《Materials Chemistry and Physics》：Hot Deformation and Dynamic Recrystallization Behavior of Medium Mn Steel Used for Picks
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中锰钢热变形行为及其加工窗口优化研究，采用0.32C-3.12Mn-1.05Cr-1.04Si-0.2Mo钢通过Gleeble-3800热模拟器进行850-1100°C、0.001-10 s?1条件下的等温压缩测试，建立本构方程并构建加工图，确定940-1030°C、0.001-0.1 s?1为最佳热加工窗口，实现动态再结晶充分、显微组织均匀细化的目标，降低传统Cr-Mo钢加工能耗和成本。
孙世军|贾艳琳|张超|曹彦光|曹丽霞|黄瑾|朱红星|徐金玲|张克刚|罗建文|蒋毅|严中廷|李兆东
摘要
传统的矿用镐通常采用Cr-Mo低合金钢作为齿体材料制造，但在加工过程中会消耗大量能源，从而导致成本增加。本研究采用了一种新型的中锰钢，其化学成分为0.32C-3.12Mn-1.05Cr-1.04Si-0.2Mo（重量百分比），通过热变形可以同时控制材料的几何形状和微观结构，从而降低制造成本。为了揭示其热变形行为和微观结构演变，我们在Gleeble-3800热模拟器上进行了等温压缩试验，试验温度范围为850～1100 °C，应变速率为0.001～10 s-1。最佳热加工窗口确定为940～1030 °C，应变速率为0.001～0.1 s-1
引言
目前，主流的镐体材料通常由中碳低合金钢（如42CrMo）制成，其制造过程包括三个步骤：退火软化、冷冲压以及淬火回火。其中回火过程消耗的能量最多。同时，通过合理的成分设计和热锻造，使用中锰钢可以获得高强度且具有韧性的贝氏体/马氏体双相微观结构[1]，从而实现切割镐的几何形状和微观结构的同步控制，进而降低成本。
中锰钢（MMS）最早由Miller在1972年提出[2]，作为第三代先进高强度钢（AHSS）的候选材料受到了越来越多的关注[3]。中锰钢的锰含量为3～12%，并添加了V、Nb和Ti等微合金元素，具有较高的强度和伸长率比，较低的制造成本，以及优异的强度-韧性匹配性能[4]、[5]、[6]。由于这些特性，中锰钢在汽车、军事和采矿行业得到了广泛应用。此外，锰的存在显著降低了奥氏体化温度并稳定了奥氏体，不仅降低了加工过程中的能耗，还提高了整体加工效率[7]。
目前关于MMS的研究主要集中在合金成分调整和退火工艺优化上，旨在调控保留奥氏体的比例和稳定性。Lee等人[8]揭示了堆垛故障能（SFE）在变形机制中的关键作用，Han等人[9]通过逆转变退火实验证实了锰是奥氏体稳定元素。然而，与广泛的合金成分设计和热处理研究相比，关于MMS热变形行为的研究仍然有限。MMS在不同热变形条件下的动态再结晶（DRX）行为及其后续微观结构演变尚未得到充分研究。
本研究系统地研究了0.3C-3Mn MMS的热变形行为。在850～1100 °C的温度范围内和0.001～10 s-1的应变速率下进行了热压缩试验，获得了真实应力-真实应变曲线，并据此建立了本构方程，构建了热加工图谱。根据加工图谱，最佳加工窗口确定为940～1050 °C和0.001～0.1 s-1
材料与实验
本研究使用了一种新型的中锰钢作为切割镐的材料，其化学成分为0.32C-3.12Mn-1.05Cr-1.04Si-0.2Mo（重量百分比）。从Φ36 mm × 1000 mm的锻造棒材沿轴向加工出Φ8 mm × 12 mm的圆柱形试样。在真空条件下，使用Gleeble-3800热机械模拟器进行了热压缩试验，试验温度范围为850-1100°C，应变速率从0.001 s-1开始变化
摩擦修正
热压缩试验中不可避免地会产生摩擦。由于接触面的摩擦作用，应变状态会从理想的单轴压缩变为三维应变。因此，测得的流动应力相对于真实值偏高。因此，进行摩擦修正对于获得热变形的真实行为至关重要。大多数研究人员[10]、[11]、[12]使用公式（1）来修正高温下的摩擦效应。
结论
- （1）
为0.32C–3.12Mn–1.05Cr–1.04Si–0.2Mo（重量百分比）钢建立了一个基于Arrhenius型双曲正弦函数的本构方程。
（2）构建了0.32C–3.12Mn–1.05Cr–1.04Si–0.2Mo（重量百分比）钢的热加工图谱，确定最佳加工窗口为940 °C至1030 °C，应变速率为0.001 s-1至0.1 s-1。
（3）变形温度和应变速率对动态再结晶（DRX）有显著影响。较高的温度和较低的应变速率会促进再结晶。
CRediT作者贡献声明
徐金玲： 资料准备。朱红星： 资料准备。罗建文： 资料准备。张克刚： 资料准备。蒋毅： 文章撰写 – 审稿与编辑，监督。李兆东： 文章撰写 – 审稿与编辑，监督，资料准备，概念构思。贾艳琳： 文章撰写 – 审稿与编辑，监督，资料准备，概念构思。严中廷： 文章撰写 – 审稿与编辑，监督。孙世军： 文章撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，方法论研究，数据分析，数据整理。
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