薄板坯连铸连轧过程中的动态软化行为研究

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摘要：利用G1eeble一2000热／力模拟试验机模拟了低碳含Nb钢在薄板坯连铸连轧生产过程中的动态软化行为，分析了Nb含量对动态再结晶的影响，建立了低碳含Nb钢的动态再结晶模型，并绘制了动态再结晶区域分布图。

关键词：薄板坯连铸连轧；动态再结晶；含Nb钢；激活能

1 前言

本溪钢铁集团公司薄板坯连铸连轧生产线由2架粗轧机和5架精轧机组成，粗轧机和精轧机间有中间保温和中间冷却装置。相对于常规热连轧，薄板坯连铸连轧道次变形量较大，应变速率较低，因此生产中更容易发生动态再结晶，使轧制处于部分再结晶区而产生混晶组织。另外，轧后冷却稍不均匀也容易产生混晶组织。因此掌握动态再结晶规律，避免在部分再结晶区轧制成为避免混晶组织产生的关键。本文通过对含Nb钢的动态再结晶行为进行单道次压缩模拟，研究了Nb含量对动态再结晶的影响规律。

2 实验方法

在本钢技术中心采用下铸法铸造100mm×100mm×1000mm铸锭，化学成分见表1。然后高温落水，尽量避免铸坯在冷却过程中发生相变。将1#～3#。铸锭加工成Φ8mm×15mm圆柱形试样，在G1eeble—2000热／力模拟实验机上进行热模拟实验。根据本钢薄板坯连铸连轧的生产工艺，相应地制定了如下实验方案：试样以100℃／s快速升温到1250℃，保温30s，以I0℃／s冷速冷却到1150℃，保温2min，然后以5℃／s的冷速冷却到变形温度，保温10s进行变形。变形条件为：变形程度70％(真应变1．204)，应变速率0．1／s，变形温度分别为850、900、950、1000、1050、1100℃。

3 实验结果分析

实验得到的1#～3#试样应力一应变曲线见图1。在变形速率为0．1／s时，对于1#钢，当温度高于900℃时，应力一应变曲线是典型的动态再结晶型，因此1#钢发生动态再结晶的温度在850~900℃之间。同理，2#钢在该应变速率下发生动态再结晶的温度为900～950℃，3#钢为950～1000℃。在相同的应变速率下，随着Nb含量的增加，发生动态再结晶的温度明显提高。

峰值应力所对应的峰值应变与初始奥氏体晶粒直径和Z参数之间的关系为：

式中，A为常数；R和T分别为气体常数和绝对温度；Qd为动态再结晶激活能。

经回归处理后，得到1#～3#钢的动态再结晶激活能分别为：321．5、379．0、411．8 kJ／mol。随微量Nb的加入，动态再结晶激活能显著增加，即动态再结晶的发生变得困难。式(4)给出了回归的动态再结晶激活能：

Qd(kJ／mo1)=323 3655．54[Nb] (4)

式中，[Nb]为Nb的质量百分数。

对于一种金属材料，当Z参数一定时，随变形量的增大，材料组织发生加工硬化一动态回复一部分再结晶一完全动态再结晶的变化。发生动态再结晶的临界应变：对C—Mn钢，εc===0．8εp；对含Nb钢，εc=0．83εp。当Z参数增大时，发生动态再结晶的临界应变εc。和发生完全动态再结晶的临界应变εs都增大，并符合式(5)的关系：

Z=AeBεc=Cedεs (5)

两边取对数可得：

lnZ=lnA Bεc=lnC Dεc (6)

峰值应变可由峰值应力对应的应变测得，εs可利用加工硬化率与应变的关系曲线来确定，通过回归分析得出：

对于1 #钢，

εc= 一0．85 0．02971×lnZ

εs= 一0．576 0．03243×lnZ (7)

对于2#钢，

εc = 一1．097 0．0402×lnZ

εs == 一0．6067 0．0368×lnZ (8)

对于3#钢，

εc = 一2．349 0．045×lnZ

εs = 一1．66 0．0396×lnZ (9)

由图3给出的应变速率为0．1／s的动态再结晶区域分布关系可看出，随含Nb量的增加，发生动态再结晶的临界应变逐渐增大。随着温度的降低，发生动态再结晶的临界应变逐渐增大，即更难发生动态再结晶。通过对再结晶区域的定性划分，可计算出不同温度、不同应变速率下发生动态再结晶所需要的最小应变和动态再结晶完全发生时的应变。在薄板坯连铸连轧过程中可以尽可能地避开部分再结晶区轧制，降低混晶发生的几率。

图4给出了3*钢在1050℃变形、应变速率为0．1／s、真应变分别为0．2和0．6时的奥氏体组织照片。从图4可看出，当真应变为0．2时，只有极少量的奥氏体发生了动态再结晶，奥氏体晶晶粒较为细小，这与图3中3。钢的区域图划分基本吻合。表明采用该方法可以对薄板坯连铸连轧过程的动态再结晶行为进行模拟，对实际的控制轧制过程可起到很好的指导作用。