一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，尤其是涉及一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法。

背景技术

热轧钢奥氏体在多道次热轧过程中的显微组织形态演变对其工业化生产具有重要意义，因此在过去几十年中受到广泛关注。组织演变不仅是晶粒细化的主要方式之一，而且对加速冷却过程中的奥氏体转变也有重要影响，因此是影响热轧钢组织和力学性能的最重要因素之一。为了预测热轧产品的力学性能，设计最有效的工艺，开发新产品，需要开发具有良好预测能力和低计算时间成本的数学模型和可视化方法，以准确跟踪过程中微观结构的演变。

目前关于轧制过程组织演变的研究主要集中在计算奥氏体轧制各道次再结晶分数以及晶粒尺寸变化方面，通过改变理论模型中的参数，来计算轧制各道次动态与静态再结晶分数以及轧制道次间隙晶粒尺寸随时间的变化。1979年Sellars首先给出了计算再结晶分数的理论方法(C.M.Sellars，J.A.White man，Recrystallization and grain growthin hot rolling，Metal Science(1979)187-194)，为轧制过程组织演变数字解析的工业应用提供了理论指导。Liu等在Sellars理论模型的基础上对热轧过程的再结晶行为进行了预测(Y.Liu，J.Lin，Modelling of microstructural evolution in multipass hotrolling，Journal of Materials Processing Technology 143-144(2003)

723-728)。中国专利公开号为CN201110249721.2和CN02109026.2给出了一种预测C-Mn钢C-Mn-Nb钢轧制过程中再结晶分数与晶粒尺寸的计算方法，系统阐述了工业生产中轧制过程再结晶行为的预测方法。但是这些方法的局限性在于无法将计算结果可视化，无法更为直观和清晰地示出再结晶过程组织演变的图像化信息。

有鉴于此，本发明给出了一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法，为轧制过程组织控制提供了参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法，该方法将奥氏体晶粒区分为再结晶亚结构晶粒与变形亚结构晶粒两类，并给出了计算此两类晶粒的晶粒尺寸、晶粒形状与所占体积分数的计算方法。结合计算结果，利用Vonoroi图快速生成对应的显微组织将计算结果可视化，更为直观和清晰地示出再结晶过程组织演变的图像化信息。

为实现上述目的，本发明提供了一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法，包括以下步骤：

S1、建立合金轧制过程动态与静态再结晶分数计算模型；

S2、读取轧制工艺参数，计算各道次的应变与应变速率；

S3、利用轧制温度、应变和应变速率计算轧制过程的动态再结晶分数以及相邻两道次间的静态再结晶分数；

S4、将奥氏体晶粒分为未再结晶的变形亚结构晶粒与再结晶亚结构晶粒两类，计算变形亚结构晶粒与再结晶亚结构晶粒的尺寸与体积分数；

S5、利用步骤S4所计算的变形亚结构晶粒与再结晶亚结构晶粒尺寸信息与体积分数，结合Vonoroi图生成对应的显微组织优选的。

优选的，所述步骤S1中合金为普通C-Mn系钢、Nb微合金钢和Ti微合金钢中的一种，每一种合金的化学成分按重量百分比均为0.01％～0.10％的C、0.8％～1.5％的Si、0.15％～2.5％的Mn、0～0.015％的S、0～0.019％的P、0～0.08％的Nb、0～0.10％的Ti，其余为Fe和冶炼时存在的杂质。

优选的，所述步骤S2中的轧制工艺参数包括轧制温度、轧制各道次钢板厚度、轧制速度、各轧制机架轧辊直径。

优选的，所述步骤S4中计算变形亚结构晶粒的尺寸根据轧制前的晶粒尺寸以及轧制的压下率进行计算。

优选的，所述步骤S4中计算再结晶亚结构晶粒的尺寸依据动态与静态再结晶分数计算模型晶粒长大模型和静态再结晶后晶粒尺寸。

优选的，所述步骤S4包括以下步骤：

S4.1、将亚结构视为计算奥氏体显微组织演变过程的基本单位，因此，奥氏体显微组织M是不同形状的亚结构S的集合，M＝{S

S4.2、新再结晶晶粒会随机出现在所有亚结构中，由动态再结晶后晶粒尺寸、动态再静结晶晶粒尺寸和晶粒长大模型计算公式可知，所有新再结晶晶粒具有相同的晶粒尺寸，因此，再结晶晶粒只有一种亚结构。新变形亚结构的尺寸取决于原始亚结构，其尺寸计算公式如式1所示；

式中，

假设第i道次的显微组织由再结晶亚结构RS和m个变形亚结构DS组成，

S4.3、若第i+1道次的静态再结晶的分数为f

因此，本发明采用上述一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法，将奥氏体晶粒区分为再结晶亚结构晶粒与变形亚结构晶粒两类，并给出了计算此两类晶粒的晶粒尺寸、晶粒形状与所占体积分数的计算方法。结合计算结果，利用Vonoroi图快速生成对应的显微组织将计算结果可视化，更为直观和清晰地示出再结晶过程组织演变的图像化信息。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法计算组织演变过程的流程图；

