本发明专利技术公开了一种微合金钢薄板坯连铸连轧(TSCR)工艺过程奥氏体晶粒尺寸预测方法，属于连铸及轧制工艺过程组织性能预测方法领域。该方法在等温经典模型的基础上引入了晶界迁移驱动力与晶界迁移速率关系，综合考虑了微合金元素“溶质拖拽作用”和“第二相钉扎作用”对奥氏体晶粒生长的影响，通过有限个等温实验，建立了该钢种在等温过程和非等温过程中奥氏体晶粒生长的预测模型。模型可以准确预测TSCR工艺连铸及均热过程不同工艺节点处微合金钢铸坯中奥氏体晶粒尺寸，为调控奥氏体晶粒尺寸、优化工艺参数、提高铸坯性能与质量提供参考依据和模型基础。考依据和模型基础。考依据和模型基础。
【技术实现步骤摘要】
微合金钢TSCR工艺过程奥氏体晶粒尺寸预测方法
[0001]本专利技术涉及微合金钢连铸及轧制工艺过程组织性能预测方法领域，提供了一种微合金钢薄板坯连铸连轧(TSCR)工艺过程奥氏体晶粒尺寸预测方法。
技术介绍
[0002]铸坯中奥氏体晶粒尺寸对铸坯质量、轧制过程再结晶行为、轧制后冷却过程相变行为以及相变后晶粒尺寸有重要的影响。相较于传统工艺，薄板坯连铸连轧(TSCR)工艺过程具有其独特的冶金特征，这些特征致使其奥氏体生长规律也与传统工艺有明显的差异。TSCR工艺轧前铸坯组织仍为粗大的原始奥氏体组织，远大于传统工艺。从而使得TSCR工艺对细化铸坯组织的需求高于传统工艺。因此，对TSCR铸坯奥氏体晶粒尺寸的准确预测对调控铸坯组织及提高产品性能具有重要的指导意义。
[0003]目前对于奥氏体生长预测领域的相关专利技术比较匮乏。通过专利搜索引擎进行搜索，仅搜索到两篇相关专利技术申请报告，分别是2020年申请的“一种预报铸坯加热后原始奥氏体晶粒尺寸的方法”【CN 113791009 A】和2021年申请的“连铸坯加热过程奥氏体晶粒长大行为的预测方法”【CN 11152146 A】。
[0004]【CN 113791009 A】在经典等温模型的基础上推导得到其奥氏体晶粒生长的等温预测模型，进而扩展到变温过程的奥氏体晶粒尺寸预测。本预测方法同样分为等温过程奥氏体晶粒尺寸预测和奥氏体晶粒尺寸预测，但与【CN 113791009 A】方法的不同之处在于：
①
在等温预测模型的推导中，不仅引用了等温经典模型，还考虑了晶界迁移驱动力与晶界迁移速率的变化关系，推导建立了更精确的等温预测模型。
②
【CN 113791009 A】中在对变温过程进行预测时变温预测模型中参数n、M0、Q仍采用等温模型中拟合的定值。事实上，微合金元素的添加使得奥氏体晶粒生长行为更为复杂。固溶在钢基体的微合金元素在晶粒内靠近晶界处富集，对奥氏体晶界的迁移起到“溶质拖拽作用”，阻碍晶界的迁移；在晶界处析出的微合金第二相对奥氏体晶界的迁移起到“钉扎作用”，同样对奥氏体晶界的迁移有阻碍作用。随着钢种成分及温度的改变，溶质“拖拽作用”及第二相“钉扎作用”也会发生变化。因而在变温过程中n、M0、Q应随温度发生变化，而不是一个定值。因此本预测方法中通过对不同温度下的等温预测模型中的参数进行对比分析，确定出n、M0、Q随温度T的变化关系，从而提高了变温模型预测的准确度。
③
预测范围更广，【CN 113791009 A】主要是针对铸坯加热过程和保温过程奥氏体晶粒尺寸进行预测，而本方法可对包括TSCR在内的钢连铸冷却过程、加热过程及保温过程中奥氏体晶粒尺寸进行准确预测。
[0005]【CN 11152146 A】中通过Matlab软件将保温过程奥氏体的晶粒尺寸与钢种成分进行简单的拟合，该预测方法仅适用于等温过程的简单预测，无法对变温过程进行预测。
[0006]本模型在经典等温模型和晶界迁移驱动力与晶界迁移速率关系的基础上进一步推导，得到本模型的等温过程预测模型。将溶质“拖拽作用”和第二相“钉扎作用”随钢种成分和温度的变化，全部归结于时间指数n*、晶界迁移参数M0以及晶界迁移激活能Q的变化中。通过有限个等温实验拟合确定其与温度的变化关系，大大提高了预测模型的准确性及
钢种普适性。该预测模型可对任意成分钢种的热处理过程中各时刻奥氏体晶粒尺寸进行准确预测，从而为控制奥氏体晶粒尺寸提供指导。
技术实现思路
[0007]本专利技术提供了一种微合金钢TSCR工艺过程奥氏体晶粒尺寸预测方法，该方法在等温经典模型的基础上引入了晶界迁移驱动力与晶界迁移速率关系，综合考虑了微合金元素“溶质拖拽作用”和“第二相钉扎作用”对奥氏体晶粒生长的影响，通过有限个等温实验，建立了该钢种在等温过程和非等温过程中奥氏体晶粒生长的预测模型。模型可以准确预测TSCR工艺连铸及均热过程不同工艺节点处微合金钢铸坯中奥氏体晶粒尺寸，为调控奥氏体晶粒尺寸、优化工艺参数、提高铸坯性能与质量提供参考依据和模型基础。
[0008]本专利技术包括以下步骤：
[0009]步骤1)：等温过程模拟
[0010]通过高温共聚焦显微镜或其它可精准控温的加热炉模拟不同温度保温过程，获得不同温度及不同保温时间的铸坯样并淬冷；
[0011]步骤2)：原始奥氏体晶界腐蚀
[0012]将样品进行打磨、抛光，然后加入腐蚀剂中，在50～55℃热侵蚀0～3min，待试样表面变为黑色，取出用脱脂棉快速擦去试样表面的黑膜，烘干，再放入腐蚀液中，重复以上过程至晶界清晰可辨；
