CN107423469B - 一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的判定方法。本发明方法包括：对06Cr19Ni9NbN钢进行平面应变压缩后，测得06Cr19Ni9NbN钢压缩后的实际晶粒尺寸和实际动态再结晶百分数；采用DEFORMM模拟该钢平面应变压缩过程，得到压缩后06Cr19Ni9NbN钢的模拟晶粒尺寸和模拟动态再结晶百分数；调节模拟参数使模拟晶粒尺寸和实际晶粒尺寸一致以得到最优模拟参数；在最优模拟参数条件下根据DEFORMM模拟该钢在不同温度的应变与动态再结晶百分数的变化规律，建立该钢的锻透临界数学模型，当锻透临界值为零时表示钢锻透。本发明方法操作简单，可准确判定06Cr19Ni9NbN钢是否锻透。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁锻制领域，尤其涉及一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的判定方法。
背景技术
06Cr19Ni9NbN是一种新型的奥氏体不锈钢，它是在现有的06Cr19Ni10不锈钢的基础上，加入了少量的N和Nb元素，N元素的加入，降低了不锈钢的晶间腐蚀敏感性，改善了钢的耐蚀性，而Nb元素的加入，提高了不锈钢的高温强度。该不锈钢具有较强的防锈、耐腐蚀性能，和较佳的可塑性和韧性，其金属制品耐高温、加工性能好，因此广泛应用于工业、食品和医疗等行业。该材料是单相奥氏体不锈钢，不能通过热处理强化，只能通过热变形细化晶粒。
06Cr19Ni9NbN钢热变形过程中发生着复杂的组织演变，影响其最终力学性能，因此，锻造过程中判断材料是否锻透对于其最终质量至关重要。而锻透性是指锻件沿锻造方向塑性变形的深度，主要受锻造设备的吨位、锤头(亦称砧子)尺寸、成形速率和材料等因素的影响。
目前，对于锻透问题研究主要集中在镦粗、拔长及径向锻造中，而锻透临界值的判定主要依据经验方法，该方法缺乏必要定量分析，与实际热加工联系不紧密、不方便、不准确，且无理论根据。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的判定方法，主要目的是解决不能准确判定06Cr19Ni9NbN钢是否锻透的技术问题。
为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的鉴定方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对06Cr19Ni9NbN钢进行平面应变压缩，测得压缩后所述06Cr19Ni9NbN钢的实际晶粒尺寸并计算出实际动态再结晶百分数；
(2)采用有限元工艺仿真系统DEFORMM模拟所述06Cr19Ni9NbN钢在与步骤(1)中压缩工艺参数相同条件下进行平面应变压缩过程，得到压缩后所述06Cr19Ni9NbN钢的模拟晶粒尺寸、模拟动态再结晶百分数以及两者的变化规律；
(3)对比所述实际晶粒尺寸和所述模拟晶粒尺寸，对比所述实际动态再结晶百分数和模拟动态再结晶百分数，调节所述有限元工艺仿真系统DEFORM的模拟参数，使所述模拟晶粒尺寸和所述实际晶粒尺寸相同并且所述实际动态再结晶百分数和模拟动态再结晶百分数相同后即得到DEFORM的最优模拟参数；
在已知所述DEFORM的最优模拟参数条件下，利用DEFORM重新模拟所述模拟晶粒尺寸和所述模拟动态再结晶百分数的变化规律，得到所述06Cr19Ni9NbN钢的锻透临界模型：
其中，ω为锻透临界值，ε为应变；
Z表示温度补偿应变速率因子，
其中，
为应变速率，T为温度；
所述ω为零时表示所述06Cr19Ni9NbN钢锻透，根据锻透临界模型计算出所述06Cr19Ni9NbN钢锻透时的临界应变值。
作为优选，所述06Cr19Ni9NbN钢的锻透临界模型具体表达过程为：
根据DEFORM模拟所述模拟晶粒尺寸和所述模拟动态再结晶百分数的变化规律得到模拟应变与模拟动态再结晶百分数的模型表达式：
εp＝0.0056Z0.117，
其中，Xd为动态再结晶百分数，ε为应变，εp为峰值应变；
所述模拟动态再结晶百分数对所述模拟应变求导数，得到模拟动态再结晶率与所述模拟应变的数学表达式：
所述模拟动态再结晶率对所述模拟应变求导数，得到所述06Cr19Ni9NbN钢锻透临界数学模型：
