توصیف رفتار سیلان و تغییرات اندازه دانه و ساختار فولاد API-5CT-L80 در فرآیند تغییر شکل داغ

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 12، دوره 34، شماره 4 - شماره پیاپی 32، بهمن 1402، صفحه 71-82   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2023.84024.1122

نویسندگان

حمیدرضا رضایی آشتیانی^{* 1}؛ حمید احمدی²؛ غلامرضا ابراهیمی³؛ محمد حیدری²

¹دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک.

²گروه مهندسی مکانیک، واحد الیگودرز دانشگاه آزاد اسلامی، الیگودرز، ایران

³گروه مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه فردوسی مشهد.

چکیده

شناخت رفتار تغییرشکل داغ و تغییرات ریزساختار فولاد آلیاژی API-5CT-L80 از اهمیت بالایی در تولید لوله‌‌های صنایع نفت و گاز برخوردار است. به همین منظور، در این پژوهش رفتار ترمومکانیکی این فولاد توسط آزمون فشار داغ هم‌‌دما در محدوده دمایی K 1173 تا K 1373 و نرخ‌‌های کرنش s-1 001/0 تا s-1 1 موردبررسی قرار گرفت. نتایج تجربی نشان داد که رفتار تغییرشکل داغ فولاد یک رفتار نرم‌‌شونده ناشی از پدیده تبلورمجدد دینامیکی است که در برخی از شرایط، ماده رفتاری پیچیده به‌صورت منحنی‌‌های چند قله‌‌ای از خود نشان می دهد. نتایج بررسی میکروساختاری نشان داد که با افزایش دمای تغییرشکل دانه‌‌های تشکیل شده دارای اندازه بزرگتری نسبت به حالت دما پایین دارند همچنین فازهای مارتنزیت بیشتری تشکیل شده که در مقایسه با فازهای تشکیل شده در دماهای پایین، تیغه های مارتنزیت‌‌ی کشیده‌‌ترند. اثر نرخ کرنش نیز به مانند اثر دما قابل توجه بود زیرا سرعت تغییرشکل بر رشد دانه اثر معکوس داشت بنابراین در نرخ‌‌های کرنش پایین دانه‌‌های متبلورشده زمان کافی برای رشد را دارد. در نرخ‌‌های کرنش بالا فازهای پرلیت بیشتر به صورت چندضلعی ظاهر شده و جوانه‌‌های بسیار ریزی در مرزهای آستنیتی از فاز فریت ویدمن اشتاین مشاهد شد که زمان کافی برای رشد را نداشته اند و در نرخ‌‌های کرنش بالا تیغه های مارتنزیت نیز تمایل به نازک‌‌شدن دارد.

کلیدواژه‌ها

تغییر شکل داغ؛ فولاد آلیاژی API-5CT-L80؛ تنش سیلان؛ اندازه دانه؛ ریزساختار

مراجع

[1]   H. R. Rezaei Ashtiani, M.H. Parsa and H. Bisadi, "Constitutive equations for elevated temperature flow behavior of commercial purity aluminum", Materials Science and  Engineering :A ,Vol. 545, pp. 61–67, 2012.

[2]   S. B. Brown, K. H. Kim and L. Anand, "An internal variable constitutive model for hot working of metals",  Materials Science, Engineering. Vol. 5, pp. 95–130, 1989.

[3]   Y. feng XIA, W. JIANG, Q. CHENG, L. JIANG, L. JIN, "Hot deformation behavior of Ti—6Al—4V—0.1Ru alloy during isothermal compression", Trans. Nonferrous Met. Soc. China (English Ed. 30), Vol. 237, No. 2, pp. 134–146, 2020.

[4]   S. Mandal, P. V. Sivaprasad, S. Venugopal, K. P. N. Murthy, "Artificial neural network modeling to evaluate and predict the deformation behavior of stainless steel type AISI 304L during hot torsion", Applied Soft computing. Vol. 9, No. 1, pp.237–244, 2009.

[5]   S. Zangeneh Najafi, A. Momeni, H. R. Jafarian, "Flow curves and microstructure of K107 tool steel subjected to compression tests at elevated temperatures", Materials Science and  Engineering :A, Vol. 732, pp. 78–90, 2018.

[6]   A. Momeni, S. Kazemi, A. Bahrani, "Hot deformation behavior of microstructural constituents in a duplex stainless steel during high-temperature straining", International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, Vol. 20, pp. 953–960, 2013.

[7]   L. Xu, H. Wu, B. Xie, "An improved constitutive model for high-temperature flow behaviour of the Fe–Mn–Al duplex steel", Materials Science and Technology. (United Kingdom). Vol 34, No 7, pp. 229–241, 2018.

[8]   J. Li, J. Liu, "Strain compensation constitutive model and parameter optimization for Nb-contained 316LN", Metals (Basel). Vol. 9 , No. 2, 2019.

[9]   A. Dehghan-Manshadi, M.R. Barnett, P.D. Hodgson, "Recrystallization in AISI 304 austenitic stainless steel during and after hot deformation", Materials Science and Engineering A, Vol. 485, pp. 664–672, 2008.

[10] S. K. Rajput, G. P. Chaudhari, S. K. Nath, "Characterization of hot deformation behavior of a low carbon steel using processing maps, constitutive equations and Zener-Hollomon parameter", Thermo-Mechanical Processing of Metallic Materials, Vol. 237, pp.113-125, 2007.

[11] H. Mirzadeh, M.H. Parsa, D. Ohadi, "Hot deformation behavior of austenitic stainless steel for a wide range of initial grain size", Materials Science and Engineering: A. Vol. 569, pp. 54–60, 2013.       

