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精 密 成 形 工 程第15卷 第12期12 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年12月收稿日期：2023-09-19 Received ：2023-09-19基金项目：国家自然科学基金（51204050）；中央高校基本科研业务费项目（N110407005）Fund ：National Natural Science Foundation of China (51204050); Fundamental Research Funds for the Central Universities (N110407005)引文格式：艾峥嵘, 于凯, 吴红艳, 等. 超低温轧制304奥氏体不锈钢马氏体逆相变及组织表征[J]. 精密成形工程, 2023, 15(12): 12--18.AI Zheng-rong, YU Kai, WU Hong-yan, et al. Martensite Reverse Transformation and Microstructure Characterization of 304 Austenite Stainless Steel during Cryogenic Rolling[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(12): 12-18. 超低温轧制304奥氏体不锈钢马氏体逆相变及组织表征艾峥嵘a,b ，于凯c ，吴红艳d*，贾楠a,b（东北大学 a.材料科学与工程学院 b.材料各向异性与织构教育部重点实验室 c.冶金学院d.轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819） 摘要：目的 研究超低温轧制（Cryogenic Rolling ，CR ）亚稳态奥氏体不锈钢在不同退火温度下马氏体逆相变、组织演变及力学性能的变化规律。
方法 首先，对实验原料304奥氏体不锈钢进行1 050 ℃保温30 min 的固溶处理；其次，对实验钢进行总压下量为65%的超低温轧制，并在600~750 ℃下进行5 min 退火处理；最后，对退火处理后的实验钢进行组织表征和力学性能测试，研究退火过程中组织演变及力学性能变化规律。
收稿日期:2006212212基金项目:国家自然科学基金资助项目(50334010;50504007);国家重点基础研究发展计划项目(2006CB605208)・作者简介:许云波(1976-),男,山西盂县人,东北大学副教授,博士;刘相华(1953-),男,黑龙江双鸭山人,东北大学教授,博士生导师;王国栋(1942-),男,辽宁大连人,东北大学教授,博士生导师,中国工程院院士・第29卷第1期2008年1月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Vol 129,No.1Jan.2008热轧中厚板显微组织和平均流变应力的预测与优化许云波,邓天勇,刘相华,王国栋(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳 110004)摘 要:在考虑动态、亚动态再结晶及静态再结晶的基础上,建立了Nb 2V 微合金钢物理冶金模型,并在线应用于中厚板热轧过程奥氏体再结晶、晶粒尺寸和流变应力的预测与控制・结果表明,对30mm 板材,待温温度900～950℃,待温厚度为成品厚度的2～2.7倍时,待温后采用中间冷却,奥氏体平均晶粒尺寸可以细化到30μm 左右,同时残余应变在0108～014的范围内・在平均流变应力模型中引入了晶粒尺寸和残余应变的影响,提高了精轧阶段的预测精度・关 键 词:中厚板;静态再结晶;晶粒尺寸;平均流变应力;残余应变中图分类号:TG 335.5 文献标识码:A 文章编号:100523026(2008)0120081204Prediction and Optimization of Microstructure and Mean Flow Stress During H ot R olling of Steel PlatesX U Y un 2bo ,D EN G Tian 2yong ,L IU Xiang 2hua ,W A N G Guo 2dong(The State K ey Laboratory of Rolling and Automation ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China.Correspondent :XU Yun 2bo ,E 2mail :yunboxu @ )Abstract :A metallurgical model of Nb 2V HSLA steels