高强钢筋热压缩过程的本构分析及有限元模拟

为了研究Nb/V微合金化钢筋的热变形行为,采用 Gleeble-3500热模拟机对Nb和Nb/V微合金化的20MnSi钢进行单轴热压缩试验。通过对其不同形变条件(变形温度和应变速率)下的真应力-应变曲线进行分析,建立可以表征20MnSiNb和20MnSiNbV钢应力、应变、应变速率和温度四者关系的本构方程,并将该本构方程应用于有限元分析软件DEFORM 3D的材料模块中,对试验钢的热压缩过程进行数值模拟。结果表明,2种试验钢的热压缩过程均呈现了明显的动态再结晶特征,Nb或Nb/V微合金化均导致20MnSi钢的热变形激活能增加;有限元模拟表明压缩试样存在应变场和温度场分布不均匀现象,其中试样芯部相对于其他区域始终处于高应变、高应变速率和高形变温度的状态。在实际生产和研究中,对试样不同区域组织和性能的预测可参考模拟结果,分别进行探究。     

Nb/V/Ti微合金化对20MnSi钢组织和力学性能影响

采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术和室温拉伸测试等研究了Nb、V、Ti微合金化元素对20MnSi钢显微组织和力学性能的影响。结果表明：Nb、V、Ti微合金化及其所形成的第二相粒子可以阻碍试验钢的晶界迁移、细化晶粒尺寸，经热轧-空冷后晶粒明显细化，晶粒尺寸可达12级，综合力学性能明显优于20MnSi穿水钢筋，并达到新国标中400 MPa级钢筋所要求的性能指标。根据理论模型计算，晶界强化、固溶强化和位错强化增量分别约占屈服强度的54%、22%和17%,而由于微合金化元素含量较低且所形成的第二相粒子体积分数较低，析出强化增量在试验钢屈服强度中的占比仅约7%,表明Nb、V、Ti微合金化设计而导致的晶粒细化对试验钢力学性能提升所产生的贡献十分显著。