[12] S. Serajzadeh, A.K. Taheri, "An investigation into the effect of carbon on the kinetics of dynamic restoration and flow behavior of carbon steels",  Mechanics of Materials. Vol.  35, pp. 653–660, 2003. 

[13] T. H. Lee, E. Shin, C. S. Oh, H. Y. Ha, S. J. Kim, "Correlation between stacking fault energy and deformation microstructure in high-interstitial-alloyed austenitic steels", Acta Materialia, Vol. 58, No. 8, pp. 3173–3186, 2010.

[14] S. A. Askariani, S. M. Hasan Pishbin, "Hot deformation behavior of Mg-4Li-1Al alloy via hot compression tests", J. Alloys Compd. Vol. 688, pp. 1058–1065, 2016.      

[15]  J. K. Kim, B.C. De Cooman, "Stacking fault energy and deformation mechanisms in Fe-xMn-0.6C-yAl TWIP steel", Materials Science and Engineering A. Vol. 676, pp. 216–231, 2016.

[16] Y. Li, Y. Koizumi, A. Chiba, "Dynamic recrystallization in biomedical Co-29Cr-6Mo-0.16N alloy with low stacking fault energy", Materials Science & Engineering A. Vol. 668, pp. 86–96, 2016.

[17] C. Zhang, L. Zhang, W. Shen, C. Liu, Y. Xia, R. Li, "Study on constitutive modeling and processing maps for hot deformation of medium carbon Cr-Ni-Mo alloyed steel", Materials & Design. Vol. 90, pp. 804–814, 2016.

[18] C. Sommitsch, W. Mitter, "On modelling of dynamic recrystallisation of fcc materials with   low stacking fault energy", Acta Materialia. Vol. 54, No. 2, pp. 357–375, 2006.

[19] S. E. Tabatabaee, S. H. Mousavi-Anijdan, H. Najafi, "Hot deformation mechanisms,  mechanical properties and microstructural evolution of a HP-Nb steel", Materials Science and Engineering: A. Vol.  800, 2021.

[20] T. Sakai, A. Belyakov, R. Kaibyshev, H. Miura, J. J. Jonas, "Dynamic and post-dynamic recrystallization under hot, cold and severe plastic deformation conditions", Progress in Materials Science. Vol. 60, pp. 130–207, 2014.

[21] A. Momeni, S. Kazemi, A. Bahrani, "Hot deformation behavior of microstructural constituents in a duplex stainless steel during high-temperature straining", International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, Vol. 20, pp. 953–960, 2013.

[22] L. Zhou, W. Chen, S. Feng, M. Sun, B. Xu, D. Li, "Dynamic recrystallization behavior and interfacial bonding mechanism of 14Cr ferrite steel during hot deformation bonding", J. Mater. Sci. Technol. Vol.  43, pp. 92–103, 2020.

[23] X. Xu, X. Wang, J. Li, Z. Yan, D. Liu, Q. Liu, C. Shang, J. Fu, P. Shen, "Hot workability characteristics of low-density Fe–4Al–1Ni ferritic steel", Materials Science and Engineering A, Vol. 799, 2021.

[24]  H. R. Rezaei Ashtiani, A. A. Shayanpoor, "Prediction of thermo-mechanical behavior and microstructural evolution of copper considering initial grain size at elevated temperature", Materials Today Communications, Vol. 28, 2021.

[25] H. R. Rezaei Ashtiani, H. Ahmadi, M. Heidari, P. Shahsavari, "Flow Behavior and Metallurgical Phenomena of Micro-alloy Steel Under Elevated Temperature Conditions", Transactions of the Indian Institute of Metals, Vol. 75. No, 8, 2022.

[26] ASTM E 9, "Standard test methods of compression testing of metallic materials at room temperature", Annu. B. ASTM Stand. 03.01, 2000.

[27] ASTM E 209, "Standard Practice for Compression Tests of Metallic Materials at Elevated Temperatures with Conventional or Rapid Heating Rates and Strain Rates", Annu. B. ASTM Stand. 2000.

[28] Y.C. Lin, X.Y. Wu, X. M. Chen, J. Chen, D. X. Wen, J. L. Zhang, L.T. Li, "EBSD study of a hot deformed nickel-based superalloy", Journal of Alloys and Compounds. Vol. 640, pp. 101–113, 2015.

[29] H. Zhang, K. Zhang, S. Jiang, H. Zhou, C. Zhao, X. Yang, "Dynamic recrystallization behavior of a γ′-hardened nickel-based superalloy during hot deformation", Journal of Alloys and Compounds, Vol 623, pp. 374–385, 2015.

[30] Y. W. Xiao, Y. C. Lin, Y. Q. Jiang, X. Y. Zhang, G. D. Pang, D. Wang, K. C. Zhou, "A dislocation density-based model and processing maps of Ti-55511 alloy with bimodal microstructures during hot compression in α+β region", Materials Science and Engineering A, Vol. 790, 2020.

[31] C. Zhao, W. Kingkam, L. Ning, H. Zhang, L. Zhiming, "Effect of Deformation Temperature on the Microstructure and Mechanical Properties of High-Strength Low-Alloy Steel During Hot Compression", Journal of Materials Engineering and Performance. Vol. 27, No. 8, pp. 4129–4139, 2018.

[32]  A. Momeni, H. Arabi, A. Rezaei, H. Badri, S. M. Abbasi, "Hot deformation behavior of austenite in HSLA-100 microalloyed steel", Materials Science and Engineering A. Vol. 528, No. 4, pp. 2158–2163, 2011.