was developed considering the effects of dynamic ,metadynamic and static recrystallization.The model was applied to the on 2line prediction and control of austenite recrystallization ,grain size and flow stress during plate hot rolling.The results showed that when the starting temperature of finish rolling is at 900～950℃with intermediate water cooling and the intermediate slab is 2～2.7times as thick as the finished product ,the final austenite grain size of 30mm plate can be refined to about 30μm with residual strain in a range from 0.08to 0.4.The prediction accuracy of MFS (mean flow stress )in finish rolling will be greatly improved if introducing the effects of grain size and residual strain into MFS model.K ey w ords :steel plate ;static recrystallization ;grain size ;MFS (mean flow stress );residual strain近年来,国内外有不少冶金学者开发了各种不同类型的数学模型[1-8],用于描述薄带钢热轧过程轧制负荷和微观组织的演变・然而,热轧生产中轧件力能参数与微观组织变化是密切相关的,只有将二者结合起来才能实现高精度预测与优化・本文针对Nb 2V 微合金钢,在综合考虑动态、亚动态再结晶及静态再结晶作用的基础上,建立了微合金钢热轧物理冶金模型,对中厚板热轧过程奥氏体再结晶、晶粒尺寸和流变应力的演变进行了在线预测和控制・1 数学模型1.1 显微组织模型X =1-exp -01693t t 015n・(1)式中,X 为再结晶分数;t 为时间,s ;n 为Avrami 常数;t 0.5为再结晶率达到50%所需时间,s ・当应变ε小于临界应变εc 时,轧制后的间歇时间内发生静态再结晶过程(SRX ),否则当ε>εc 时,轧制过程将发生动态再结晶(DRX ),之后在道次间歇时间内将发生静态再结晶[9]・在式(1)中,对于静态再结晶过程,n=1;而对于亚动态再结晶过程,n=1.5・静态再结晶动力学由以下方程描述:t015=A sεq d s0exp(Q rex/R T),(2)d SRX=B sεu d v0・(3)其中,d SRX为静态再结晶晶粒尺寸;Q rex为再结晶激活能;ε为应变;R为气体常数;T为温度;d0为初始晶粒尺寸;A s,q,s,B s,u,v为材料常数・亚动态再结晶动力学的计算方法与静态再结晶类似,只是转变50%的时间t0.5和晶粒尺寸d MRX的计算公式有所不同・t015=A m εr exp(Q mrex/R T),(4)d MRX=B m Z w・(5)其中,d MRX为亚动态再结晶晶粒尺寸;Q mrex为亚动态再结晶激活能;Z=εexp(375000/8131T)为Zener2Hollomon常数;A m,r,B m,w为材料常数・对于部分再结晶过程,前一道次的残余应变可以保持到下一个道次,因此下一道次的累积应变可表示为εa,i+1=εi+1+K acc(1-X i)εi・(6)其中,εa,i+1为i+1道次的累积应变;εi+1为i+1实际应变;K acc为常数・1.2 平均流变应力模型在MFS模型中,不仅考虑应变、应变速率和变形温度对MFS的影响,还引入了奥氏体晶粒尺寸和残余应变对MFS的影响・σMFS=A1εA2a εA3exp(A4/T)・exp(A5/d2γ)・(7)其中,εa为某一道次的累积应变;dγ为奥氏体晶粒尺寸;A1,…,A5为待定参数,可以通过最小二乘法对大量生产数据进行多元非线性回归后得出・2 计算结果及讨论2.1 实际生产过程组织演变预测以某中厚板厂3500mm轧机为对象,计算30mm Nb2V微合金钢板在实际生产条件下再结晶和晶粒尺寸的演变规律,为确定新的轧制规程和冷却制度提供指导・现场数据采自轧机的过程参数,连铸坯220.0mm×1400.0mm×2750.0 mm,成品30.0mm×2050.0mm×13772.4mm・轧辊直径1040mm,轧辊转速19～58r/min・表1为30mm