第10期 李高盛等：特厚板温度梯度轧制有限元模拟与实验研究 ·1327· ☑温度梯度轧制计算结果 心部晶粒细尺寸减小32.21% 试样1统计结果 80 爱均温轧制计算结果 (3)温度梯度轧制可以同时发挥变形带细化和 四试样2统计结果 再结晶细化的作用，使特厚板厚度方向上的晶粒尺 wr/ 60 寸更为均匀，提高产品性能 40 参考文献 [1]Jang Y C.Lee Y,An G B,et al.Temperature dependent fracture 20 model and its application to ultra-heavy thick steel plate used for shipbuilding.Int J Mod Phys B,2008,22:5483 Zhu F X,Li Y M,Liu Y C,et al.Effect of Austenite recrystalli- 表面 1/4 1/2 zation on microstructure and properties of 345 steel.fron Steel 位置 Res Int,2005,12(5):39 图9奥氏体品粒尺寸的实验与模拟结果对比 B] Chen Q J,Kang Y L,Hong H P,et al.Simulation of rolling Fig.9 Comparison between simulated and experimental grain size process for wide and thin plate of alloy steel by finite element method.J Plast Eng,2005,12(Suppl):163 织为主，其性能取决于先共析铁素体的比例、分布和 (陈庆军，康永林，洪慧平，等。低合金宽薄板轧制过程的有 晶粒大小，其中影响晶粒大小的主要因素是先共析 限元模拟.塑性工程学报，2005,12（增刊）：163) 铁素体在奥氏体中的形核密度.决定其数值大小的 4] Pan H B,Tang D.Hu S P,et al.Development of large specimen multi-deformation plane strain thermo-mechanical simulator.Mach 因素为变形方向上单位长度内的奥氏体晶界数量、 Des Manuf,2008(9):101 变形带数量和退火李晶界数量回.在奥氏体再结晶 (潘红波，唐荻，胡水平，等。大试样多道次平面应变热模拟 区，奥氏体内部位错合并消除，在随后的相变中铁素 试验机的研究.机械设计与制造，2008(9)：101) 体主要在奥氏体晶界处形核，因此奥氏体晶粒越细小， [5] Pan X G,Tang D,Song Y,et al.Austenite grain growth model of 则铁素体形核密度增大，铁素体晶粒细小；在奥氏体未 DP590 dual-phase steel.J Unir Sci Technol Beijing,2013,35 (2):189 再结晶区，奥氏体内部保留了变形时产生的形变带以 (潘晓刚，唐获，宋勇，等.DP590级双相钢奥氏体品粒长大 及位错亚结构，相变时铁素体在奥氏体内部的变形带 模型.北京科技大学学报，2013,35(2)：189) 和奥氏体晶界处形核，产生变形带细化的作用@.因 [6]Luo H W,Sietsma J,van der Zwaag S.A metallurgical interpreta- 此，在温度梯度轧制中两种细化机理相互配合可以得 tion of the static recrystallization kinetics of an intercritically de- 到更为细小均匀的先共析铁素体，提高产品性能 formed C-Mn Steel.Metall Mater Trans A,2004,35(6):1889 ] Luo H W,Sietsma J,van der Zwaag S.Characteristics of the stat- 3 结论 ic recrystallization kinetics of an intercritically deformed C-Mn steel.Mater Sci Forum,2004,467-470:293 (1)建立了特厚板温度梯度轧制和均温轧制的 Siciliano F Jr.,Jonas JJ.Mathematical modeling of the hot strip 有限元模型，与物理冶金模型结合计算了特厚板轧 rolling of microalloyed Nb multiplyalloyed Cr-Mo,and plain C-Mn 后奥氏体晶粒度，通过大试样平面应变实验证明模 steels.Metall Mater Trans A,2000,31(2):511 型与实际测量结果符合较好 9] Kojima A,Watanabe Y,Terada Y,et al.Ferrite grain refinement (2)将特厚板表面冷却至未再结晶区，同时心 by large reduction per pass in non-erystallization temperature re gion of austenite.ISIJ Int,1996,36(5):603 部温度维持在再结晶区的温度梯度轧制有利于轧制 [10]Abdollah-Zadeh A,Eghbali B.Mechanism of ferrite grain refine- 力向心部渗透，增加心部应变量，均匀细化心部晶 ment during warm deformation of a low earbon Nb-microalloyed 粒，模拟结果心部品粒尺寸减小29.19%，实验结果 steel.Mater Sci Eng A,2007,457(12)219第 10 期 李高盛等: 特厚板温度梯度轧制有限元模拟与实验研究 图 9 奥氏体晶粒尺寸的实验与模拟结果对比 Fig． 