低碳含硼冷镦钢高温变形行为的研究

摘要

低碳含硼冷镦钢主要用于汽车、工程机械等紧固件生产，通过添加微量硼元素，可以改善材料的高温力学性能，节约贵金属元素等，是冷镦钢应用的一个重要方向。本文通过高温拉伸试验，扫描电镜、透射电镜等分析手段研究了含硼量、应变速率等对低碳含硼冷镦钢高温塑性的影响，通过在康卡斯特连铸机上进行工艺试验生产了合格的10B06钢坯；通过热压缩实验研究了10B06的高温流变行为，推导了其本构方程；通过有限元模拟方法研究了开轧温度对低碳含硼钢粗轧过程变形规律的影响，并在大盘卷生产线上进行了工艺试验。论文主要研究结果如下：
　　 (1)在Gleeble-1500热模拟试验机上对10B06和10B15在750℃～950℃温度区间内的高温拉伸变形行为进行了研究。采用较低的应变速率能改善10B06和10B15的高温塑性。与应变速率为1×10-3s-1时相比，应变速率为5×10-4 s-1时，含硼量为17ppm的10B06在所有温度区间内的断后伸长率提高了5％；10B15在850℃～900℃时的高温塑性低谷区变浅变窄，断后伸长率提高了约5％。
　　 (2)在康卡斯特连铸机上对10B06冷镦钢的生产进行了工艺试验。通过控制含硼量，降低拉速和水冷强度，使二冷时连铸坯表面温度升高，避开高温脆性区间，可以生产出表面质量良好的10B06冷镦钢，调整后适宜的低碳含硼钢含硼量和生产工艺为：含硼量5～35ppm，拉速2.6～2.7m/min，二冷水冷强度0.97。
　　 (3)在MMT200热模拟试验机上对应变速率0.01～20s-1，变形温度750～1100℃时10B06单道次高温压缩流变行为进行了研究。高温变形时流变应力的变化是动态再结晶、动态回复与加工硬化联合作用的结果。当变形温度较低、应变速率较小时，压缩变形时更容易出现动态再结晶的现象；而变形温度较高、应变速率较大时，主要体现为动态回复类型。该材料的变形激活能为220.1323 kJ·mol-1，其本构方程为：
　　 ε=7.86×108[sinh(0.0074230σ)]5.2724exp(-220132.3/8.314T)(4)通过有限元分析软件对10B06粗轧过程变形规律进行了模拟研究，获得了轧件的等效应变、变形区等效应力、温度场、轧制力和轧制力矩等。开轧温度为1020、1050、1080℃时坯料轧后的断面形状和尺寸与实际生产中坯料形状基本吻合，开轧温度1050℃时10B06表面和截面温度分布均匀，轧制力变化小，坯料内部损伤最小。
　　 (5)在大盘卷生产线上对10B06冷镦钢盘条的生产进行了工艺试验。坯料出炉温度为1050±20℃，高线轧制后盘条表面质量提高，结疤等缺陷消失，冷镦性能良好，冷镦合格率由60％提高到100％。