TMCP钢板再结晶和晶粒尺寸的模拟结果,其中待温温度为940℃,待温厚度为60 mm・可以看出,粗轧阶段静态再结晶发生非常充分,没有应变积累・尽管道次温度高、应变速率较低,但由于微合金元素Nb,V的固溶和析出,在一定程度上增大了动态再结晶发生的临界应变值,所以动态再结晶没有发生・而精轧阶段随着温度的降低和应变速率的提高,道次间很难发生充分的软化,出现了应变累积现象・终轧奥氏体残余应变为0108,晶粒尺寸为40μm・表1 30mm T MCP钢板再结晶和晶粒尺寸演变的计算结果Table1 G rain size and fractional softening predictions for30mm T MCP plate s道次θ/℃εaΔεεs-1εc DRX t015/s Xdγμm t/s111580.110.00 1.250.35—0.71 1.00280.77 211560.120.00 1.720.35—0.39 1.00198.310 311480.140.00 1.560.34—0.24 1.00147.08 411380.140.00 2.790.36—0.20 1.00123.022 511120.150.00 2.300.37—0.20 1.00102.79 611020.180.00 3.340.39—0.23 1.0080.710 710880.170.00 3.100.47—0.17 1.0073.18 810760.170.00 3.540.48—0.19 1.0068.18 910640.150.00 4.070.50—0.19 1.0068.710 1010540.190.007.980.58—0.33 1.0092.4280 119430.170.07 3.360.99—9.530.6153.113 129250.220.068.150.96— 6.180.7432.612 139120.200.0111.760.86— 2.910.9330.211 149020.140.017.210.80— 2.440.9640.911 158890.110.01 2.780.86— 6.150.8850.719 168680.100.088.50 1.30—15.310.2440.0—2.2 优化奥氏体状态的工艺改进措施2.2.1 改变待温温度图1示出了30mm钢板轧制过程待温温度对奥氏体晶粒尺寸和残余应变的影响规律・较高的待温温度可使奥氏体晶粒粗化,同时由于再结晶软化充分导致残余应变降低,而较低的待温温28东北大学学报(自然科学版) 第29卷度增加了未再结晶晶粒比例,在提高残余应变的同时也同样导致了奥氏体晶粒尺寸的增大・因此最佳的待温温度应在900℃左右,此时可获得较图1 待温温度对奥氏体晶粒尺寸和残余应变的影响Fig.1 E ffect of the starting temperature of finish rollingon austenite grain size and re sidual strain细的奥氏体晶粒尺寸,同时在相变前保留了较高的残余应变・2.2.2 待温过程采用中间冷却为了缩短待温时间,进一步细化奥氏体晶粒,可以在待温过程采用中间冷却・表2示出了采用中间冷却方式待温后奥氏体再结晶和晶粒尺寸的演变・与表1相比,可以看出为得到接近的奥氏体晶粒尺寸和残余应变值,采用中间冷却,待温时间可从280s 缩短到100s ・继续增加冷却时间到140s ,奥氏体晶粒尺寸可从40μm 细化到27μm 左右,同时残余应变基本不变・值得注意的是,增加中间冷却,除了在一定程度上抑制待温期间晶粒长大外,还通过改变待温及各道次的轧制温度间接影响最终奥氏体晶粒尺寸的大小・表2 采用中间冷却方式后奥氏体再结晶和晶粒尺寸的演变Table 2 G rain size and fractional softening predictions after intercooling实验条件道次θ/℃εa Δεεs -1εcDRX t 015/s X d γμmt /s中间冷却Ⅰ:冷却时间为100s 119490.170.03 3.360.86— 5.130.8353.013168740.100.078.42 1.24—12.360.2939.5—中间冷却Ⅱ:冷却时间为140s119070.170.01 3.36 1.08—9.530.6153.113168380.090.077.611.21—13.830.2627.06—2.2.3 提高待温厚度如前所述,中间坯待温厚度是中厚板轧制规程设定中的一个重要参数,对室温组织和力学性能有较大的影响・如果中间坯厚度大,增加了精轧过程的变形量,但同时温降速度减慢;如果中间坯厚度小,粗轧阶段变形程度增大,精轧阶段的温降加快但变形程度略小・总之,中间坯厚度对随后的相变和晶粒细化的影响比较复杂・表3示出了增加待温厚度对奥氏体再结晶和晶粒尺寸的影响・与表1相比,待温厚度从60mm 