CN110472342B - 一种预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法 - Google Patents

一种预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种连铸方法，具体涉及一种预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法。技术方案如下：包括如下步骤：步骤1)实验得到不同压缩条件下的流变应力曲线；步骤2)采用平均应力法计算实验静态软化率；步骤3)将实验静态软化率进行线性拟合得到阿弗拉米特征参数n；步骤4)确定软化率50％时的道次时间t0.5；步骤5)：建立预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶软化率模型数学公式，绘制出预测的微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶动力学曲线。本发明提供的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，能够准确预测微合金钢连铸坯多道次压缩条件下的静态再结晶行为。

Description

一种预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法
技术领域
本发明涉及一种连铸方法，具体涉及一种预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法。
背景技术
凝固末端重压下是在凝固前或凝固末端施加大压下量，从而有效改善大规格连铸板坯内部质量的方法。对于大规格连铸板坯，凝固末端铸坯内外温差能够达到甚至超过500℃，表明针对传统粗糙的压下过程，重压下的压下量能够有效传递到铸坯心部从而改善内部缩孔和疏松。凝固末端重压下不仅能够消除中心疏松与缩孔缺陷，而且诱导宽厚板连铸坯发生奥氏体再结晶，从而有效细化铸坯组织。
在钢铁材料的高温变形过程中，动态再结晶(DRX)、静态再结晶(SRX)和亚动态再结晶(MDRX)控制钢铁材料的微观组织和力学性能。大量研究表明，静态再结晶将会在多道次压缩道次间隔内发生。在过去的几十年，许多研究者已经提出了许多适合于轧制过程和热加工过程中不同材料的再结晶动力学模型。Kolmogorov、Johnson、Mehl和Avrami首次提出了Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov(JMAK)模型，该模型被广泛地应用于描述固态相变和再结晶过程。然而，由于材料化学成分、理论计算过程与热压缩条件等因素的差异，这些静态再结晶动力学模型有一定的差异性与其各自的适用范围。但针对微合金钢连铸坯压下热变形行为与静态再结晶机理，仍存在一些尚未解决的问题。
发明内容
本发明提供一种预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，能够准确预测微合金钢连铸坯多道次压缩条件下的静态再结晶行为。
本发明的技术方案如下：
一种预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，包括如下步骤：
步骤1)：微合金钢连铸坯成分为C：＜0.25％，Nb：0.02％～0.05％，Ti：0.01～0.025％；首先取微合金钢连铸坯横断面1/4位置处铸坯，并加工成Φ8×15的圆柱形试样，在奥氏体温度区域进行双道次高温压缩实验，得到不同压缩条件下的流变应力曲线；
步骤2)：基于所述流变应力曲线，采用平均应力法计算不同压缩条件下、道次间隔下的实验静态软化率，绘制静态软化曲线；
步骤3)：依据所述静态软化曲线，将实验静态软化率进行线性拟合得到阿弗拉米特征参数n；
步骤4)：针对微合金钢连铸坯中微合金元素Nb、Ti碳氮化物对晶界钉扎与溶质拖拽作用，确定软化率50％时的道次时间t0.5；
步骤5)：建立预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶软化率模型数学公式，绘制出预测的微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶动力学曲线。
进一步地，所述的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，所述步骤1)中，在连铸坯奥氏体温度区域900～1300℃区间选取间隔50℃或100℃进行双道次高温压缩实验：应变速率为0.001s-1～0.1s-1，道次间隔时间为0～250s，第一道次压缩量为5％～20％，第二道次压缩量为5％～20％。
进一步地，所述的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，所述步骤2)中，所述平均应力法的计算公式如下：
Figure BDA0002170608820000031
式中：X* SRX为实验测量道次间隔下的静态软化率；
Figure BDA0002170608820000032
是假设没有道次间软化条件下第二道次压缩的平均应力；
Figure BDA0002170608820000033
与
Figure BDA0002170608820000034
分别是第一道次与第二道次的平均应力，
Figure BDA0002170608820000035
与
Figure BDA0002170608820000036
由公式
Figure BDA0002170608820000037
得到(其中
Figure BDA0002170608820000038
是平均应力；ε1是第一道次变形真应变；σ是真应力值)。
进一步地，所述的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，所述步骤3)中，阿弗拉米特征参数n计算公式如下：
Figure BDA0002170608820000039
式中：
Figure BDA00021706088200000310
是应变速率，s-1；ε是第一道次压下率；d0是初始奥氏体晶粒尺寸；R是理想气体常数(8.314J.mol-1.K-1)；A,p1,q1,s1,Q是材料常数；T是变形温度；
其中应变速率
Figure BDA00021706088200000313
由经典的阿伦尼乌斯公式表达，如下：
Figure BDA00021706088200000311
其中：
Figure BDA00021706088200000312
对(1)式取对数得到：
Figure BDA0002170608820000041
式中：Q1是应变激活能；α、n2是材料常数。
进一步地，所述的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，所述步骤4)中，确定软化率50％时的道次时间t0.5公式为：
Figure BDA0002170608820000042
式中：t0.5为软化率50％时的道次时间，s；[C]，[Nb]和[Ti]为微合金连铸坯中元素C、Nb和Ti的含量；QSRX是奥氏体静态再结晶激活能，KJ/mol；A2,p2,q2,s2是材料常数。
进一步地，所述的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，所述步骤5)中，预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶软化率模型数学公式如下：
Figure BDA0002170608820000043
式中XSRX是预测的奥氏体静态再结晶软化率，％；t是道次间隔时间，s。
本发明的有益效果为：本发明针对微合金钢连铸坯中微合金元素Nb，Ti碳氮化物对晶界钉扎与溶质拖拽作用，采用经典微合金碳氮化物析出热力学计算，对常规模型建模过程进行了修正，从理论上建立了更适合于微合金连铸坯且精确度更高的静态再结晶模型，能够更准确地实现微合金连铸坯多道次重压下过程的静态再结晶行为预测。
附图说明
图1为连铸多道次连续重压下工作状态示意图；
图2为微合金连铸坯双道次压缩流变应力曲线：(a)温度；(b)应变速率；
图3为平均应力法计算道次软化率示意图；
图4为Int与ln(ln(1/(1-XS)))线性拟合关系：(a)温度；(b)应变速率；
图5为奥氏体静态再结晶动力学曲线图：(a)温度；(b)应变速率；(c)压缩量；(d)内部奥氏体晶粒对再结晶分数的影响。
具体实施方式
如图1所示，微合金连铸坯实施多道次重压下。
微合金钢连铸板坯在温度900、1000、1100、1200、1300℃，应变速率0.001s-1、0.05s-1、0.1s-1，道次间隔时间为0、5、25、50、250s，第一道次压缩量为10％、15％、20％，第二道次压缩量为20％，上述条件下进行双道次压缩试验，从而得到不同压缩条件下的流变应力曲线，如图2所示；
基于所述流变应力曲线，采用平均应力法计算不同条件下、道次间隔下的实验静态软化率，平均应力法计算方式如图3所示；
利用所述实验静态软化率绘制静态软化曲线，通过线性拟合得到阿弗拉米特征参数n；如图4所示；
根据微合金钢连铸坯中微合金元素Nb、Ti碳氮化物对晶界钉扎与溶质拖拽作用，确定软化率50％时的道次时间t0.5；
建立预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶软化率模型数学公式，如下：
Figure BDA0002170608820000061
如图5所示，绘制出预测的微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶动力学曲线，将试验的数据点(见表1)与预测的微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶动力学曲线加以对比，进行误差分析，验证其准确性。
表1实验测得软化率
Figure BDA0002170608820000062

