U75V金属的再结晶行为研究

谭 军，康嘉芸

（华菱湘潭钢铁有限公司，湖南 湘潭 411101）

与普通线路相比，金属轨道不仅要承受机车压力，还要承受列车高速运转所带来的冲击载荷,针对金属轨道实际工作时的损耗情况，宜采用重型金属轨道, 且此金属轨道的材质应具备“高纯净度、高强度、高韧性、高精度和良好可焊性”[1]。为了获得细小晶粒组织，和使金属拥有优良的综合力学性能。研究人员对U75V金属采用控制轧制工艺。而热塑性变形过程中或变形之后的金属组织的再结晶在控制轧制中起着决定作用。本研究用热模拟实验研究U75V金属的静、动态再结晶行为，通过分析得出该金属发生静态再结晶的温度，和发生动态再结晶的温度和变形速率大小。为U75V金属在今后的实际生产过程，提供了最合宜的工艺参数，以获得最优良的性能。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

实验用金属为真空感应炉冶炼，浇铸成50kg铸锭，金属锭尺寸为Φ170mm×350mm。在均热炉中加热至1250℃，均热2小时后开始轧制。试验金属的化学成分及试样尺寸分别如下表1图1。

表1 试验金属化学成分（质量分数，%）

图1 试验所用试样尺寸

1.2 试验方法

将所选金属材加工成φ8×12mm的小圆柱体，送入热模拟机（thermecmastor-Z）进行压缩变形。热模拟机先将试件以10℃/s加热1250℃，保温15min，以保证其中的V(C,N)的微合金元素充分固溶。然后以5℃/s的冷速冷却到设定的形变温度，等温进行两次压缩变形，每次形变量均为30%,形变速率均为3/s 。两次形变之间停留不同的弛豫时间。取1000℃、950℃、920℃、900℃，880℃及850℃六个温度进行等温压缩变形。经计算得到再结晶分数曲线，通过分析得出该金属发生静态再结晶的温度。通过模拟两道次热变形，研究试验金属的动态再结晶行为，根据应力——应变曲线分析该金属发生动态再结晶的温度和变形速率大小。

2 试验结果及分析

图2,3和4分别表示同一应变速率、不同温度时的应力-应变曲线。U75V金属变形速率为1/s时，在850～1250℃之间变形时，均能够发生动态再结晶。当变形速率增大到10/s和70/s时，只有850℃变形时发生了动态再结晶；而在950～1250℃变形时，仅能够发生动态回复。变形速率一定时，随变形温度升高，最大应力降低。

图2 1 s时的应力-应变曲线

图3 10 s时的应力-应变曲线

图4 70 s时的应力-应变曲线

图5 850℃时的应力-应变曲线

图6 1050℃时的应力-应变曲线

随着应变速率的增大，应力-应变曲线上的峰值应力、应变较大，动态再结晶难以发生。例如图5，在850℃、70 s的条件下，再结晶很不明显；在1～70 s的应变速率范围内基本上不发生再结晶。如图6，在1050℃、1 s的条件下，发生了动态再结晶现象。在高的变形温度、大变形量和低应变速率的条件下，动态再结晶易于发生。

图7 U75V金属的动态再结晶图（1250℃保温2h，轧后空冷）

表2 U75V金属动态再结晶实测数据

根据图2应力-应变曲线上计算得到表2中的数据,再据此做出动态再结晶图,如图7。随着变形温度的升高，发生和完成动态再结晶的临界变形量也逐步减小。1/s，当变形温度为850℃时的起始和终止真应变分别为0.17和0.83;1150℃则分别为（真应变为0.20和0.67）。这种金属发生和完成动态再结晶的临界变形量差较大，因此可认为这种金属不易发生和完成动态再结晶。

再结晶激活能的计算公式:

根据图2、3、4中真应力-应变曲线，求出各变形条件下的峰值应力如表3。做各温度下的Ln对σp关系曲线图，分别求出各曲线的斜率,则

表3 各变形条件下的峰值应力

图8 各温度下1/T×10-4与关系曲线

图9 U75V金属的静态再结晶开始-结束情况曲线

同理1/T×10-4和的关系曲线，如图9，求出平均斜率。则动态再结晶激活能

而后采用 Back-extrapolation方法处理两道次压缩应力-应变曲线得到的静态再结晶率-时间曲线，如图9。温度越高，再结晶将更为迅速的进行，且影响十分显著。随着等温形变温度降低，再结晶过程较以前有加速的倾向。形成这种现象的主要原因是V（C、N）质点析出阻止了再结晶的进行。文献指出，钒的固溶度积很大，通常钒的碳化物在900℃以下才开始析出，金属中加了氮以后，钒的氮化物的析出温度有所提高，大约提高到950℃左右。金属在1000℃压制变形时，没有钒的碳氮化物析出，再结晶没有受到任何阻止，再结晶过程很快就完成；在950℃压制变形时，只有少量的碳氮化物析出，对再结晶有一定的阻止作用，因而在静态再结晶曲线上有短暂的平台；在900℃压制变形时，有较多量的碳氮化物析出，对再结晶有较大的阻止作用，因而在静态再结晶曲线上有较长的平台；当等温压制形变温度继续降低至880℃和850℃时，碳氮化物就大量析出，试样金属几乎不发生静态再结晶。所以，试验金属的静态再结晶曲线的结果是符合基本理论的[3]。

3 结论

（1）U75V金属变形速率为1/s时，在850～1250℃之间变形时，均能够发生动态再结晶，

而）变形速率增大到10/s和70/s时，只有在850℃变形时发生了动态再结晶，而在950～1250℃变形时，仅能够发生动态回复。

（2）变形速率一定时，随变形温度升高，最大应力降低，该金属的热变形激活能Q为370.3324KJ/mol。

（3）静态再结晶曲线表明：该金属再结晶温度在1000℃以上，950℃以下由于碳氮化钒的析出，推迟了再结晶。