提高到80mm ,增加了未再结晶区轧制道次和变形量,终轧奥氏体晶粒尺寸可从40μm 细化到30μm 左右・表3 增加待温厚度对奥氏体再结晶和晶粒尺寸的影响Table 3 E ffect of the increase in intermediate slab thickne ss on austenite recrystallization and grain size 道次θ/℃εaΔεε/s -1εcDRX t 015/sXd γμmt /s810760.170.00 3.540.48—0.24 1.00109.428099490.150.08 4.070.71—8.280.4963.58109380.260.0911.31 1.04— 6.760.6432.210119270.260.01 5.250.68— 2.570.9727.813129140.160.00 6.030.70— 1.610.9934.512139050.140.018.460.87— 2.900.9339.111148950.130.03 6.990.95— 4.840.7938.211158820.130.02 3.340.88—7.820.8139.319168620.110.089.46 1.21—12.450.2830.6—2.3 平均流变应力的预测结果图2示出了采用本文模型预测的平均流变应力值与实测值之比(r )随温度的变化关系・计算的带钢产品宽度在2200～2800mm 之间,产品厚度在12～30mm 之间,均热炉出口温度在1100～1200℃之间,精轧入口温度在880～960℃左右,精轧出口温度在700～880℃之间・由图可以看出,本文模型的计算值与实测值比值均在019～1.1之间・传统的Misaka 模型及其改进模型[10]在粗轧阶段的计算误差较小,但普遍存在预测值大于实测值情况,而精轧阶段误差则显著增大,因此本模型比传统的Misaka 模型及其改进模型尤38第1期 许云波等:热轧中厚板显微组织和平均流变应力的预测与优化其是在精轧阶段计算结果更为精确・这是因为,粗轧区中奥氏体晶粒较大,晶粒尺寸对MFS 影响较小;而精轧区相对细小奥氏体晶粒尺寸的变化对MFS 的影响较大・由于在本文模型中考虑了奥氏体晶粒尺寸对流变应力的影响,大大提高了在精轧区MFS 的预测精度・图2 MFS 预测值与实测值之比r随T -1的变化Fig.2 Variation of the ratio of predicted andmeasured MFS with T -13 结 论1)在综合考虑动态、亚动态再结晶及静态再结晶作用的基础上,开发了Nb 2V 微合金钢热轧显微组织模型,实现了中厚板热轧过程奥氏体再结晶、晶粒尺寸和流变应力的在线预测与控制・2)对30mm 板材,待温温度900～950℃,待温厚度为成品厚度的2～2.7倍时,待温后采用中间冷却,奥氏体平均晶粒尺寸可以细化到30μm 左右,同时残余应变在0.08～0.4的范围内・3)提出了考虑晶粒尺寸和残余应变影响的MFS 模型,MFS 计算值与实测值的比值在0.9～1.1以内,尤其是在精轧阶段,比传统的Misaka 模型及其改进模型更为精确・参考文献:[1]Pham T T ,Hawbolt E B ,Brimacombe J K.Predicting the onset oftransformationundernoncontinuouscoolingconditions[J ].Metall M ater T rans A ,1995,26(8):1993-2000.[2]许云波,刘相华,王国栋・奥氏体控轧控冷条件下相变后α晶粒尺寸的预测[J ]・东北大学学报:自然科学版,2002,23(2):144-147・(Xu Yun 2bo ,Liu Xiang 2hua ,Wang Guo 2dong.Prediction of ferrite grain size after transformation in the controlled rolling and controlled cooling [J ].JournalofNortheasternU niversity :N at ural Science ,2002,23(2):144-147.)[3]Hodgson P D ,Zahiri S H ,Whale J J.The static and metadynamic recrystallization behavior of an X60Nb microalloyed steel [J ].IS IJ International ,2004,44(7):1224-1229.[4]Huang C J ,Browne D J ,Mcfadden S.A phase 2field simulation of austenite to ferrite transformation kinetics in low carbon steels[J ].Acta M aterialia ,2006,54:11-21.