无磁钢热变形行为及组织性能研究

论文摘要

本课题为宝钢“特种金属与合金板带轧制工艺技术”项目的子课题。该项目主要结合宝钢股份特殊钢分公司板带工程的建设而提出,其主要目的是为了确保该项工程的顺利实施和生产顺利进行,开展特殊钢板带炉卷轧机热轧工艺研究,并对特钢轧制过程的温度制度、轧制规程、组织性能控制、板形控制和表面质量控制技术等进行研究。特钢品种繁多,其热变形行为差异很大,因此,有必要针对具体的合金品种详细研究其热加工特性,为其在宝钢最近建设的炉卷轧机生产线上的商业化生产提供技术与理论支持。本文主要研究其中的30Mn20Al3无磁钢。本文以30Mn20Al3无磁钢为实验材料,通过高温压缩热模拟实验,结合金相观察,对30Mn20Al3无磁钢的高温热变形行为、显微组织演变进行了研究;通过试验钢热轧实验,对不同冷却制度下的30Mn20Al3无磁钢的组织和性能进行了分析和测试。论文得到的主要结论如下:（1）研究了热变形参数对30Mn20Al3无磁钢的高温变形抗力的影响规律。研究表明:在热变形过程中,30Mn20Al3无磁钢的变形抗力随应变速率的增大而增大,随着变形温度的升高而降低。变形温度与变形速率的变化会导致动态回复和动态再结晶等复原过程,变形程度对变形抗力的影响随此发生较复杂的变化。（2）研究了热变形参数对30Mn20Al3无磁钢的变形组织的影响规律。研究表明:试验钢在1150℃变形时,在0.5和2s-1应变速率下均发生了动态再结晶,在5和10s-1应变速率下发生动态回复;在2s-1应变速率下变形时,随着变形温度的升高,动态再结晶程度增加。（3）通过热模拟实验数据,分别建立了30Mn20Al3无磁钢的变形抗力模型与高温本构方程,并获得了热变形激活能和相关的材料参数。（4）根据热加工图理论,以动态材料模型为基础首次建立了30Mn20Al3无磁钢在不同应变量时的热加工图。结果表明:30Mn20Al3无磁钢热加工时通过组织演化而耗散的效率从高应变速率区域到低应变速率区域持续增加。在应变量为0.6时,30Mn20Al3无磁钢的首选加工区域在0.05s-1～0.2s-1,1050℃～1150℃范围内。（5）对试验钢热轧后不同冷却制度的组织性能进行比较分析,结果表明:经热轧空冷及水冷的试样中水冷组织比空冷组织更细小;通过分析不同冷却制度试样的力学试验的结果,发现水冷后试样有着更高的屈服强度和抗拉强度,空冷后试样有着更高的伸长率和断面收缩率,经过综合分析认为水冷后试样有着更好的力学性能;通过分析拉伸试样的断口扫描照片,可以判断试样的断裂为韧性断裂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 奥氏体无磁钢的发展概况
• 1.3 影响无磁钢奥氏体稳定性的因素
• 1.3.1 合金元素的作用
• 1.3.2 热处理和塑性变形对奥氏体稳定性的影响
• 1.3.3 低温对奥氏体稳定性的影响
• 1.4 无磁钢的分类、生产工艺、性能特点及应用
• 1.4.1 非不锈的无磁钢
• 1.4.2 无磁不锈钢及无磁不锈耐蚀合金
• 1.5 本文所研究的钢种:30Mn20Al3无磁钢
• 1.6 本文主要研究内容，目的及意义
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 单道次压缩实验
• 2.2.2 室温拉伸实验
• 2.3 本章小结
• 第3章 30Mn20Al3无磁钢变形抗力模型研究
• 3.1 变形抗力研究基本理论
• 3.1.1 影响金属变形抗力的因素
• 3.1.2 热加工金属变形抗力模型
• 3.2 实验结果及分析
• 3.2.1 真应力—真应变曲线
• 3.2.2 热变形参数对变形抗力的影响
• 3.2.3 热变形参数对微观组织的影响
• 3.3 变形抗力模型的建立
• 3.3.1 数学模型建立的原则
• 3.3.2 30Mn20Al3无磁钢变形抗力数学模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 30Mn20Al3无磁钢本构模型研究
• 4.1 引言
• 4.2 30Mn20Al3钢的热变形行为
• 4.2.1 30Mn20Al3钢真应力—真应变曲线
• 4.2.2 30Mn20Al3钢的本构方程
• 4.3 本章小结
• 第5章 30Mn20Al3无磁钢热加工图研究
• 5.1 加工图的理论基础
• 5.1.1 动态材料模型
• 5.1.2 基于DMM的失稳判断准则
• 5.2 30Mn20Al3无磁钢的加工图绘制与分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 30Mn20Al3无磁钢热轧组织性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验设备
• 6.3 实验材料及工艺参数
• 6.4 实验结果及分析
• 6.4.1 试验钢热轧后微观组织分析
• 6.4.2 试验钢热轧后力学性能检验
• 6.4.3 室温拉伸断口形貌分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