Q235低碳钢静态再结晶模型的建立

D0I:10.13374/j.isn1001-053x.1999.01.006 第21卷第1期 北京科技大学学报 VoL21 No.1 1999年2月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Feb.1999 Q235低碳钢静态再结晶模型的建立 窦晓峰鹿守理赵辉 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要在物理冶金基本模型的基础上，通过对实验数据进行回归建立了Q235低碳钢的静态再结晶及晶粒 长大模型，模型计算和实验所测结果相吻合，压缩实验为双道次压缩，实验条件为：变形速率0.5~2.0s,变 形温度950~1100℃，变形量为0.15~0.25（真应变），初始晶粒尺寸为56~85μm. 关键词静态再结晶；应力；晶粒长大；组织变化 分类号TG111.7 在普碳钢的控制轧制的精轧道次中，由于变 量0.15~0.25（真应变）.为了确定不同品粒尺寸 形量小，变形速率快，变形温度相对较低，因此在 对动态再结晶的影响，采用奥氏体晶粒尺寸85， 变形中一般难以启动动态再结晶而使一大部分 65,56,48μm,每个试样变形后立即淬火以保留 加工硬化保留下来，这样在随后的道次间隙，将 变形时奥氏体组织 会发生静态回复、静态再结晶及晶粒长大，从而 使加工硬化得以部分或全部消除.在这种情况 2静态组织变化模型的描述 下，静态组织变化成为软化的主要机制，它影响 普碳钢在热变形间隙内，组织变形主要有静 着下一道次及随后道次的变形及组织变化.因 态回复，静态再结晶及晶粒长大等，在这里不单 此，建立金属在热变形时所发生的静态组织变化 独区分回复和再结晶，而是把回复的影响归并到 模型是模拟金属多道次变形时组织变化的不可 静态再结晶模型中加以考虑.静态再结晶运动学 缺少的部分，以及是制定变形工艺或工艺优化的 描述按照Avrami公式如下☒： 重要依据山， X=1-exp(-0.693(t/o, (1) 通过实验建立了Q235低碳钢静态再结晶模 式中：5为再结晶50%时所需的停留时间. 型，并比较了模型计算和实验测得的结果，实验 a,=S2·d的·e·2.exp(w/RD (2) 中采用双道次压缩方法以改进传统实验中人为 式中：d。为初始晶粒尺寸，Z为Zermor--Hollomon 因素对静态再结晶量确定的影响. 参数，2sw为静态再结晶发生激活能. 1实验材料和步骤 静态再结晶结束时晶粒尺寸为： dr=S·dw·e·z (3) 在实验中材料采用Q235普碳钢，取自武汉 静态再结晶结束以后晶粒长大描述为： 钢铁公司热轧板，化学成分（质量分数）为0.19C, d"=d+So·exp(-a/RT·(t-o）(4) 0.085N,0.74Mn,0.017P,0.030S,0.21Si,0.019 式中：2。为晶粒长大激活能，1为停留时间.65 Al.试样制成尺寸为Φ10mm×15mm的圆柱 为静态再结晶量达到95%所需的时间.S,~Son 样.实验在Gleebbe1.500热模拟试验机上进行，加 为模型系数，需用实验数据回归得到. 热速度为10℃s,加热到1200℃奥氏体化需 2min,以5℃/s的速度冷却到变形温度，保温90 3模型系数回归 $,按不同变形条件进行变形.变形条件为：变形温 3.1静态再结晶量的确定 度1150~950℃、变形速率为0.01~1.0s1、变形 为了避免传统观测金相试样组织时人为因 1997-12-28收稿窦晓峰男，26岁，博士生 素的干扰，按下式确定静态再结晶量)： *国家自然科学基金资助课题No.59575051)

第12 卷 1 9 9 9年 第 1期 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e rs ylt o f S e el n e e a n d T ec h ul o yg B e ij in g V 0 L2 1 N O . l F e b 。 1 9 9 9 Q 23 5 低碳钢静态再结 晶模型 的建立 窦晓峰 鹿守理 赵 辉 北京科技大学材料科学与 工程学院 , 北京 10 0 83 摘 要 在 物理 冶金基本模型 的基础 上 , 通过对实验数 据进 行回 归建立 了 Q2 35 低碳钢 的静态再结晶及晶粒 长大模型 , 模型计算和 实验所侧结果相吻合 . 压缩实验为双道次压缩 , 实验 条件为 : 变形 速率 .0 5 ~ .2 0 5 一 ` , 变 形温度 9 5 0 一 10 0 ℃ , 变形量为 0 . 1 5一 0 . 2 5 (真应变 ) , 初始晶粒尺寸为 56 一 55 卜m . 关健词 静态再结晶 ; 应力; 晶粒 长大 ; 组织变化 分类号 T G 1 1 1 . 