轧制工艺专刊2018-2020

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本辑轧制工艺虚拟专刊集合了2018~2020年初在金属学报发表的15篇文章,内容涉及轧制工艺对材料组织和性能的影响及相关模拟与计算等,基本反映了近年来我国轧制工艺研究方向的主要成果。欢迎阅读、引用和转发!

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1. 退火温度对冷轧7Mn钢拉伸行为的影响及模拟研究
阳锋, 罗海文, 董瀚
金属学报    2018, 54 (6): 859-867.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00315
录用日期: 2017-10-19

摘要52)   HTML5)    PDF (3259KB)(604)   

利用EBSD、TEM和XRD等手段研究了退火温度对冷轧中锰钢7%Mn-0.3%C-2%Al (质量分数)组织和力学性能的影响,并借助具物理冶金意义的本构模型探讨了冷轧中锰钢退火后的拉伸和加工硬化行为。实验结果表明,随着退火温度的上升,逆转变奥氏体的机械稳定性逐渐降低,使得应变诱导马氏体的转变速率快速上升。在700 ℃退火时,逆转变奥氏体的稳定性适中,此时材料的综合力学性能最优。模拟结果表明,奥氏体稳定性对材料的拉伸行为有决定性的影响。退火温度偏低则奥氏体稳定性过高,材料的加工硬化率和均匀延伸率都较低;若退火温度适中则奥氏体稳定性也适中,变形时能持续地产生TRIP效应硬化基体,使材料的加工硬化率和均匀延伸率均较高;退火温度偏高会导致奥氏体稳定性过低,应变诱导马氏体会在短期内大量形成,致使材料的抗拉强度较高但均匀延伸率降低。

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2. Schmid因子的理论计算及其在镁合金高速变形过程中的应用
刘晏宇, 毛萍莉, 刘正, 王峰, 王志
金属学报    2018, 54 (6): 950-958.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00398
录用日期: 2018-01-22

摘要85)   HTML19)    PDF (3152KB)(568)   

为了便于分析镁合金在高速变形过程中的变形机制,计算了4种滑移方式(基面滑移、柱面滑移、锥面<a>滑移和锥面<c+a>滑移)和2种孪晶方式({101?2}拉伸孪晶和 <\({10 \bar{1} 1}\)>压缩孪晶)的Schmid因子。结合电子背散射衍射(EBSD)技术,获得了轧制态AZ31镁合金原始样品的Schmid因子实验值,并将理论计算值与实验值进行了比较。采用Hopkinson压杆对AZ31镁合金轧制板材在1600 s-1的应变速率下进行了高速冲击实验,对所获得的样品进行了金相组织观察。结合Schmid因子计算结果,讨论了不同方向样品在不同加载方向下的主要变形机制。结果表明,Schmid因子的理论计算值与实验值可以很好吻合。Schmid因子计算简单、表达方便,可以有效分析镁合金中主要的变形方式和解释应力-应变曲线特征。镁合金中不同变形方式的Schmid因子值及其变化规律均不相同,其计算结果可为镁合金中织构所引起的各向异性现象的分析提供理论依据。

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3. 两相区退火处理冷轧0.1C-5Mn中锰钢的氢脆敏感性
赵晓丽, 张永健, 邵成伟, 惠卫军, 董瀚
金属学报    2018, 54 (7): 1031-1041.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00435
录用日期: 2018-04-19

摘要55)   HTML8)    PDF (8981KB)(425)   

对0.1C-5Mn中锰钢冷轧后在650 ℃进行不同保温时间的两相区逆相变退火处理,利用电化学充氢和慢应变速率拉伸(SSRT)实验研究了其氢脆敏感性。结果表明,冷轧后中锰钢在退火过程中发生奥氏体逆转变,在退火10 min时可获得优异的强度和塑性配合。随着退火时间延长,可扩散H含量及氢脆敏感性增加,特别是氢脆敏感性的增加幅度十分显著。充氢断口起裂区呈现典型的空心韧窝及包含奥氏体(变形后转变为马氏体)晶粒的实心韧窝的混合断裂模式,这种实心韧窝本质上是在应力作用下氢致裂纹沿奥氏体与铁素体的界面萌生与扩展而形成的一种脆性沿晶断裂。氢脆断裂行为主要与退火过程中逆转变奥氏体的含量及其机械稳定性等因素有关。