作为优选，所述DEFORM的最优模拟参数为环境对流系数、与模具接触面传热系数、摩擦系数、模具预热温度、坯料的网格数以及模具网格数。
作为优选，步骤(3)采用有限元工艺仿真系统DEFORMM模拟平面应变压缩过程的环境对流系数为0.02N/s/mm/℃，与模具接触面传热系数为3N/s/mm/℃，摩擦系数为0.7，模具预热温度为200℃，坯料的网格数量为50000，模具网格数量为8000。
作为优选，步骤(1)中对06Cr19Ni9NbN钢进行平面应变压缩是采用重量为500t的液压机进行操作；
所述平面应变压缩的变形温度为1000℃-1200℃，所述平面应变压缩的变形量为17％-46％；
步骤(1)中测得压缩后所述06Cr19Ni9NbN钢的实际晶粒尺寸是采用Zaiss Imager金相显微镜测定。
作为优选，所述06Cr19Ni9NbN钢的变形温度为1000℃，所述06Cr19Ni9NbN钢锻透时的临界应变值为0.52；
所述06Cr19Ni9NbN钢的变形温度为1100℃，所述06Cr19Ni9NbN钢锻透时的临界应变值为0.41；所述06Cr19Ni9NbN钢的变形温度为1200℃，所述06Cr19Ni9NbN钢锻透时的临界应变值为0.35。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结合平面压缩实验和有限元模拟，针对06Cr19Ni9NbN钢热变形工艺，获得了该钢的锻透临界值，并建立了锻透数学模型，该模型可通过宏观工艺参数判定该材料的锻透临界应变值，可方便、准确制定该钢的最优锻造工艺，节省成本，提高效率。
附图说明
图1a是本发明实施例1的试样压缩前结构示意图，图1b是试样压缩后结构示意图；
图2是本发明实施例1和实施例3的不同温度下的压下量和晶粒尺寸的关系图；
图3是本发明实施例1和实施例3的不同温度下的压下量和动态再结晶百分数的关系图；
图4是本发明实施例2的不同温度下压下量和延伸率的关系图；
图5是本发明实施例2的不同温度下压下量和屈服强度的关系图；
图6是本发明实施例4的应变与动态再结晶体积百分数的关系图；
图7是本发明实施例4的应变与动态再结晶率的关系图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
DEFORMM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺；通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员：设计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场试验成本。提高工模具设计效率，降低生产和材料成本。缩短新产品的研究开发周期。
实施例1
选取06Cr19Ni9NbN钢作为平面应变压缩实验试样，一共六件试样，利用500t的液压机对六件06Cr19Ni9NbN钢进行平面应变压缩实验，模具的压下速度为4mm/s，试样的尺寸均为300mm×90mm×55mm；六件试样压缩变形工艺参数如表1所示，其中一件06Cr19Ni9NbN钢试样压缩前后结构示意图如图1所示，其他试样压缩前后结构示意图与如1类似；压缩形变趋于稳定后，对六件试样进行淬火，并在淬火后的试样心部取样，经研磨抛光，用ZaissImager金相显微镜对六件试样进行显微组织观察(OM-光学显微镜)，根据ASTM(平均晶粒度)晶粒度测量标准，测出实际平均晶粒尺寸，观察晶相照片，测出发生动态再结晶区域面积及没有发生动态再结晶区域面积即可计算出实际动态再结晶百分数，如图2所示，是该钢在不同温度下的压下量和晶粒尺寸的关系图，如图3所示，是该钢在不同温度下的压下量与动态再结晶百分数的关系图；如图2可知，该钢在1000℃压缩时，曲线斜率先增大，后出现拐点并趋于平缓，说明晶粒尺随压下量的增大而逐渐变小，过拐点处晶粒尺寸趋于稳定基本不再随压下量的增大而变化，说明该钢已经锻透，分别得到了该钢压缩后试样在1000℃、1100℃和1200℃锻透时的晶粒尺寸分别为52μm、67μm和83μm，对应的压下量分别为40％、34％和30％。
表1平面应变压缩实验参数
实施例2