7 在 普碳 钢 的控 制 轧制 的精 轧 道次 中 , 由于变 形量 小 , 变 形 速 率快 , 变形 温度 相 对较 低 , 因此在 变 形 中一 般难 以 启 动 动 态再结 晶 而使 一大 部分 加 工 硬化保 留下 来 . 这样在 随后 的道 次 间 隙 , 将 会 发 生 静态 回 复 、 静态再结 晶及 晶粒 长 大 , 从而 使 加 工 硬 化得 以 部 分或 全 部 消 除 . 在 这 种 情 况 下 , 静 态组 织变 化成 为 软化 的 主要 机 制 , 它 影 响 着 下 一 道 次 及 随后 道 次 的 变 形 及 组 织 变 化 . 因 此 , 建立 金属 在热变 形 时所 发 生 的静态 组织 变 化 模型 是模拟 金 属 多 道 次变 形 时组 织 变 化 的 不 可 缺 少 的部 分 , 以 及是 制定 变 形工 艺 或工 艺优 化 的 重要 依据 川 . 通过 实验 建立 了 Q2 35 低 碳钢 静态 再结 晶模 型 , 并 比较 了模型 计算和 实 验 测得 的 结果 , 实 验 中采 用 双 道 次压 缩 方 法 以 改 进 传统 实 验 中 人 为 因 素对静 态再结晶量 确定 的影 响 . 量 0 . 15 一 .0 2 5( 真 应 变 ) . 为 了确 定 不 同晶 粒 尺 寸 对动态再结晶 的影 响 , 采用 奥氏体 晶粒 尺 寸 85 , 65 , 56 , 48 “ m , 每个试 样 变 形 后 立 即淬火 以 保 留 变 形 时奥氏体组 织 . 1 实 验材料和步骤 . 在 实 验 中材料 采 用 Q2 35 普 碳 钢 , 取 自武 汉 钢 铁公 司热轧板 , 化学 成分 (质量 分数 )为 0 . 19 C , 0 . 0 8 5 N , 0 . 74 M n , 0 . 0 1 7 P , 0 . 0 3 0 5 , 0 . 2 1 5 1 , 0 . 0 19 A I . 试 样 制 成 尺 寸 为 中10 ~ x 巧 ~ 的 圆 柱 样 . 实验在 G l e b b e 15 0 热模拟 试 验机 上进 行 , 加 热 速 度 为 10 ℃ s/ , 加 热 到 1 2 0 0 ℃ 奥 氏 体 化 需 Z m in , 以 5℃ s/ 的速 度冷却到 变形 温度 , 保温 90 s , 按不 同 变形 条件 进行变形 . 变 形条件 为 : 变形 温 度 1 15 0一 9 5 0 oC 、 变 形 速 率为 0 . 0 1 一 1 . 0 5 一 ’ 、 变 形 2 静态组织变化模型 的描述 普 碳钢 在 热变 形 间 隙内 , 组 织 变 形 主要有 静 态 回 复 , 静 态再 结 晶及 晶粒 长 大 等 , 在 这 里不 单 独 区 分 回 复 和再结 晶 , 而 是把 回复 的影 响 归并 到 静 态 再 结晶模型 中加 以 考虑 . 静 态再结 晶运动 学 描 述按 照 A ~ i 公 式如 下田 : x = l 一 e x p ( 一 0 . 6 9 3 ( r / ot . , )凡) ( l ) 式 中 : 0t , 为再结晶 50 % 时所需 的停留时间 . 0t , = 凡 · 岭 · ￡凡 · 矛 · xeP ( swQ / R乃 (2 ) 式 中 : 凡为 初始 晶粒尺 寸 , z 为 z e mr o -rH ol fo m on 参数 , sQ w 为 静态再结晶 发生激 活能 . 静态再结晶结束时晶 粒尺寸 为 : 魂 r = 凡 · 岭 · ￡.s · 矛 (3 ) 静态再结晶结束以 后 晶粒长大 描述 为 : d ” = :ds + S ,。 · e x p ( 一 几 / R乃 · ( ` 一 0t , 5 ) (4 ) 式 中 : Q g 为 晶粒长 大激 活能 , t 为停 留 时 间 · 0t 5 为 静态 再结晶量 达到 95 % 所 需 的时 间 . 5 1一凡 。 , 。 为模型 系数 , 需 用实 验数据回 归得 到 . 19 9 7 一 12 一 2 8 收稿 窦 晓峰 男 , 26 岁 , 博 士 生 * 国 家 自然 科学 基金资助课题州.0 5 9 5 7 5 0 51 ) 3 模型 系数回 归 3 . 1 静态再结 晶 t 的确定 为 了避 免传 统观测 金 相 试样 组 织 时 人 为 因 素的 干扰 , 按 下式 确定静 态再结晶量 l3[ : DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 01. 006