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4. Si和Mn含量对超高强度热成形钢组织和性能的影响
胡宽辉, 毛新平, 周桂峰, 刘静, 王志奋
金属学报    2018, 54 (8): 1105-1112.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00487
录用日期: 2018-04-19

摘要46)   HTML10)    PDF (12866KB)(619)   

采用OM、SEM、EBSD和TEM等技术,研究了Si、Mn含量对超高强度热成形钢在相同的轧制和模拟热冲压成形工艺处理后的组织和性能的影响。结果表明,Si、Mn含量对热成形前轧制态钢的组织和性能有较大影响,在其它成分相同的情况下,随着Mn含量(质量分数)由0.57%增加到1.21%,实验用钢的屈服强度由552 MPa提高到751 MPa,抗拉强度由757 MPa提高到1124 MPa,组织由贝氏体+铁素体+珠光体转变为马氏体+贝氏体。随着Si含量由0.25%增加到0.38%,实验用钢的抗拉强度逐渐升高,屈服强度和伸长率呈波动趋势。在950 ℃保温5 min相同的工艺条件下模拟热冲压淬火实验后,4种钢的组织均为马氏体,但马氏体的精细结构各不相同,平均亚晶粒尺寸大小不一;含0.34%Si和1.21%Mn的钢B的综合力学性能最优,其屈服强度为1161 MPa,抗拉强度为1758 MPa,伸长率为6.5%,且热冲压成形后的组织为细小的板条马氏体,马氏体板条上有大量的位错,且只有少量的碳化物析出。基于本研究成分设计的超高强度热成形钢,其热冲压成形前的组织和性能与热成形后的力学性能无明显相关性,只是最终的马氏体精细结构略有差别,有利于工业化批量试制零件的性能稳定性控制。

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5. 轧制工艺对低牌号无取向电工钢相变退火组织、织构与磁性能的影响
顾晨, 杨平, 毛卫民
金属学报    2019, 55 (2): 181-190.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00187
录用日期: 2018-10-24

摘要69)   HTML0)    PDF (6361KB)(626)   

将低牌号无取向电工钢的原始铸坯采用不同的工艺轧制得到5组样品,在H2气氛下进行相变退火处理,使其发生αγα相变,采用EBSD、XRD和磁性能测量技术确定了不同轧制工艺对低牌号无取向电工钢相变退火组织、织构与磁性能的影响。结果表明,与常规再结晶退火处理相比,相变退火处理可显著粗化晶粒降低成品板铁损;相变过程中存在织构遗传现象,相比于热轧-冷轧工艺,直接冷轧工艺相变退火后更有利于获得{100}织构,并显著改善成品板的磁性能;低温热轧比高温热轧能保留更多的{100}取向晶粒,相变退火后成品板中的非{111}取向晶粒增多,并提高了成品板的磁性能;此外,工业板中P和Al元素的偏聚或氧化对相变退火后成品板的组织、织构与磁性能有不利影响。

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6. 一种新型高强度高塑性冷轧中锰钢的组织和力学性能
邵成伟, 惠卫军, 张永健, 赵晓丽, 翁宇庆
金属学报    2019, 55 (2): 191-201.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00081
录用日期: 2018-12-11

摘要70)   HTML8)    PDF (7409KB)(538)   

