m。从图3.1中可以看出，当变形温度较低时，铁素体晶粒基本呈尖角形，铁素体含量比较多；而变形温度较高时，铁素体晶粒多呈等轴状。并且，随着变形温度的升高，铁素体晶粒逐渐变得粗大，当变形温度由880升高到1150时，铁素体晶粒的平均直径由9.3m增大到10.3m。 图3.1 不同温度变形5 /s冷却后微观组织 （a）880 （b）950 （c）1000 （d）1150 3.1.2不同冷却速度对 27SiMn钢组织的分析如图3.2（a）（d）是27SiMn钢在变形温度为950、变形速率为1s-1，变形量为65%的情况下，变形完成之后分别以1/s、5/s、10/s、20/s的冷却速率冷却至室温的金相组织照片。如图3.2（a）、（b）的主要组织都是铁素体和珠光体，图3.3（c）（d）的主要组织是