VoL21 No.1 窦晓峰等：Q235钢静杰再结晶模型的建立 ·21· X=9-g 的再结晶量和实验所测的结果比较.由图中可以 (5) 01-0g2 看出，模型计算和实验测定的结果吻合较好 式中：0，为第1道次结束时应力：0，为第2道次变 33静态再结晶黑粒及长大尺寸模型 形时屈服应力：0am为第1道次变形时屈服应 为了建立静态再结晶晶粒及长大尺寸模型， 力.图1为静态再结晶量的确定， 另作一组单道次实验，要求变形条件和再结晶运 动学一样，变形后等温停留一定时间（根据模型 0 计算得到)后淬火，制成金相试样，测定再结晶终 了及长大的晶粒尺寸，通过公式3)、(4)进行回 归确定公式中系数.图4和图5为实验所测和回 归模型计算的晶粒尺寸的比较，图6和图7分别 0a的 Eo.02 E 图1静态再结量的确定 70 3.2静态再结晶运动学描述 在确定每一变形条件下的静态再结晶量后， 60 图2为不同变形条件下的再结晶量和时间的关 系.由图中可以看出，随变形量及变形速率的增 00 加，变形温度升高停留时间延长，再结晶量增 50 大.通过公式(1)进行非线性回归得到S,为0.85， 50 60 70 80 实测再结晶晶粒尺寸μm 均方差0.07，同时得到不同变形条件下的6s通 图4模型计算和实测静态再结晶品粒尺寸 过(2)式回归确定式中各项系数.图3是模型计算 90 1.0 80 0.8 0020 0 刺 ■0.15 0.6 70 0 ●025 0 0.4 8 60 0.2 0.0t 50 50 70 80 90 0.1 10 60 实测晶粒尺寸小m s 图5摸型计算和实测的晶粒长大尺寸 图2不周变形量下的再抽晶量和时间的关系 1.0 o0.15 0.8 ■0.20 0.6 ●0.25 0.4 人 ● 02 ●a 0.0 ● 0 0.20.40.6 081.0 再结晶量实测值 图6静态再结终了时的曼撤组织 图3不同变形量下械型计算和实酸测得的再结晶量 变形条件：温度1000℃，速率10，'，变形量0.15

·22· 北京科技大学学报 1999年第1期 4结论 通过实验建立了Q235钢的静态再结晶模 型，并将模型计算结果和实验所测结果金相了比 较，二者吻合较好，为以后模拟金属热变形时组 织变化提供了精确棋型；实验采用双道次压缩 法，避免了传统观测金相试样确定再结晶量过程 中人为因素的干扰，提高了精度 参考文献 1 Medina S F,Mancilla J E.Static Recrystallization 图7晶粒长大5s后的显微组织 变形条件：温度100℃，速率1.0；，变形量0.15 Modelling of Hot Deformed Steels Containing Several Alloying Elements.ISIJ Int,1996.36(8):1070 2 Bai D Q,Yue S.Jonas JJ.Static Recrystallization of 为再结晶终了时的晶粒和长大后的金相照 Nb-B Steels under Continuous Cooling Conditions. 片.由这些图可以看出模型计算和实验所测吻合 1 SU Inter.1996.36(8):1084 较好. 3 Andrade H L.Akben H M,Jonas JJ.Effect of Molyb- denum.Niobium and Vandium on Static Recovery and Recrystallization and on Solute Strengthening in Microalloyed Steels.Met Trans A.1983.14A:1976 Static Recrystallization Models of Q235 Low Carbon Steel Dou Xaiofeng.Lu Shouli.Zhao Hui Material Science and Engeering School.UST Biejing.Beijing 100083.Chins ABSTRACT The Static Recrystallization and Grain growth models of Q235 (low carbon steel) were established by regression with experiment data on the basis of physical metallugy models,the results calculated by the models agree with the measured values.The test are double compression, the condition of upsetting test is:temperature 950~1100C,forming rate 0.50~0.20 s,initial grain size56~85μm KEY WORDS static recrystallization:stress;grain growth;evolution of microstructure