研究了两相区退火温度对一种新型冷轧中锰钢(0.2C-5Mn-0.6Si-3Al,质量分数,%)显微组织及拉伸性能的影响。结果表明,在退火温度为730 ℃时,冷轧中锰钢可获得优异的强度与塑性配合,即抗拉强度为1062 MPa,总伸长率为58.2%,强塑积为61.8 GPa%。随着退火温度升高,逆转变奥氏体逐渐粗化,且由片层状组织形态逐渐向等轴状组织形态转变,在一定退火温度下可获得奥氏体晶粒尺寸分布较为宽泛的多尺度的组织形态。这种多尺度组织形态的残余奥氏体具有适当的机械稳定性,能够产生连续不断的相变诱发塑性(TRIP)效应。连续不断的TRIP效应与铁素体在变形过程中的良好配合,是冷轧中锰钢获得高强度、高塑性的主要原因。冷轧中锰钢拉伸断裂的裂纹主要萌生于软相的铁素体(δ-铁素体)及超细晶铁素体与形变诱导马氏体(残余奥氏体)的界面处。

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7. 热轧板退火工艺对19Cr2Mo1W铁素体不锈钢织构与成形性能的影响
刘后龙,马明玉,刘玲玲,魏亮亮,陈礼清
金属学报    2019, 55 (5): 566-574.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00540
录用日期: 2019-03-04

摘要34)   HTML3)    PDF (13885KB)(361)   

以一种含W和稀土Ce的444型耐热铁素体不锈钢19Cr2Mo1W为材料,利用XRD测试分析、EBSD取向成像技术、粗糙度测量和成形性测试等手段,研究了该铁素体不锈钢热轧板不同退火工艺对其冷轧退火板的微观组织、织构演变以及成形性能的影响。结果表明,尽管采用了不同退火温度的热轧板退火工艺,但是热轧退火板的织构特征在一定程度上均会遗传至冷轧板;热轧退火板中增强的{223}<11ˉ0>和{111}<01ˉ1>织构组分存在,有利于增加冷轧退火板中γ纤维织构的强度。冷轧板中{001}<11ˉ0>~{115}<11ˉ0>纤维织构组分越强,退火后γ纤维织构偏离理想程度越大;适当提高热轧板退火温度可以有效减弱冷轧板中有害的{001}<11ˉ0>~{115}<11ˉ0>组分。提高热轧板退火温度,可以显著减轻甚至彻底消除热轧退火板中的带状组织、提高冷轧退火板的组织均匀性和γ纤维织构强度,有利于成形性能的提高。

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8. 冷轧态Ti-35Nb-2Zr-0.3O合金的异常热膨胀行为
蓝春波,梁家能,劳远侠,谭登峰,黄春艳,莫羡忠,庞锦英
金属学报    2019, 55 (6): 701-708.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00347
录用日期: 2019-03-27

摘要43)   HTML0)    PDF (10109KB)(373)   

采用高真空非自耗电弧熔炼炉对Ti-35Nb-2Zr-0.3O (质量分数,%)合金进行熔炼。运用OM、XRD、SEM、TEM和静态热机械分析仪对Ti-35Nb-2Zr-0.3O合金进行表征,研究冷轧形变对合金显微组织及热膨胀行为的影响。结果表明:Ti-35Nb-2Zr-0.3O合金在冷轧过程中产生应力诱发马氏体α" (stress-induced martensitic α",SIM α")相,并形成平行于轧制方向的强<110>织构。等轴晶组织的Ti-35Nb-2Zr-0.3O合金表现出正常的热膨胀行为。形变后,合金的热膨胀行为出现异常现象,轧制方向表现为负膨胀,负膨胀程度随着形变量的增加而增大,截面方向表现为大于固溶态的正膨胀。30%形变合金的轧制方向在室温到250 ℃具有Invar效应,这一现象归因于SIM α"相变、晶格畸变和<110>织构的形成。冷轧态Ti-35Nb-2Zr-0.3O合金在室温到110 ℃的异常膨胀归因于SIM α"相到β相的晶格转变,而在高于110 ℃的异常膨胀行为归因于ω相和α相的析出。

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9. Ti2AlNb异形粉末环件的轧制成形与性能研究
卢正冠,吴杰,徐磊,崔潇潇,杨锐
金属学报    2019, 55 (6): 729-740.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00015
录用日期: 2019-03-21

摘要45)   HTML2)    PDF (23413KB)(359)   