[5]Y oshida H ,Y orifuji A ,K oseki S ,et al .An integrated mathematical simulation of temperatures ,rolling load and metallurgical properties in hot strip mills [J ].IS IJInternational ,1991,31(6):571-576.[6]Medina S ,Lopez V.Static recrystallization in austenite and its influence on microstructural changes in C 2Mn steel and vanadium microalloyed steel at the hot strip mill [J ].IS IJInternational ,1993,33(5):605-614.[7]Yada H ,Li C M ,Yamagata H.Dynamic γ→αtransformation during hot 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附件1：东北大学成果汇编（2013）东北大学成果汇编（2014）东北大学专利汇编（2011-2013）东北大学成果汇编(2013)1工业铝电解槽阴极硼化钛涂层的应用2α型纳米氧化铝生产技术3黄金提取与粗金的提纯技术错误！未定义书签。
4黄钠铁钒渣生产聚合硫酸铁技术5提升高纯阴极铜质量的技术6电解制粉过程中自动取粉技术7黄金矿山氰化尾液处理新工艺8降低铝电解温度与节能的工业技术9铝电解槽废旧炭块处理技术10镍红土矿提取镍的工艺技术11工业铝电解槽电解质分子比分子化验系统12高温熔盐性质综合分析系统13工业铝电解槽阴极阳极极间距离的在线检测系统14铝电解槽直接生产铝基母合金技术15工业铝电解槽阳极抗氧化涂层的应用16电热法制取铝硅合金17钢/铝、铜/铝、镁/铝复合板的轧制复合技术和设备18多功能预熔型钢包精炼渣19钢包和中间包低碳碱性保温剂20洁净钢生产中合成渣剂实用技术21铝及铝合金晶粒细化剂AL-Ti-C22铝及镁合金材料连续铸挤机23高性能镁合金管、型材连续流变成形24基于自蔓延熔铸法制备铜铬合金的新技术25长寿命高效复合型光催化抗菌材料26超轻、高韧性、高吸音率泡沫铝材料制备技术的开发27陶瓷颗粒增强泡沫铝材料制备技术的开发28碳纤维增强泡沫铝材料制备技术的开发29碳纤维增强飞机蒙皮铝合金复合材料30碳纤维增强A356轿车铝轮毂复合材料31碳纤维增强镁合金轿车轮毂复合材料32石墨颗粒/铝基自润滑材料33变形镁锂合金超轻材料34高性能高速列车受电弓滑板材料35铝电解用惰性阳极制备技术36原位合成TiN／O，-Sialon复相材料的制备工艺37自蔓延冶金法制备超细硼化物粉体新技术38颗粒增强金属基陶瓷复合材料研究39三维网络陶瓷及三维网络陶瓷/金属复合材料的制备技术40新型高分子助剂41光功能高分子材料42碳酸钙产品工业化生产项目43轻质碳酸镁、氧化镁的制备44硫酸钙晶须的制备45纳米氧化锌的制备技术46低成本多形状纳米氢氧化镁阻燃剂制备47路用木质复合纤维的制备技术48现浇聚苯屋面保温材料及技术49一种在矿物纤维造纸工业中使用的表面活性剂及用于造纸的矿棉纤维生产技术50数控软片裁片机51高性能镁、铝合金钻削加工技术的研究52二并联多功能机器人化数控机床53SMT数字脉冲脱磁器54脉冲振动磁场磁选柱55中央真空吸尘系统的开发56真空干燥和真空冷冻干燥技术与设备57螺杆式无油（干式）真空泵及其无油真空系统58高效节能型工业热交换系统设备开发59高效气-液两相分离设备60高炉煤粉喷吹总管流量计61高炉喷煤风口支管状态监测系统62计算机网E1链路接口自愈保护系统63远程机房监测系统64汽车FTTCAN技术设计及应用65射频补偿朗缪尔探针等离子体诊断系统66油页岩残渣研制的免烧免蒸砖67尾矿生态化增值利用技术68油页岩残渣制备白炭黑69综合利用铁尾矿制备SiC陶瓷材料70油田含油污水污泥回转窑焚烧技术71油田含油污水污泥制生物质型煤技术72环保节能燃煤固硫剂73基于采矿废弃物资源化利用的新型节能建筑材料74资源化利用铁尾矿生产微晶玻璃绝缘新材料75利用含钛工业废渣制备低成本抗菌陶瓷76岩土工程与地下结构稳定性实时预测预报技术77钢结构件热浸镀铝防腐技术78永磁磁力传动技术79磁性液体应用技术80压力容器设计理论及其CAD应用81浸没式板式膜生物反应器处理生活及产业废水获得高品质回用水的先进技术82磁流变液生产技术83NEUEP变电站电力监控系统84平面关节型机器人85可用于透明微细液柱的光电式液位开关控制器86含硼合金耐磨铸铁件生产技术87微合金化耐磨高锰钢、超高锰钢88新型无氧铜的脱氧剂及无氧铜工艺开发89轴流通风机的优化气动设计理论及方法90四自由度液压伺服多级递阶控制摩托车道路模拟随机疲劳试验台9140吨大型板坯电渣炉92复杂产品数字化装配设计系统93多学科系统集成技术在飞行载荷设计中应用94企业资源计划系统95产品数据管理系统96炼钢-连铸动态智能调度系统97基于地球物理理论的矿山采区高分辨探测与隐患识别技术98金属矿床探测与评价集成技术99改性膨润土制造环境材料技术100高纯超细氢氧化镁阻燃剂的水热制备技术东北大学成果汇编（2014）1 