摘要
对热加工过程中微观组织变化的计算机模拟以及组织与力学性能关系进行的研究最近已成为本学科研究领域的热点之一。通过计算机对热加工组织进行模拟并对产品的最终力学性能作出预报，可以有效适应热轧钢材性能多样化和高级化的要求，简化钢种设计，提高生产率，降低成本，提高产品性能。
本文首先利用一维有限差分的方法计算了轧件厚度方向温度场的分布，然后针对实验钢种含Nb钢，建立了若干物理冶金模型，并利用这些物理冶金模型定量地描述了含Nb钢热加工过程中的组织转变，如再结晶、晶粒长大和相变等；同时，阐明了工艺参数、微观组织、力学性能之间的关系。通过热模拟实验、现场实验与软件模拟结果的比较表明，基于物理冶金模型，利用计算机模拟热加工过程中的微观组织变化并进行力学性能预报，是一种经济、准确、可行的方法，并可进一步用于在线控制过程。
Computer modeling of microstructural changes and the relationships between mechanical properties of hot rolled steel products has been under active development in the research community. Through the computer-aided simulation for steel's microstructural changes and prediction for mechanical properties, it meets the necessary for product's variety and good quality. This method can simplify the design of metallurgy, improve the productivity, reduce the cost of manufacture, and enhance the product's quality.
Firstly, temperature distribution through the thickness is calculated using the finite difference method (FDM). Then several metallurgical models are raised aimed at a Nb steel. The models describe quantitatively the transformation behaviors during hot working and cooling, such as recrystallization, grain growth, precipitation and phase transition from austenite to ferrite. It also clarifies the relations existing among the processing condition, microstructure and final mechanical properties. The contrast between these results coming from a simulator for hot working, the factory and computer's calculation indicates that this method through the computer aided simulation for steel's microstructure's changes and prediction for mechanical properties is fairly economic, very precise and feasible method. It can be developed into the on-line control application.
引文
1、董湘怀、郑莹等，金属塑性成形计算机模拟的若干进展，金属成形工艺，2000．01，No．1
2、赵辉、鹿守理，热轧微观组织的计算机模拟及性能预报(一)，轧钢，1997．10，No．5
3、赵辉、鹿守理，热轧微观组织的计算机模拟及性能预报(二)，轧钢，1997．12，No6
4、国家冶金局规划发展司、中国金属学会轧钢学会、冶金科技发展中心，2000～2005年轧钢科技发展指南，
5、薛利平、鹿守理等，金属热变形时组织演化的有限元模拟及性能预报，北京科技大学学报，2000．02，No．1
6、孙运涌泽，使用VAI_Q Strip系统首次实现热轧带钢力学性能的全面控制，轧钢，2001．01，No1
7、江坂一彬等，材料性能预测和控制模型的开发，制铁研究，1986，No．321
8、徐中，中厚板轧制过程中的温度模型，甘肃冶金，2000．05，No．2
9、张国摈、雷明吉，中厚板控轧控冷时的温降分析与计算，1991．01，No．1
10、杨增堂、董希满等，中厚板水幕冷却温度预报和冷却参数设定模型的研究，钢铁，1996．09，No．1
11、程晓茹、李虎兴等，管线钢X65高温变形动态再结晶研究，金属学报，1997．12，No．12
12、孙本荣、曾秀珍，热连轧含Nb低碳钢板卷奥氏体再结晶研究，金属学报，1988．04，NO．2
13、C-Mn钢板带热连轧生产过程中再结晶行为的模拟计算，1995．07，No．6
14、窦晓峰、鹿守理等，Q235钢动态再结晶模型的建立，钢铁，北京科技大学学报，1998．10，No．5
15、窦晓峰、鹿守理等，Q235低碳钢静态再结晶模型的建立，北京科技大学学报，1999．02，No．1
16、窦晓峰、鹿守理等，Q235钢亚动态再结晶模型的建立，钢铁，1999．04，No．4
17、赵辉、鹿守理等，低碳钢轧后冷却过程中的晶粒长大模型，钢铁，1999．02，No．2
18、柳得橹、林昌等，形变对奥氏体中等温转变组织与性能的影响，北京科技大学学报，1999．04，No．2
19、蒋辉跃、孙亚群，A级船用钢板强度的计算机预报和优化，钢铁，1999．07，No．7
20、曲锦波、王昭东等，HSLA钢板控轧控冷生产中组织性能的预测模型，钢铁，1999．01，No．1
21、刘靖、赵辉等，低碳钢组织-力学性能关系模型，钢铁，2001．03，No．3
22、井玉安、胡林，热轧钢材显微组织-力学性能预报和控制技术，鞍山钢铁学院学报，2001．02，No．1
23、王(?)学主编，控制轧制与控制冷却，冶金工业出版社，1988．11，
24、宋维锡主编，金属学，冶金工业出版社，1989．05，第二版
25、赵志业主编，金属塑性变形与轧制理论，冶金工业出版社，1994．06，第二版
26、张海棠主编，Visual C++6.0编程指南，航空工业出版社，1999．11