采用预合金粉末热等静压工艺制备了名义成分为Ti-22Al-24.5Nb-0.5Mo (原子分数,%)的Ti2AlNb合金及大尺寸异形环坯(直径大于800 mm),采用热模拟压缩实验研究了Ti2AlNb粉末合金的热变形行为,并对异形粉末环坯进行了轧制实验,分析了轧制前后的组织性能变化。结果表明,Ti2AlNb粉末合金的热加工窗口宽且开裂倾向小,具有更均匀的化学成分和α2相分布,但其应力抖动更加明显。优选1035~1045 ℃为Ti2AlNb粉末异形环的变形温度区间,Ti2AlNb粉末异形环坯经两火轧制后,无损检测表明无任何裂纹产生。热变形促使Ti2AlNb粉末合金的O板条细化和α2相球化,热处理后,粉末制坯+环轧成形Ti2AlNb合金为近两相(B2+O)组织,合金的室、高温拉伸塑性显著提高。

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10. 金属轧制复合过程微观变形行为的分子动力学建模及研究
张清东,李硕,张勃洋,谢璐,李瑞
金属学报    2019, 55 (7): 919-927.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00524
录用日期: 2019-04-23

摘要66)   HTML1)    PDF (13275KB)(469)   

基于分子动力学方法研究金属层合板轧制复合过程界面区材料的微观变形行为,从力学性能和位错运动的角度,对比研究双金属FeCrNi/Fe与单金属的压缩变形,揭示非共格界面对金属微观变形行为的影响。结果表明,双金属模型与2种单金属模型在应力-应变关系和变形行为规律方面都存在明显差异;由于复合界面的存在,变形过程中双金属模型纯Fe基体中的位错在界面附近积累,界面原子的局部剪切作用使FeCrNi基体中的位错形成变得容易,降低了FeCrNi基体的屈服强度;复合界面对于变形过程中位错传播的阻碍作用,使材料抵抗塑性变形的能力得到提高,变形过程中2种金属基体内位错密度的交替变化导致2种金属基体的变形量也对应呈现交替变化的特殊现象。

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11. 交叉轧制周期对高纯Ta板变形及再结晶梯度的影响
祝佳林,刘施峰,曹宇,柳亚辉,邓超,刘庆
金属学报    2019, 55 (8): 1019-1033.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00470
录用日期: 2019-04-15

摘要55)   HTML2)    PDF (28078KB)(219)   

采用新的轧制工艺即135°交叉轧制,获得1周期和2周期Ta板。结合XRD、EBSD、显微硬度及TEM等技术,系统研究了1和2周期Ta板不同厚度层晶粒的变形及再结晶行为。结果表明,2周期Ta板沿厚度方向形成了均匀的θ-fiber和γ-fiber混合型织构。此外,2周期Ta板不同厚度层中{111}与{100}晶粒内的储存能分布也更为均匀。通过EBSD和TEM对变形Ta板的微结构进行表征发现,1周期中心层{111}晶粒内出现了许多相互平行的微带及微剪切带,而2周期表面与中心层晶粒发生相对均匀的变形且亚组织呈胞块状。这主要是因为交叉轧制周期的增加显著地提高了位错交互、湮灭和重排的几率,有利于改善晶粒内部组织的均匀性。因此,2周期Ta板退火时表面和中心层再结晶动力学基本保持一致。

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12. AZ31镁合金拉伸扭折带结构的产生及交互作用机制
周博, 隋曼龄
金属学报    2019, 55 (12): 1512-1518.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00149
录用日期: 2019-08-23

摘要66)   HTML11)    PDF (9253KB)(308)   

利用TEM结合SAED花样,对室温轧制变形AZ31镁合金中拉伸扭折带结构及交互作用的形貌和晶体学特征进行了系统的研究。在镁合金塑性变形过程中,当外力不利于常见的孪晶形成及位错滑移时,扭折带作为一种补充的变形方式可以继续协调hcp结构的拉压不对称特性,对材料宏观塑性有着重要的影响。结果显示,hcp结构在与基面呈小角度的拉应力作用下,会形成基面位错对,并向相反方向运动,进而形成以{101ˉ2}晶面为界面的拉伸扭折带。拉伸扭折带界面与基体基面的夹角约为43°。位错在不同变形结构的交互作用过程中起到了非常重要的作用,通过位错的作用可以调节变形结构的形态及晶体学取向,进一步提升材料的塑性。