将实施例1的六件压缩后试样用电子万用试验机(ag-xpivs100KN)分别进行室温拉伸实验，拉伸速度均设置为4mm/min，测得六件压缩后试样的实际延伸率和实际屈服强度；如图4所示，是该钢不同温度下的压下量和延伸率的关系图，如图5所示，是该钢不同温度下的压下量和屈服强度的关系图；由图4可知，上述压缩后试样的实际延伸率随着压下量的增大而先增大后趋于平缓，同理，由图5可知，上述压缩后试样的实际屈服强度随着压下量的增大而先增大后趋于平缓，上述力学性能和压下量(应变)的关系图可说明该钢已经锻透，因此，得到了该钢分别在1000℃、1100℃和1200℃锻透时的实际延伸率和对应应变，实际屈服强度和对应应变。通过实施例2获得的实际屈服强度和实际延伸率已趋于稳定说明该刚在对应温度和对应压下量下已经锻透。
实施例3
利用DEFORMM软件对实施例1的整个压缩过程进行仿真模拟，该模拟中采用的平面应变压缩的变形温度，变形量均与实施例1实验的工艺参数相同；DEFORMM模拟参数设置：环境的对流系数为0.02N/s/mm/℃，与模具接触面传热系数为3N/s/mm/℃，摩擦系数为0.7，模具预热温度为200℃，坯料的网格数量为50000，模具网格数量为8000；通过仿真模拟，得到了06Cr19Ni9NbN钢压缩后试样的模拟晶粒尺寸和模拟动态再结晶百分数；
如图2所示，该钢在模拟环境下在不同温度下的压下量和晶粒尺寸的关系图，如图3所示，该钢在模拟环境下在不同温度下的压下量与动态再结晶百分数的关系图；
由图2可知，实施例1实际测得的压下量和晶粒尺寸的变化规律和实施例3模拟的压下量和晶粒尺寸的变化规律基本一致；同理，由图3可知，实施例1实际测得的压下量和动态再结晶分数的变化规律和实施例3模拟的压下量和动态再结晶分数的变化规律基本一致，说明上述设置的模拟参数适合本模拟过程，可作为最优模拟参数。
实施例4
在上述DEFORM的最优模拟参数条件下，根据DEFORM模拟出模拟晶粒尺寸和模拟动态再结晶百分数的变化规律得到模拟应变与模拟动态再结晶百分数的模型表达式：
其中，Xd为动态再结晶百分数，ε为应变，εc为再结晶临界应变，εp为峰值应变；模拟应变与模拟动态再结晶百分数的关系图如图6所示；
模拟动态再结晶百分数对模拟应变求导数，得到模拟动态再结晶率与模拟应变的数学表达式：
模拟动态再结晶率与模拟应变关系如图7所示；
模拟动态再结晶率对模拟应变求导数，得到06Cr19Ni9NbN钢锻透临界数学模型：
其中，Z表示温度补偿应变速率因子，ε表示应变，ω表示锻透临界值；当锻透临界值ω为零时，表示06Cr19Ni9NbN钢锻透；如图7所示，处于拐点处的应变为06Cr19Ni9NbN钢锻透临界应变值；
如图7可知，06Cr19Ni9NbN钢的变形温度为1000℃，其锻透时的临界应变值为0.52；06Cr19Ni9NbN钢的变形温度为1100℃，其锻透时的临界应变值为0.41；06Cr19Ni9NbN钢的变形温度为1200℃，其锻透时的临界应变值为0.35。
动态再结晶是表征是否锻透的一个重要参量，随着压下量的增加，动态再结晶先快速增加，后逐渐趋于稳定，应变和动态再结晶曲线的斜率(即动态再结晶率)是先快后慢，找到关系过程中变化的转折点(即拐点)，对动态再结晶率求二阶导数，得到的拐点就是所求应变值。
由图2拐点处的晶粒尺寸、图3拐点处的动态再结晶百分数，图4和图5拐点处的力学性能均趋于稳定，因此可认为上述06Cr19Ni9NbN钢在对应温度下已经锻透。
通过对比实施例1压缩实验的结果(如图2和图3)，实施例2拉伸实验的结果(如图4和图5)，实施例4模拟实验的结果(如图6和图7)，三者均表现出06Cr19Ni9NbN钢在对应温度下锻透时表现出的变化规律和特征参数基本一致，进一步验证了实施例3模拟出的最优模拟参数是正确的，实施例4建立的求取锻透临界应变值的模型是正确的。说明本发明的模拟过程可准确代替实际实验过程，本发明的模拟模型可模拟出实际实验中未实施的实验数据。
本发明主要目的是建立一种新的锻透临界模型，用来判定钢是否锻透，优点在于建立的模型包含了应变，温度和应变速率，通过上述锻透临界公式可以方便的算出在什么参数下此钢可以锻透，并通过实验验证了计算结果的准确性。该数学模型在业内是初次提出，是基于不同变形参数下动态再结晶百分数的变化建立。
本发明方法中，根据本发明建立的锻透临界模型，根据已知的锻造实际温度，锻透临界值为零时，即可计算出该锻造实际温度下该06Cr19Ni9NbN钢锻透时的临界应变值，将理论计算得到的锻透临界应变值应用于实际06Cr19Ni9NbN钢的锻造过程中，当测定该钢的应变达到上述临界应变值时说明在预设温度下该钢已经锻透。采用本发明方法判定06Cr19Ni9NbN钢是否锻透，操作简单、判定准确、有理有据，提高了工作效率，节省了材料和能源。