涡流驱动器2 热连轧过程自动化计算机控制系统的开发3 超快冷技术在热连轧中的应用4 酸洗冷连轧机组三电控制系统自主集成与创新5 Hartmann管式粉尘爆炸试验仪(型号：NU-D-H-Ⅰ)6 20升球形爆炸测试装置(型号：NU-D-P20)7 粉尘最低着火温度测试装置8 可燃气体/蒸气爆炸极限测试装置(型号：NU-PG-LEL)9 1立方米爆炸测试系统(型号：NU-PD-1000)10 三相四线制逆变器11 以白云石和菱镁石为原料新法炼镁副产氧化铝复合材料技术12 新型阴极结构铝电解槽技术13 洁净特殊钢高效冶炼工艺技术及冶金辅助材料14 能源消耗信息采集与管理系统15 发热直上渣洗料16 冶金渣余热回收及碳资源协同减排制取合成气联合系统17 烟道式余热锅炉结构参数优化及设计软件开发18 工业热设备三维设计软件开发19 除尘产品开发20 防雨窗纱21 极贫磁铁矿超细碎干式预选技术22 超级铁精矿制备技术23 太阳能晶体硅切割废料的综合利用24 直接还原法处理钒钛磁铁矿以及含钒生铁脱碳保钒生产钒钢25 亚微米陶瓷颗粒增强金属基复合材料低成本制备技术26 耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料及连接技术27 铸造高强度双相钢履带板28 高质量镁合金锭坯、型材和板材生产技术29 冷轧机板形控制系统核心技术自主研发与工业应用30 航空铝合金大尺寸板坯的制备31 多晶铁磁形状记忆合金的相变特征与功能特性32 现代轧制技术、装备和产品研发创新平台33 基于超快速冷却的新一代TMCP装备及工艺34 镁合金电磁连铸技术35 高硅钢薄带织构控制与高效率制备技术36高性能纳米陶瓷刀具材料37贵金属纳米孔海绵材料绿色化制备、线性自组装行为及性能研究38 碳化硅及其复合材料的无压烧结制备技术39多孔碳化硅陶瓷的制备技术40碳化硼陶瓷及其复合材料的低成本制备技术41三维网络陶瓷/金属新型刹车材料的制备技术42超高强度超高韧性钢的研发43超细晶粒双相钢材料及其制备44新型磁性纳米材料的研发45具有形变诱导增塑效应的高强度－高塑性钢的开发46泡沫铝夹心结构材料的研究及应用47金属剪切/振动熔体处理及低碳短流程加工技术48大规格、高质量镁合金锭坯制备技术49金属材料的表面纳米化和电磁处理错误！未定义书签。
金属热锻过程再结晶与晶粒长大演化的数值模拟金属热锻是一种常用的金属加工方法，通过在高温下施加力量对金属进行塑性变形，从而改变金属的形状和性能。
在热锻过程中，金属会发生再结晶和晶粒长大现象，这对最终产品的性能具有重要影响。
本文将介绍金属热锻过程中再结晶和晶粒长大的数值模拟方法及其应用。
首先，我们需要了解再结晶和晶粒长大的基本概念。
再结晶是指在金属加工中，由于高温和变形应力的作用，原初晶粒消失并重新形成新的晶粒的过程。
晶粒长大是指由于温度升高，晶界扩散速度加快，晶粒间的界面发生改变，导致晶粒尺寸增大的过程。
数值模拟方法是理解金属热锻过程再结晶和晶粒长大现象的重要手段之一、下面将结合两个典型模拟方法介绍这方面的研究工作。
一种常用的数值模拟方法是有限元法。
该方法基于对金属材料的形变进行建模，并采用热力学和动力学方程对再结晶和晶粒长大过程进行模拟。
具体而言，首先需要通过实验或已有的数据确定金属材料的本构方程和热力学参数。
然后，将金属材料的几何形状进行离散化处理，建立起有限元模型。
接下来，在模拟过程中考虑金属材料的应变变形、应力分布和温度变化等因素，并结合再结晶和晶粒长大的机制进行模拟计算。
最后，通过数值分析软件对结果进行处理和分析，以获得相关的热锻参数和金属材料的结构演化规律。
另一种常用的数值模拟方法是细胞自动机法。
该方法是一种离散动力学模拟方法，通过对金属材料的离散单元进行建模，模拟材料的宏观变形和微观结构演化。
具体而言，首先需要将金属材料的微观结构进行离散化处理，将其划分为多个细胞单元。
然后，根据所选取的再结晶或晶粒长大模型，设置相应的细胞状态和演化规则。
细胞状态可以包括晶粒尺寸、晶粒形状、晶界能等参数。
通过迭代计算，细胞自动机将自动地模拟金属材料的形变和结构演化过程，得到材料的再结晶和晶粒长大的过程和结果。
以上介绍的是金属热锻过程再结晶和晶粒长大数值模拟的两种常用方法。
这些模拟方法能够提供对金属材料微观结构演化的深入认识，并为优化热锻工艺提供理论指导和技术支持。