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13. 感应加热异温轧制制备钢/铝复合板
肖宏,许朋朋,祁梓宸,吴宗河,赵云鹏
金属学报    2020, 56 (2): 231-239.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00150
录用日期: 2019-09-06

摘要67)   HTML5)    PDF (10940KB)(339)   

采取感应加热的方法异温轧制制备钢/铝复合板,整个过程处于一种Ar气保护氛围,研究了钢/铝复合板的结合性能和微观组织,并与冷轧工艺进行对比,分析了异温轧制工艺对结合性能的影响。结果表明:异温轧制的复合板由于钢层加热温度高于钢的动态再结晶温度,轧后碳钢组织出现等轴晶粒,发生了动态回复和再结晶,并且在钢侧近界面处产生一层平均晶粒尺寸约为5 μm的等轴细晶区,相比于冷轧复合板,大大降低了复合板的加工硬化现象。异温轧制的钢/铝复合板微观界面贴合紧密,无孔洞和间隙,跨界面的Al和Fe元素扩散宽度达到2.4 μm,复合板达到了良好的冶金结合状态,并且近界面的细晶区改善了板材性能,使得异温轧制复合板的剪切强度远高于冷轧板,在45%压下率下达到了85 MPa,是同等压下率冷轧复合板剪切强度(12 MPa)的7倍,冷轧板断裂发生在钢/铝结合面处,为脆性断裂,而异温轧制的复合板断裂发生在铝合金基体,剪切断面存在大量韧窝,呈现塑性断裂特征。

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14. CoCrFeNiMo0.2高熵合金的不完全再结晶组织与力学性能
曹育菡,王理林,吴庆峰,何峰,张忠明,王志军
金属学报    2020, 56 (3): 333-339.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00274
录用日期: 2020-02-11

摘要116)   HTML6)    PDF (16723KB)(290)   

通过深冷轧制再结晶处理,在CoCrFeNiMo0.2高熵合金中实现了典型的不完全再结晶组织,并研究了其对力学性能的影响。对比研究了室温和深冷轧制及热处理后的不完全再结晶组织。结果表明,CoCrFeNiMo0.2高熵合金室温轧制35% (RTR35%)和深冷轧制35% (CTR35%)试样经800 ℃、30 min退火处理,均产生了由未再结晶的大晶粒和再结晶细小晶粒组成的不完全再结晶组织。深冷轧制能提高合金的再结晶速率,退火后产生的再结晶细小晶粒体积分数更高,更有利于提高合金的加工硬化能力。因此,CTR35%退火试样的屈服强度为539.3 MPa,延伸率为46.8%,与RTR35%退火试样相比,其屈服强度相似,但延伸率提高了30%。

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15. 新型多层金属复合材料的制备与性能
张乐,王威,M. Babar Shahzad,单以银,杨柯
金属学报    2020, 56 (3): 351-360.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00245
录用日期: 2019-11-13

摘要91)   HTML9)    PDF (18672KB)(345)   

以超高强度马氏体时效钢和316L奥氏体不锈钢作为材料组元,研究了在高真空度下热压变形量对异质多层金属复合材料界面结合强度和界面特征的影响,探索了异质多层金属复合材料制备的可行性。结果表明,在真空热压过程中,不同变形量下复合材料的界面均十分清晰并保持平直,且发生了轻微的元素扩散。由于高温下各材料组元的流变性能存在差异,316L奥氏体不锈钢层发生明显的动态回复与动态再结晶,而马氏体时效钢层以变形态组织为主。将轧制和热处理工艺组合,制备出9层和11层块体金属复合材料。三点弯曲实验结果表明,裂纹最先萌生于受拉应力的最外侧,之后由于多层金属复合材料中异质界面的钝化、分层、桥接等作用,延长了裂纹的扩展路径并消耗了更多的能量,展现出极佳的阻碍裂纹扩展的能力。

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