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微合金钢中γ→α相变的实验研究及数值模拟

赵宝禄  
【摘要】: 微合金钢是现代冶金生产流程条件下生产的高新技术钢材,在钢中添加少量的微合金元素(主要是Nb、Ti和V等)即可大幅度提高强度并改善组织性能。铌在微合金钢中具有细晶强化和沉淀强化作用,能有效提高钢材的韧性和强度,使得含铌微合金钢在世界范围内得到了广泛的应用。微合金钢的生产是将控制轧制和控制冷却与微合金化技术相结合,最终得到铁素体类型的基体组织。因此,研究变形和微合金元素对奥氏体→铁素体相变的影响规律,可为新型微合金钢种的开发和实际生产中控轧控冷工艺的确定提供参考。 本文以铌质量百分数分别为0.021%、0.081%、0.17%的三种低碳试验钢为研究对象,通过热模拟试验分析变形与铌含量对奥氏体→铁素体相变和铁素体晶粒尺寸的影响。同时利用有限元软件Marc模拟控轧后轧件的变形情况,分析变形条件对奥氏体的影响。并以超组元算法和KRC模型为热力学基础,结合Cahn动力学理论,从铁素体的形核与长大机制出发,计算三种试验钢奥氏体→铁素体相变的时间—温度—转变量曲线。最后利用模型计算一种商用钢的等温转变曲线,并与实测值进行对比,进一步验证模型的准确性。 通过热模拟试验和定量金相组织分析,得到了不同成分、不同变形量、不同保温温度对三种试验钢的奥氏体→铁素体相变和铁素体晶粒尺寸影响规律。变形缩短了奥氏体→铁素体等温相变孕育期。在未变形条件下,钢中Nb含量越高,相变孕育期越长;变形条件下,三种试验钢低温奥氏体→铁素体等温相变的孕育期相差不大。钢中Nb含量越高,等温转变过后得到的铁素体晶粒尺寸越细小;等温相变温度越低,得到的铁素体晶粒越细小;保温时间越长,得到的铁素体晶粒尺寸越大;保温时间相同,三种试验钢变形35%比未变形等温转变得到的铁素体晶粒小。 轧制过程当中三种试验钢变形20%和50%的应力值有限元模拟结果表明,计算值与实验值的误差在6%左右,符合有限元模拟要求。说明模拟结果可靠,模型建立合理。对3号钢(C:0.036%,Mn:1.10%,Si:0.20%,Nb:0.170%)变形35%的情况进行了模拟,为奥氏体→铁素体等温转变模型中变形储能的计算打下了理论基础。 奥氏体→铁素体相变时间—温度—转变量曲线计算值与实验值对比结果表明,以超组元算法和KRC模型为热力学基础,结合Cahn动力学理论,建立的奥氏体→铁素体相变模型合理,计算方法可行。属性不符


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