[0013]步骤3)：奥氏体晶粒尺寸统计
[0014]通过金相显微镜观察，统计每个样品中奥氏体晶粒的平均晶粒尺寸。将每个温度下保温0s的样品中奥氏体平均晶粒尺寸作为该保温过程中奥氏体初始晶粒尺寸D0‑
T
；
[0015]步骤4)：奥氏体晶粒尺寸等温预测模型建立
[0016]通过对经典等温奥氏体晶粒预测模型进行推导修正，获得微合金钢等温过程中奥氏体晶粒尺寸预测模型，表示为公式(1)
[0017][0018]其中，D
t
‑
T
为在温度T下保温t时的奥氏体晶粒尺寸，μm；D0‑
T
为温度T下保温0秒时的奥氏体初始晶粒尺寸，μm；n*为时间指数常数；M0为晶界迁移系数；t为保温时间，s；R为气体常数，8.314J/(mol*K)；T为加热温度，K；Q为晶界迁移激活能，J/(mol)；γ为晶界能，0.679J/m2；
[0019]将保温过程不同时刻奥氏体晶粒平均尺寸带入式(1)中，确定出n*、M0及Q的值，即可得到该微合金钢在该温度下保温过程中的奥氏体晶粒尺寸预测模型；
[0020]步骤5)：温度对n*、Q及M0的影响关系确定
[0021]根据在不同温度下保温模型中确定出的n*、Q及M0值，拟合确定n*、Q及M0随时间的变化关系：
[0022]n*＝f(T)
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(2)
[0023]M0＝g(T)
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(3)
[0024]Q＝h(T)
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(4)
[0025]步骤6)：明确非等温过程奥氏体晶粒生长速度随温度的变化规律
[0026]将式(1)中对时间t进行求导，得到奥氏体生长速率为：
[0027][0028]将n*、Q及M0随时间的变化关系式(2
‑
4)带入式(5)中即可得到变温过程中奥氏体晶粒生长速率随温度的变化关系：
[0029][0030]步骤7)：TSCR工艺过程微合金钢铸坯奥氏体晶粒尺寸预测
[0031]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微合金钢TSCR工艺过程奥氏体晶粒尺寸预测方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1)：等温过程模拟通过高温共聚焦显微镜或其它可精准控温的加热炉模拟不同温度保温过程，获得不同温度及不同保温时间的铸坯样并淬冷；步骤2)：原始奥氏体晶界腐蚀将样品进行打磨、抛光，然后加入腐蚀剂中，在50～55℃热侵蚀0～3min，待试样表面变为黑色，取出用脱脂棉快速擦去试样表面的黑膜，烘干，再放入腐蚀液中，重复以上过程至晶界清晰可辨；步骤3)：奥氏体晶粒尺寸统计通过金相显微镜观察，统计每个样品中奥氏体晶粒的平均晶粒尺寸。将每个温度下保温0s的样品中奥氏体平均晶粒尺寸作为该保温过程中奥氏体初始晶粒尺寸D0‑
T
；步骤4)：奥氏体晶粒尺寸等温预测模型建立通过对经典等温奥氏体晶粒预测模型进行推导修正，获得微合金钢等温过程中奥氏体晶粒尺寸预测模型，表示为公式(1)其中，D
t
‑
T
为在温度T下保温t时的奥氏体晶粒尺寸，μm；D0‑
T
为温度T下保温0秒时的奥氏体初始晶粒尺寸，μm；n*为时间指数常数；M0为晶界迁移系数；t为保温时间，s；R为气体常数，8.314J/(mol*K)；T为加热温度，K；Q为晶界迁移激活能，J/(mol)；γ为晶界能，0.679J/m2；将保温过程不同时刻奥氏体晶粒平均尺寸带入式(1)中，确定出n*、M0及Q的值，即可得到该微合金钢在该温度下保温过程中的奥氏体晶粒尺寸预测模型；步骤5)：温度对n*、Q及M0的影响关系确定根据在不同温度下保温模型中确定出的n*、Q及M0值，拟合确定n*、Q及M0随时间的变化关系：n*＝f(T)
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(2)M0＝g(T)
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(3)Q＝h(T)
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(4)步骤6)：明确非等温过程奥氏体晶粒生长速度随温度的变化规律将式(1)中对时间t进行求导，得到奥氏体生长速率为：将n*、Q及M0随时间的变化关系式(2
‑
4)带入式(5)中即可得到变温过程中奥氏体晶粒生长速率随温度的变化关系：步骤7)：TSCR工艺过程微合金钢铸坯奥氏体晶粒尺寸预测通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙木军，张浩浩，唐培钊，艾松元，陈登福，王凯，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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