201不锈钢管形变规律研究

使用Ｔｈｅｒｍｅｃｍａｓｔｏｒ－Ｚ（３００ｋＮ）型热加工模拟实验机，研究了201不锈钢管在变形温度１０００～１２５０℃、变形速率０．１～５０ｓ－１条件下的形变规律，绘制了应力—应变曲线。试验结果表明，该钢的变形抗力随着变形温度的升高而降低，随变形速率的增大而增大。在变形速率为10ｓ－１、变形温度１０００～１２５０℃条件下，变形抗力随应变增加出现明显峰值。通过回归分析建立了变形抗力模型，该模型具有较好的拟合特性，计算值与实测值拟合较好，可为生产工艺参数的制定提供参考。

在设计轧制设备及制定材料轧制规程时，变形抗力通常是重要依据。变形抗力是材料抵抗变形的能力，其主要影响因素包括：１）材料化学成分、组织、晶粒大小等；２）变形速率、变形温度及变形程度。本文使用Ｔｈｅｒｍｅｃｍａｓｔｏｒ－Ｚ（３００ｋＮ）型热加工模拟实验机对201不锈钢管进行高温单道次压缩实验，分析在高温压缩过程中的形变特征，并建立了变形抗力模型，为生产工艺参数的制定提供参考。

１实验材料及方法

１．１实验材料本实验采用的是热轧态的201不锈钢管，其化学成分见表１。

１．２实验方案

将试样加工成Φ８ｍｍ×１２ｍｍ的圆柱形试样，使用Ｔｈｅｒｍｅｃｍａｓｔｏｒ－Ｚ（３００ｋＮ）型热加工模拟实验机对201不锈钢管进行高温单道次压缩实验。由于目前钢材的轧制多采用奥氏体单相区轧制，本实验将试样加热至奥氏体温度区并保温，得到完全奥氏体组织，然后缓慢降温至设定的温度进行压缩变形，变形过程可以设定不同的变形参数，包括变形温度及变形速率，变形完成后空冷至室温。实验工艺如图１所示。变形速率分别为０．１，１，５，１０，５０ｓ－１，变形温度为１０００，１０５０，１１００，１１５０，１２００，１２５０℃，变形量５０％（真应变为０．６９３）。

２实验结果及分析

２．１应力－应变曲线

201不锈钢管在不同变形条件下的应力－应变曲线如图２所示。

２．２变形参数对变形抗力的影响

通常材料在奥氏体变形过程中，变形抗力曲线有Ｎ型和Ｄ型２种形式。Ｎ型表现为随着应变增加，变形抗力急剧增加，随后曲线逐渐减缓趋于稳定。Ｄ型表现为随着应变增加，变形抗力急剧增加，出现应力峰值，随后曲线略有降低，到一定程度趋于稳定。２种类型变形抗力的表现形式不同，是由材料变形发生的组织变化引起的。最初金属产生的形变引起了剧烈的晶格畸变，使滑移发生困难，变形抗力均急剧增加。随着变形程度的增加材料发生了动态回复，降低了变形产生的部分硬化，因此材料变形抗力变化趋缓。当变形程度不断加大，材料内部的位错应力场造成的畸变能不断积累，达到一定程度时，便发生动态再结晶。动态再结晶使更多的位错消失，使变形抗力下降直至达到平衡状态。

２．２．１变形程度的影响

从图２可以看出，在变形初期，变形抗力增加趋势非常明显，当变形程度大于０．１时，变形抗力增加不明显。当材料变形速率在１０ｓ－１以下，较高温度时，如图中１ｓ－１，１１００℃和０．１ｓ－１，１２００℃条件时，材料发生了动态再结晶，使更多的位错消失，使变形抗力下降［１］。而材料在高的变形速率下（５０ｓ－１），发生了动态回复，动态回复降低了变形产生的部分硬化，因此材料变形抗力变化趋缓。

２．２．２变形温度的影响

研究表明，变形温度是影响变形抗力的重要因素。图３是201不锈钢管在变形程度一定时，应力－温度曲线。由图３可知，当变形程度一定时，变形抗力与变形温度呈反比关系。这主要是由于［２］：１）变形温度的升高促进了金属的动态再结晶，加强了动态再结晶的回复软化作用，减轻了由塑性变形产生的加工硬化；２）变形温度的升高使材料原子间结合力减弱，有利于材料塑性变形，降低了材料的变形抗力；３）随着变形温度的升高，材料动能增加会形成新的滑移系，降低变形抗力。

２．２．３变形速率的影响

图４是201不锈钢管在变形程度固定时，应力－变形速率曲线。从图４可知，变形速率对变形抗力的影响是相当显著的。当变形温度一定时，变形速率越高，则变形抗力越大。这是因为金属在塑性变形过程中，在晶体内部产生相互制约的２个过程，即加工硬化和回复再结晶软化，而变形抗力的变化趋势取决于这２个过程哪个占主导地位。在同一变形量下，当变形速率较大时，发生软化的时间较少，加工硬化占主导地位，因而变形抗力也就越大。而当变形速率越低时，就越容易发生动态回复和再结晶，软化过程占有主导地位，因而变形抗力下降。

同时，不同的变形温度下，变形速率对变形抗力的影响表现也有不同。当变形温度较低时，变形速率对变形抗力的影响表现更为显著。这主要是由于温度较低时，原子的活性及动能降低，不利于动态回复及再结晶的发生，从而其软化的效果有限，此时，变形速率的影响更为显著。

结论

１）使用Ｔｈｅｒｍｅｃｍａｓｔｏｒ－Ｚ（３００ｋＮ）型热加工模拟实验机，对201不锈钢管进行高温单道次压缩实验，绘制了应力－应变曲线，实验用钢的变形抗力随着变形温度的升高而降低，随变形速率的增大而增大。实验用钢在变形速率为１０ｓ－１条件下，温度区间（１０００～１２５０℃），变形抗力均出现明显峰值。而在其他变形速率条件下，较高温度区间，变形抗力出现峰值。２）通过回归计算得到变形抗力模型。通过误差分析，其相关系数Ｒ＝０．９８３２，均方差ＲＭＳＥ＝８．７６１６，模型拟合度较好，可用于实际生产指导。