27、A. LAASRAOUI, J. J. JONAS, Prediction of Temperature Distribution, Flow Stress and Microstructure during the Multipass Hot Rolling of Steel Plate and Strip, ISIJ Int., Vol. 31(1991)No.1, pp. 95-105
28、A.I.FERNANDEZ, P. URANGA, etc, Static Recrystallization Behaviour of a Wide Range of Austenite Grain Size in Microalloyed Steels, ISIJ Inte., Vol. 40(2000), No.9,pp. 893-901
29、Ohjoon KWON, A Technology for the Prediction and control of Microstructral Change and Mechanical Properties in steel, ISIJ International, Vol32(1992), No.3, pp.350-358
30、S.F.MEDINA, A. QUISPE, Improved Model for Static Recrystallization Kinetics of Hot Deformed Austenite in Low Alloy and Nb/V Microalloyed Steels, ISIJ International, Vol41(2001), No.7, pp.774-781
31、Kyung Jong, Jae Kon LEE, etc, Mathematical Modeling of Transformation in Nb Microalloyed Steels, ISIJ International, Vol.32(1992), No.3, pp.326-334
32、P.A MANOHAR, D. P. DUNNE, etc, Grain Growth Predictions in Microalloyed Steels, ISIJ International, Vol.36(1996), No.2, pp. 194-200
33、J.MAJTA, J.G.LENARD, etc, Modeling the Evolution of the Microstructure ora Nb Steel, ISIJ International, Vol.36(1996), No.8, pp1094-1102
34、R.K. RAY, M. P. BUTRN-GUILLN, J. J. JONAS and G. E. RUDDLE2, Comparison of Several Numerical Prediction Methods for Thermal Fields during Phase Transformation of Plain Carbon Steels, ISIJ Int., Vol. 32(1992)No. 2, pp. 203-212
35、S. DENIS, D. FARIAS and A. SIMON, Mathematical Model Coupling Phase Transformations and Temperature Evolutions in Steels, ISIJ Int., Vol. 32(1992)No. 3, pp. 316-325
36、Atsuhiko YOSHIE, Masaaki FUJIOKA, etc, Modelling of Microstructural Evolution and Mechanical Properties of Steel Plates Produced by Thermo-Mechanical Control Process, ISIJ Int., Vol. 32(1992)No. 3, pp. 395-404
37、P. D. HODGSON and R. K. GIBBSA, A Mathematical Model to Predict the Mechanical Properties of Hot Rolled C-Mn and Microalloyed Steels, ISIJ Int., Vol. 32(1992)No.12, pp.1329-1338
38、M. PIETRZYK, C. ROUCOULES and P. D. HODGSON, Modelling the Thermomechanical and Microstructural Evolution during Rolling of a Nb HSLA Steel, ISIJ Int., Vol. 35(1995)No.5, pp.531-541
39、G. Li, D T. M. MACCAGNO, D. Q. BAI and J. J. JONAS, Effect of Initial Grain Size on the Static Recrystallization Kinetics of Nb Microalloyed Steels, ISIJ Int., Vol. 36 (1996)No. 12, pp. 1479-1485
40、K. Esaka, J. Wakita, M. Takaiiashi and O. Kawano: Seitetsu KenKyu, 1986, 321: 92.
41、程晓茹、葛懋琦等，管线钢X65热轧变形抗力数学模型，武汉冶金科技大学学报，1996．06，No．2
42、曲锦波、王昭东等，HSLA钢组织-性能对应关系的预测模型，上海金属，1998．07，No．4
43、曲锦波、王昭东等，热轧Nb-Ti-V钢应变诱导析出动力学的计算，材料科学与工艺，1999．03，No．1
44、程清武，热轧管线用钢控轧控冷工艺及组织性能预报研究，武汉钢铁学院硕士毕业论文，1994．03
45、曲锦波、王昭东等，热变形奥氏体A~(r3)温度的计算模型，钢铁研究学报，1998．06，No．3
46、王福名、韩其勇等，碳氮化铌在奥氏体中的平衡析出，钢铁研究学报，1995．07，No．2
47、S. F. MEDINA and A. QUISPE, Influence of Strain on Induced Precipitation Kinetics in Macro-alloyed Steels, ISIJ Int., Vol.(36)1996, No.10, pp.1295-1300
48、Park S H, Jonas J J. Continuous Cooling Precipitation Kinetics of Nb(C,N) in High Strength Low Alloy Steels. Metall. Trans. A, 1992,23A(6): pp. 1641～1651.