第9期 余伟等：中厚板中间还冷却过程中晶粒长大及控制方法 ·1007· 以低合金钢Q345B钢和含Nb-Ti钢为基础分 析在中间坯待温过程中奥氏体晶粒长大规律，研究 中间坯冷却过程的组织变化，对控制奥氏体晶粒、提 1200℃，3min/5℃·4-1 高钢材韧性有重要意义 h1050℃.25%x2.2g1 15℃s1 10509 1实验材料和方法 53046042080 9501D 实验采用低合金钢Q345B和含Nb-Ti钢. 30℃· 淬火 Q345B钢化学成分（质量分数)为：0.17%C, 1.29%Mn,0.30%Si,0.02%P,0.03%S.含Nb- Ti钢的化学成分（质量分数)为：0.06%C,1.90% 时问s Mn,0.20%Si,0.005%P,0.001%S,0.30%Ni, 图1实验过程示意图 0.35%Mo,0.08%Nb,0.015%Ti和0.002%B. Fig.I Schematic diagram of the experiment process Q345B钢和含Nb-Ti钢均按照图1所示变形工 中不同温度下待温不同时间得到的平均晶粒直径分 艺进行处理.以15℃·s1的加热速度加热至1200 别如图2所示.随着保温时间的延长，Q345B钢奥 ℃，保温3min.在1050℃变形两道次，道次变形量 氏体晶粒长大符合指数曲线规律趋势.从图2(a) 为25%，应变速率为2s1.变形后采用30℃·s1的 可以看出，在1050、1000和950℃三个温度下保温， 速度进行冷却，达到不同温度时(1050,1000,950 前60s内的晶粒长大速率较大，60s后晶粒长大速 ℃)，保温不同时间(5,30,60,120,180s).含Nb-i 率减小，都趋于一个稳定值.同时还可看出，1050℃ 钢还要在各个温度下保温600和1200s,之后迅速 保温时的晶粒长大速率最大，1000℃时次之，950℃ 淬火急冷保留该温度下的组织.试样经磨样、抛光 时的晶粒长大速率最小.从图2(b)可以看出：含 和腐蚀后，用AX10型光学显微镜进行组织观察，并 Nb-Ti钢在1050、1000和950℃三个温度下保温 用定量金相的方法（截线法）测量奥氏体晶粒直径 时，180s内随着时间的延长，奥氏体品粒尺寸变化 的平均截线长度，再将其换算成奥氏体晶粒的平均 不大，稳定在25m尺寸内；保温1200s,晶粒尺寸 直径，所测定的晶粒个数不少于300个. 变化差别不大，均未超过40μm. 采用有限元模拟方法对比了63mm厚Q345B 晶粒长大是通过晶界的迁移实现的，Turnbull间 钢中间坯在空冷和强制水冷两种冷却方式下的温度 认为界面能的降低是晶粒长大过程发生的驱动力 变化及晶粒长大情况，随后对比了实际生产中经空 奥氏体晶粒的长大速率()与晶界迁移率及晶粒长 冷与强制水冷两种冷却方式下16mm厚Q345B钢 大的驱动力的乘积成正比，可用下式表示0： 板的力学性能 u=he导.g (1) 2 实验结果及分析 式中，k为常数，Q为晶界移动的激活能，R为气体 2.1中间坯冷却过程的晶粒长大规律 常数，T为温度，d为奥氏体晶粒的平均直径，σ为晶 Q345B钢和含Nb-Ti钢中间坯中间冷却过程 界的界面能 120 a 100 35 -1050℃ ◆-1000℃ -950℃ 80 30 60 25 40 100 20 ▲-950℃ 20 15 0 40 120 160 200 10 10 10 停留时间s 停留时间s 图2中间坯待温过程中的平均品粒直径.(a)Q345B:(b)含Nb-T钢 Fig.2 Average grain size of intermediate slabs during the holding process:(a)Q345B:(b)Nb-Ti bearing steel第 9 期 余 伟等: 中厚板中间坯冷却过程中晶粒长大及控制方法 以低合金钢 Q345B 钢和含 Nb--Ti 钢为基础分 析在中间坯待温过程中奥氏体晶粒长大规律，研究 中间坯冷却过程的组织变化，对控制奥氏体晶粒、提 高钢材韧性有重要意义． 