9 Comparison between simulated and experimental grain size 织为主，其性能取决于先共析铁素体的比例、分布和 晶粒大小，其中影响晶粒大小的主要因素是先共析 铁素体在奥氏体中的形核密度． 决定其数值大小的 因素为变形方向上单位长度内的奥氏体晶界数量、 变形带数量和退火孪晶界数量［9］． 在奥氏体再结晶 区，奥氏体内部位错合并消除，在随后的相变中铁素 体主要在奥氏体晶界处形核，因此奥氏体晶粒越细小， 则铁素体形核密度增大，铁素体晶粒细小; 在奥氏体未 再结晶区，奥氏体内部保留了变形时产生的形变带以 及位错亚结构，相变时铁素体在奥氏体内部的变形带 和奥氏体晶界处形核，产生变形带细化的作用［10］． 因 此，在温度梯度轧制中两种细化机理相互配合可以得 到更为细小均匀的先共析铁素体，提高产品性能． 3 结论 ( 1) 建立了特厚板温度梯度轧制和均温轧制的 有限元模型，与物理冶金模型结合计算了特厚板轧 后奥氏体晶粒度，通过大试样平面应变实验证明模 型与实际测量结果符合较好． ( 2) 将特厚板表面冷却至未再结晶区，同时心 部温度维持在再结晶区的温度梯度轧制有利于轧制 力向心部渗透，增加心部应变量，均匀细化心部晶 粒，模拟结果心部晶粒尺寸减小 29. 19% ，实验结果 心部晶粒细尺寸减小 32. 21% ． ( 3) 温度梯度轧制可以同时发挥变形带细化和 再结晶细化的作用，使特厚板厚度方向上的晶粒尺 寸更为均匀，提高产品性能． 参 考 文 献 ［1］ Jang Y C，Lee Y，An G B，et al． Temperature dependent fracture model and its application to ultra-heavy thick steel plate used for shipbuilding． Int J Mod Phys B，2008，22: 5483 ［2］ Zhu F X，Li Y M，Liu Y C，et al． Effect of Austenite recrystalli￾zation on microstructure and properties of Q345 steel． J Iron Steel Ｒes Int，2005，12( 5) : 39 ［3］ Chen Q J，Kang Y L，Hong H P，et al． Simulation of rolling process for wide and thin plate of alloy steel by finite element method． J Plast Eng，2005，12( Suppl) : 163 ( 陈庆军，康永林，洪慧平，等． 低合金宽薄板轧制过程的有 限元模拟． 塑性工程学报，2005，12( 增刊) : 163) ［4］ Pan H B，Tang D，Hu S P，et al． Development of large specimen multi-deformation plane strain thermo-mechanical simulator． Mach Des Manuf，2008( 9) : 101 ( 潘红波，唐荻，胡水平，等． 大试样多道次平面应变热模拟 试验机的研究． 机械设计与制造，2008( 9) : 101) ［5］ Pan X G，Tang D，Song Y，et al． Austenite grain growth model of DP590 dual-phase steel． J Univ Sci Technol Beijing，2013，35 ( 2) : 189 ( 潘晓刚，唐荻，宋勇，等． DP590 级双相钢奥氏体晶粒长大 模型． 北京科技大学学报，2013，35( 2) : 189) ［6］ Luo H W，Sietsma J，van der Zwaag S． A metallurgical interpreta￾tion of the static recrystallization kinetics of an intercritically de￾formed C-Mn Steel． Metall Mater Trans A，2004，35( 6) : 1889 ［7］ Luo H W，Sietsma J，van der Zwaag S． Characteristics of the stat￾ic recrystallization kinetics of an intercritically deformed C--Mn steel． Mater Sci Forum，2004，467-470: 293 ［8］ Siciliano F Jr． ，Jonas J J． Mathematical modeling of the hot strip rolling of microalloyed Nb multiply-alloyed Cr--Mo，and plain C--Mn steels． Metall Mater Trans A，2000，31( 2) : 511 ［9］ Kojima A，Watanabe Y，Terada Y，et al． Ferrite grain refinement by large reduction per pass in non-recrystallization temperature re￾gion of austenite． ISIJ Int，1996，36( 5) : 603 ［10］ Abdollah-Zadeh A，Eghbali B． Mechanism of ferrite grain refine￾ment during warm deformation of a low carbon Nb-microalloyed steel． Mater Sci Eng A，2007，457( 1-2) : 219 · 7231 ·