图2是本发明一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法选择的工艺条件下再结晶分数随时间的变化；

图3是本发明一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法选择的工艺条件下精轧前显微组织的形貌；

图4是本发明一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法选择的工艺条件下第4道次显微组织的形貌；

图5是本发明一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法选择的工艺条件下第5道次显微组织的形貌；

图6是本发明一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法选择的工艺条件下第6道次显微组织的形貌；

图7是本发明一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法选择的工艺条件下第7道次显微组织的形貌。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

本发明提供了一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法，包括以下步骤：

S1、建立合金轧制过程动态与静态再结晶分数计算模型，合金为普通C-Mn系钢、Nb微合金钢和Ti微合金钢中的一种，每一种合金的化学成分按重量百分比均为0.01％～0.10％的C、0.8％～1.5％的Si、0.15％～2.5％的Mn、0～0.015％的S、0～0.019％的P、0～0.08％的Nb、0～0.10％的Ti，其余为Fe和冶炼时存在的杂质；

S2、从生产现场服务器读取轧制工艺参数，包括轧制温度、轧制各道次钢板厚度、轧制速度、各轧制机架轧辊直径，计算各道次的应变与应变速率；

S3、利用轧制温度、应变和应变速率计算轧制过程的动态再结晶分数以及相邻两道次间的静态再结晶分数。

S4、将奥氏体晶粒分为未再结晶的变形亚结构晶粒与再结晶亚结构晶粒两类，计算变形亚结构晶粒以及再结晶亚结构晶粒尺寸与所占体积分数，其中，变形亚结构晶粒尺寸根据轧制前的晶粒尺寸以及轧制的压下率计算，再结晶亚结构晶粒的尺寸依据动态与静态再结晶分数计算模型、晶粒长大模型和静态再结晶后晶粒尺寸计算。

S4.1、将亚结构视为计算奥氏体显微组织演变过程的基本单位，因此，奥氏体显微组织M是不同形状的亚结构S的集合，M＝{S

S4.2、新再结晶晶粒会随机出现在所有亚结构中，由动态再结晶后晶粒尺寸、动态再静结晶晶粒尺寸和晶粒长大模型计算公式可知，所有新再结晶晶粒具有相同的晶粒尺寸，因此，再结晶晶粒只有一种亚结构。新变形亚结构的尺寸取决于原始亚结构，其尺寸计算公式如式(1)所示。

假设第i道次的显微组织由再结晶亚结构RS和m个变形亚结构DS组成，

S4.3、若第i+1道次的静态再结晶的分数为f

S5、利用步骤S4所计算的变形亚结构晶粒与再结晶亚结构晶粒尺寸信息与体积分数，结合Vonoroi图生成对应的显微组织优选的。

实施例

本实例采用热轧Ti微合金钢，其化学成分如表1所示，

表1热轧Ti微合金钢热轧板化学成分

步骤1、建立Ti微合金钢再结晶模型，如表2所示：

表2再结晶分数与晶粒尺寸的计算模型

其中，X

步骤2、从生产现场服务器读取轧制工艺参数，从而计算出各道次的轧制温度，应变，应变速率与道次间隔时间，如表3所示。

表3轧制各道次变形条件

步骤3、按照图1所示流程图，计算表3所示轧制工艺条件下的再结晶分数随时间变化曲线，图中横轴为时间，纵轴为再结晶分数。

步骤4、计算各道次再结晶后晶粒形状与尺寸和不同晶粒尺寸的晶粒所占体积分数，结合Vonoroi图快速生成对应的显微组织。

图2是本发明工艺条件下再结晶分数随时间的变化图，图3和图4所示分别是精轧轧制前和第4道次轧制后显微组织的图像信息，从图3和图4可以看出，奥氏体均为再结晶等轴状晶粒。结合图2可知，从第5道次开始，奥氏体发生不完全再结晶，未再结晶的奥氏体变为拉长的变形奥氏体，随着未再结晶奥氏体体积分数的增加，变形奥氏体的体积分数也不断增加，再结晶奥氏体的体积分数逐渐减少。如图5、图6和图7所示，精轧第5道次、第6道次与第7道次再结晶奥氏体的体积分数分别为0.689，0.513和0.156。

因此，本发明采用上述结构的一种实现热轧过程再结晶组织演变可视化的方法，将奥氏体晶粒区分为再结晶亚结构晶粒与变形亚结构晶粒两类，并给出了计算此两类晶粒的晶粒尺寸、晶粒形状与所占体积分数的计算方法。结合计算结果，利用Vonoroi图快速生成对应的显微组织将计算结果可视化。更为直观和清晰地示出再结晶过程组织演变的图像化信息。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。