以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的判定方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对06Cr19Ni9NbN钢进行平面应变压缩，测得压缩后所述06Cr19Ni9NbN钢的实际晶粒尺寸和实际动态再结晶百分数；
(2)采用有限元工艺仿真系统DEFORM模拟所述06Cr19Ni9NbN钢在与步骤(1)中压缩工艺参数相同条件下进行平面应变压缩过程，得到压缩后所述06Cr19Ni9NbN钢的模拟晶粒尺寸、模拟动态再结晶百分数以及两者的变化规律；
(3)对比所述实际晶粒尺寸和所述模拟晶粒尺寸，对比所述实际动态再结晶百分数和模拟动态再结晶百分数，调节所述有限元工艺仿真系统DEFORM的模拟参数，使所述模拟晶粒尺寸和所述实际晶粒尺寸相同并且所述实际动态再结晶百分数和模拟动态再结晶百分数相同后即得到DEFORM的最优模拟参数；
在已知所述DEFORM的最优模拟参数条件下，利用DEFORM重新模拟所述模拟晶粒尺寸和所述模拟动态再结晶百分数的变化规律，得到所述06Cr19Ni9NbN钢的锻透临界模型：
其中，ω为锻透临界值，ε为应变；
Z表示温度补偿应变速率因子，
其中，
为应变速率，T为温度；
所述ω为零时表示所述06Cr19Ni9NbN钢锻透，根据锻透临界模型计算出所述06Cr19Ni9NbN钢锻透时的临界应变值。
2.根据权利要求1所述的一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的判定方法，其特征在于，所述06Cr19Ni9NbN钢的锻透临界模型具体表达过程为：
根据DEFORM模拟所述模拟晶粒尺寸和所述模拟动态再结晶百分数的变化规律得到模拟应变与模拟动态再结晶百分数的模型表达式：
εp＝0.0056Z0.117，
其中，Xd为动态再结晶百分数，ε为应变，εp为峰值应变；
所述模拟动态再结晶百分数对所述模拟应变求导数，得到模拟动态再结晶率与所述模拟应变的数学表达式：
所述模拟动态再结晶率对所述模拟应变求导数，得到所述06Cr19Ni9NbN钢锻透临界数学模型：
3.根据权利要求1所述的一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的判定方法，其特征在于，所述DEFORM的最优模拟参数为环境对流系数、与模具接触面传热系数、摩擦系数、模具预热温度、坯料的网格数以及模具网格数。
4.根据权利要求1所述的一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的判定方法，其特征在于，步骤(3)采用有限元工艺仿真系统DEFORM模拟平面应变压缩过程的环境对流系数为0.02N/s/mm/℃，与模具接触面传热系数为3N/s/mm/℃，摩擦系数为0.7，模具预热温度为200℃，坯料的网格数量为50000，模具网格数量为8000。
5.根据权利要求1所述的一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的判定方法，其特征在于，步骤(1)中对06Cr19Ni9NbN钢进行平面应变压缩是采用重量为500t的液压机进行操作；
所述平面应变压缩的变形温度为1000℃-1200℃，所述平面应变压缩的变形量为17％-46％；
步骤(1)中测得压缩后所述06Cr19Ni9NbN钢的实际晶粒尺寸是采用Zaiss Imager金相显微镜测定。
6.根据权利要求1所述的一种06Cr19Ni9NbN钢锻透的判定方法，其特征在于，所述06Cr19Ni9NbN钢的变形温度为1000℃，所述06Cr19Ni9NbN钢锻透时的临界应变值为0.52；所述06Cr19Ni9NbN钢的变形温度为1100℃，所述06Cr19Ni9NbN钢锻透时的临界应变值为0.41；所述06Cr19Ni9NbN钢的变形温度为1200℃，所述06Cr19Ni9NbN钢锻透时的临界应变值为0.35。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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