以超快速冷却为核心的新一代TMCP 技术王国栋(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳 110004;先进钢铁材料技术国家工程研究中心轧制技术研究基地)摘要 与传统TMCP 技术采用!低温大压下∀和!微合金化∀不同,利用连续轧制的大变形和应变积累,提出以超快速冷却技术为核心的新一代控制轧制和控制冷却技术(NG-TMCP),描述了它的技术特征和材料特点,指出这是一项节省资源和能源、有利于材料循环利用、促进社会可持续发展的新技术。
关键词 控制轧制 控制冷却 低温大压下工艺 微合金化 超快速冷却技术作者简介:王国栋,中国工程院院士,东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任、教授、博导THE NEW GENERATION TMCP WITH THE KEY TECHNOLOGYOF ULTRA FAST COOLINGWang Guodong(The State Key Lab of Rolling and Automation,Northeastern University;Rolling Technology Research Base,National Engineering Research Center of Advanced Steel Technology)Abstract In order to inhibit troubles occurred in the traditional TMCP process which adopted low te mperature high reduction and micro alloying,new generation TMCP with key technology of ultra fast cooling was suggested.This tec h,its characteristic and material properties were described herein,was the combination of large deformation and strain accumulation in continuous rolling.It was also pointed that this tech,being favor to recycling and stimulating sustainable development,was a ne w type of technology which saved resource and energy.Key Words Controlled Rolling,Controlled C ooling,Lo w Temperature High Reduction,Micro alloying,Ultra Fast Cooling1 TMC P 技术及其特征[1]控制轧制和控制冷却技术,即TMCP,是20世纪钢铁业最伟大的成就之一。
82B钢线材精轧过程的再结晶行为金自力;郭瑞华;胡波【摘要】结合某钢厂高碳钢线材生产线轧制82B钢的工艺参数,在Gleeble 1500D热模拟实验机上采用不同精轧温度制度模拟了精轧F1-F4阶段该钢的轧制变形,分析了精轧温度对精轧过程中各道次动态再结晶的影响.研究结果表明,精轧F1-F4道次变形温度的控制对82B线材的组织有重要影响,精轧温度特别是精轧出口温度过高易使F4道次轧制发生不完全动态再结晶,不利于组织控制.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2012(031)001【总页数】3页(P62-64)【关键词】82B线材;热模拟;精轧;动态再结晶;精轧温度【作者】金自力;郭瑞华;胡波【作者单位】内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010;内蒙古包钢天诚线材有限公司,内蒙古包头 014010【正文语种】中文【中图分类】TG111.7SWRH82B高碳钢线材是高效、节能、节材的重要新型金属材料，主要用于制作1 860 MPa及以上级别的预应力钢丝和钢绞线，广泛应用于高等级建筑、桥梁、铁路、公路、电站等领域，是高级硬线钢的代表钢种［1］.1 860 MPa及以上级别的预应力钢丝和钢绞线在实际生产过程中仍存在诸多问题，使得82B性能不稳定，造成后续拉拔过程中出现横裂、断丝等现象，难以用于重要部位.研究表明，获得细小均匀的索氏体组织是提高82B高强级别线材强韧性的重要途径，热轧过程中通过动态再结晶细化奥氏体，有助于最终获得细小的室温组织［2～5］.