Page 122 - 机械工程材料2025年第三期

2025 年 3 月 第 49 卷 第 3 期 Vol. 49 No. 3 Mar. 2025

DOI：10. 11973/jxgccl240136

耐磨钢高温压缩变形的本构模型构建及热加工图

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杨哲懿 1, 2 ，孟凡志 ，杨 博 ，高 磊 1, 2 ，王 帅 1, 2 ，王尊呈 1, 2
（1. 海洋装备金属材料及其应用全国重点实验室，鞍山 114009；2. 鞍钢集团钢铁研究院
热轧产品研究所，鞍山 114009；3. 鞍钢股份有限公司热轧带钢厂， 鞍山 114021）

摘 要： 应用Gleeble-3800型热模拟试验机对耐磨钢进行高温（800~1 200 ℃）、中等水平应变速
率（0.1，1，5，10 s ）下的单道次热压缩变形，研究了该钢的热压缩变形行为；根据真应力-真应变
−1
数据，通过引入真应变的影响对传统Arrhenius方程改进后建立本构模型，并将计算结果与试验结
果进行对比；绘制热加工图，确定合理的加工区间。结果表明：试验钢的流变应力随着变形温度的
升高或应变速率的减小而降低；随着变形量的增加，真应力先增加至峰值应力后趋于稳定，但在高
−1
温（不低于1 100 ℃）和低应变速率（0.1 s ）下真应力达到峰值应力后先略微降低后趋于稳定。所
建立的本构模型计算得到的真应力与试验结果吻合较好，平均相对误差为3.79%，线性相关系数为
0.997 5，证明所建立的本构模型能够准确预测试验钢在800~1 200 ℃变形温度和0.1~10 s −1 应变速
率下的高温流变行为；试验钢在单道次热压缩变形时的合理加工区间为真应变不大于0.5、应变速率
−1
不大于10 s 、变形温度900~1 100 ℃。
关键词： 耐磨钢；本构模型；热加工图；单道次热压缩
中图分类号：TG142.1 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2025）03-0114-07

0 引 言 在800~1 200 ℃，应变速率为约10 s −1 中等水平，但
是未见在该工艺参数范围内适用于耐磨钢的本构模
钢铁材料如今正向着更高强、更耐磨的方向发
［5］
型 。作者以鞍钢2150ASP生产线生产的耐磨钢为
展，同时为了追求绿色发展，耐磨钢产品需求呈现爆
研究对象，利用单道次热压缩试验研究了该钢在高
发性增长。在热连轧高强钢产品的研发方面，鞍钢
温中等水平应变速率下的流变行为；根据热变形过
放弃了传统合金化耐磨钢的生产模式，提出使用控
程中的真应力-真应变数据，引入真应变的影响对传
轧控冷（TMCP） 工艺，应用相变强化的机理实现超
统Arrhenius方程进行改进后建立本构模型，并绘制
［1］
高强耐磨钢产品的生产 ，即以低合金碳素钢为基
热加工图，确定合理的加工区间，以期为耐磨钢热连
础，提高硅和铝的含量，借助TMCP工艺精准控制
轧工艺的制定提供理论指导。
各相体积分数，冷却后得到铁素体+马氏体+残余
奥氏体的多相组织，以实现耐磨钢的高抗拉低屈强 1 试样制备与试验方法
比的综合性能。所生产的耐磨钢在成形性、耐磨性
试验材料取自鞍钢 2150ASP热连轧生产线
能、焊接性等方面都表现良好，被广泛应用到搅拌罐 生产的耐磨钢中间坯，其化学成分（质量分数/%）
［2］
壳体及叶片等相关部件 。
为 ≤ 0.15 C，≤ 1.2 Si，≤ 1.75 Mn，≤ 0.015 P，
为了确定具体的热连轧工艺，减少实际生产调
≤ 0.005 S，≤ 0.022 Ti，≤ 0.45 Al，余Fe。在耐磨
试带来的资源浪费，需要借助数值模拟对材料在不
钢板坯中部区域取样，并沿厚度方向加工成尺寸为
同工艺下的变形行为进行预测，而数值模拟的基础
ϕ8 mm×15 mm的圆柱体试样。
［3］
是基于材料的热变形行为建立材料的本构模型 。
在Gleeble-3800型热模拟试验机上进行单道次
目前，学者们已经对不同工艺（变形温度、应变速 −1
热压缩试验，试验环境为真空环境。先以10 ℃ · s
率等）下材料的热变形行为以及本构模型进行了研
的升温速率将试样加热至 1 220 ℃，保温5 min，再
［4］
究 。耐磨钢主要采用热连轧工艺生产而成，温度 − 1
以 5 ℃ · s 的速率降温至变形温度（1 200，1 100，
1 000，900，800 ℃）并保温15 s后，采用不同应变速
收稿日期：2024-03-17；修订日期：2024-11-01
−1
率（0.1，1，5，10 s ）进行压缩变形，变形量为70%。
作者简介： 杨哲懿（1993—），男，辽宁鞍山人，工程师，硕士
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