Claims (6)

1.一种预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)：微合金钢连铸坯成分为C：＜0.25％，Nb：0.02％～0.05％，Ti：0.01～0.025％；首先取微合金钢连铸坯横断面1/4位置处铸坯，并加工成Φ8×15的圆柱形试样，在奥氏体温度区域进行双道次高温压缩实验，得到不同压缩条件下的流变应力曲线；
步骤2)：基于所述流变应力曲线，采用平均应力法计算不同压缩条件下、道次间隔下的实验静态软化率，绘制静态软化曲线；
步骤3)：依据所述静态软化曲线，将实验静态软化率进行线性拟合得到阿弗拉米特征参数n；
步骤4)：针对微合金钢连铸坯中微合金元素Nb、Ti碳氮化物对晶界钉扎与溶质拖拽作用，确定软化率50％时的道次时间t0.5；
步骤5)：建立预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶软化率模型数学公式，绘制出预测的微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶动力学曲线。
2.根据权利要求1所述的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，其特征在于，所述步骤1)中，在连铸坯奥氏体温度区域900～1300℃区间选取间隔50℃或100℃进行双道次高温压缩实验：应变速率为0.001s-1～0.1s-1，道次间隔时间为0～250s，第一道次压缩量为5％～20％，第二道次压缩量为5％～20％。
3.根据权利要求1所述的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述平均应力法的计算公式如下：
Figure FDA0002170608810000021
式中：X* SRX为实验测量道次间隔下的静态软化率；
Figure FDA0002170608810000022
是假设没有道次间软化条件下第二道次压缩的平均应力；
Figure FDA0002170608810000023
与
Figure FDA0002170608810000024
分别是第一道次与第二道次的平均应力，
Figure FDA0002170608810000025
与
Figure FDA0002170608810000026
由公式
Figure FDA0002170608810000027
得到(其中
Figure FDA0002170608810000028
是平均应力；ε1是第一道次变形真应变；σ是真应力值)。
4.根据权利要求1所述的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，其特征在于，所述步骤3)中，阿弗拉米特征参数n计算公式如下：
Figure FDA0002170608810000029
式中：
Figure FDA00021706088100000210
是应变速率，s-1；ε是第一道次压下率；d0是初始奥氏体晶粒尺寸；R是理想气体常数(8.314J.mol-1.K-1)；A,p1,q1,s1,Q是材料常数；T是变形温度；
其中应变速率
Figure FDA00021706088100000211
由经典的阿伦尼乌斯公式表达，如下：
Figure FDA00021706088100000212
其中：
Figure FDA00021706088100000213
对(1)式取对数得到：
Figure FDA00021706088100000214
式中：Q1是应变激活能；α、n2是材料常数。
5.根据权利要求4所述的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，其特征在于，所述步骤4)中，确定软化率50％时的道次时间t0.5公式为：
Figure FDA0002170608810000031
式中：t0.5为软化率50％时的道次时间，s；[C]，[Nb]和[Ti]为微合金连铸坯中元素C、Nb和Ti的含量；QSRX是奥氏体静态再结晶激活能，KJ/mol；A2,p2,q2,s2是材料常数。
6.根据权利要求1所述的预测微合金钢连铸坯奥氏体静态再结晶行为的方法，其特征在于，所述步骤5)中，预测微合金钢重压下连铸坯奥氏体静态再结晶软化率模型数学公式如下：
Figure FDA0002170608810000032
式中XSRX是预测的奥氏体静态再结晶软化率，％；t是道次间隔时间，s。
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