本文针对某企业82B生产过程中存在的问题，以现场工艺条件为基础在实验室采用Gleeble1500D热模拟设备，研究了82B线材在精轧F1-F4后四道次的再结晶行为及组织演变;分析了不同精轧出、入口温度82B线材在精轧F1-F4道次真应力-真应变曲线及热轧过程中的再结晶行为，结合显微组织确定最佳精轧出、入口温度.本研究结果对于现场轧制工艺制定及组织控制具有一定的指导意义.实验材料SWRH82B盘条钢由某钢铁集团有限公司提供，其化学成分(质量分数，%)为:C 0.8，Si 0.25，Mn 0.8，P 0.017，S 0.015，Cr 0.004，Al 0.2.将盘条加工成φ8 mm×15 mm圆柱形的标准试样，在Gleeble 1500D试验机上进行控轧控冷模拟试验.结合现场实际生产中精轧后4道次的变形分配及变形温度制度，在多道次轧制过程中试样加热工艺均以20℃/s加热到1 050℃保温3 min，随后以10℃/s冷却到实验方案如表1，2及表3所示的变形温度进行多道次模拟轧制，研究在压下率及变形速率条件不变的条件下，不同精轧温度对SWRH82B线材热轧过程中的再结晶行为及室温组织的影响.图1(a)，(b)及(c)为按照表1，2及表3确定的四道次精轧模拟方案1、方案2及方案3模拟SWRH82B 4道次精轧的真应力-应变曲线.从图1中看出，方案1、方案2及方案3中第一、二道次因变形温度相对较低，在第一、二道变形过程中基本上随真应变增加应力增加，均没有明显发生动态再结晶现象.从图1还可看出，在方案1、方案2及方案3中第三道次应变约为0.75时，均发生了明显动态再结晶，造成以上结果的原因是，方案1、方案2及方案3中的第一、二道次均未发生明显的动态再结晶，在第一道次、第二道次与第三道次间隙时间模拟了实际线棒材生产中由于变形量及变形速度较高导致的变形试件的升温变形，然而第三道次变形屈服变形抗力并没有明显降低，表明第一、二道次变形后形成了应变累积效果，在第三道次以28%较高的压下率及变形温度变形时发生动态再结晶.由于第三道次发生动态再结晶及温升变形过程中第三道及第四道间的静态软化，使得图1(a)，(b)方案1、方案2的第四道次未发生动态再结晶.从图1 (c)可看出，方案3中精轧温度较高，第四道的变形温度达到了1 080℃，使得第四道次即使有较小的压下率21%，也发生了不完全的动态再结晶，不完全的动态再结晶组织为混晶组织［3］.终轧道次变形不完全的动态再结晶，不利于室温组织的控制.图2(a)，(b)及(c)为表1，2及表3确定的方案1、方案2及方案3多道次精轧变形模拟的金相组织，图2(d)为现场合格SWRH82B成品线材显微组织.方案1变形温度在980～1 050℃范围内，图2 (a)晶粒尺寸略大于现场热轧后组织的晶粒尺寸;方案2变形温度在950～1 020℃范围内，图2(b)晶粒尺寸与现场热轧生产的SWRH82B线材的组织的晶粒尺寸最相近;方案3变形温度在1 010～1 080℃范围内，图2(c)晶粒尺寸大于现场热轧后组织晶粒尺寸且组织不均.可见图2(b)索氏体组织晶粒细小、均匀，与现场组织较为一致.表明:精轧F1-F4道次变形温度对精轧过程中奥氏体组织演变及线材的室温组织有重要影响，在精轧入口温度是950℃，精轧出口温度是1 020℃，得到的组织均是比较均匀的等轴晶粒，组织最均匀细小.(1)精轧F1-F4道次轧制过程中，F1及F2道次轧制未发生动态再结晶，F3道次轧制存在明显的动态再结晶，精轧温度特别是精轧出口温度过高易使得F4道次轧制发生不完全动态再结晶，不利于82B线材的组织控制.(2)精轧F1-F4道次变形温度的控制对82B线材的组织有重要影响，在精轧入口温度是950℃，精轧出口温度是1 020℃，得到的组织均是比较均匀的等轴晶粒，组织最均匀细小.【相关文献】［1］桂美文，覃之光.82B高碳钢连铸坯中心偏析及线材质量的改善［J］.炼钢，2005，21(3):1-4.［2］王勇围，桂美文，周勇，等.V、N微合金化对高碳钢82B性能的影响［J］.材料热处理学报，2011，32(1): 82-86.［3］王有铭，李曼云，韦光.钢的控制轧制与控制冷却［M］.北京:冶金工业出版，2005.［4］ Kazeminezhad M，Taheri A K.The effect of controlled cooling after hot rolling on themechanical properties of a commercial high carbon steel wire rod［J］.Materials and Design，2003，24:415-421.［5］ Xiong Yi，Sun Shuhua，Li Yong，et al.Effect of warm cross-wedge rolling on microstructure and mechanical property of high carbon steel rods［J］.Materials Science and Engineering A，2006，431:152-157.。