1 实验材料和方法 实验采用低合金钢 Q345B 和 含 Nb--Ti 钢． Q345B 钢 化 学 成 分 ( 质 量 分 数) 为: 0. 17% C， 1. 29% Mn，0. 30% Si，0. 02% P，0. 03% S． 含 Nb-- Ti 钢的化学成分( 质量分数) 为: 0. 06% C，1. 90% Mn，0. 20% Si，0. 005% P，0. 001% S，0. 30% Ni， 0. 35% Mo，0. 08% Nb，0. 015% Ti 和 0. 002% B． Q345B 钢和含 Nb--Ti 钢均按照图1 所示变形工 艺进行处理． 以 15 ℃·s － 1 的加热速度加热至 1 200 ℃，保温 3 min． 在 1 050 ℃变形两道次，道次变形量 为 25% ，应变速率为 2 s － 1 ． 变形后采用 30 ℃·s － 1 的 速度进行冷却，达到不同温度时( 1 050，1 000，950 ℃) ，保温不同时间( 5，30，60，120，180 s) ． 含Nb--Ti 钢还要在各个温度下保温 600 和 1 200 s，之后迅速 淬火急冷保留该温度下的组织． 试样经磨样、抛光 和腐蚀后，用 AX10 型光学显微镜进行组织观察，并 用定量金相的方法( 截线法) 测量奥氏体晶粒直径 的平均截线长度，再将其换算成奥氏体晶粒的平均 直径，所测定的晶粒个数不少于 300 个． 图 2 中间坯待温过程中的平均晶粒直径 . ( a) Q345B; ( b) 含 Nb--Ti 钢 Fig． 2 Average grain size of intermediate slabs during the holding process: ( a) Q345B; ( b) Nb-Ti bearing steel 采用有限元模拟方法对比了 63 mm 厚 Q345B 钢中间坯在空冷和强制水冷两种冷却方式下的温度 变化及晶粒长大情况，随后对比了实际生产中经空 冷与强制水冷两种冷却方式下 16 mm 厚 Q345B 钢 板的力学性能． 2 实验结果及分析 2. 1 中间坯冷却过程的晶粒长大规律 Q345B 钢和含 Nb--Ti 钢中间坯中间冷却过程 图 1 实验过程示意图 Fig． 1 Schematic diagram of the experiment process 中不同温度下待温不同时间得到的平均晶粒直径分 别如图 2 所示． 随着保温时间的延长，Q345B 钢奥 氏体晶粒长大符合指数曲线规律趋势． 从图 2( a) 可以看出，在 1 050、1 000 和 950 ℃三个温度下保温， 前 60 s 内的晶粒长大速率较大，60 s 后晶粒长大速 率减小，都趋于一个稳定值． 同时还可看出，1050 ℃ 保温时的晶粒长大速率最大，1 000 ℃时次之，950 ℃ 时的晶粒长大速率最小． 从图 2 ( b) 可以看出: 含 Nb--Ti 钢在 1 050、1 000 和 950 ℃ 三个温度下保温 时，180 s 内随着时间的延长，奥氏体晶粒尺寸变化 不大，稳定在 25 μm 尺寸内; 保温 1 200 s，晶粒尺寸 变化差别不大，均未超过 40 μm． 晶粒长大是通过晶界的迁移实现的，Turnbull ［3］ 认为界面能的降低是晶粒长大过程发生的驱动力． 奥氏体晶粒的长大速率( v) 与晶界迁移率及晶粒长 大的驱动力的乘积成正比，可用下式表示［4］: v = ke － Qm RT ·σ d ． ( 1) 式中，k 为常数，Qm为晶界移动的激活能，R 为气体 常数，T 为温度，d 为奥氏体晶粒的平均直径，σ 为晶 界的界面能． ·1007·