基于FTSR热轧含Nb钢的铁素体相变实际转变温度模型

　　薄板坯连铸连轧生产工艺有其独特的特点，并不是传统热轧工艺的补充或简单改造[1,2]，一些基本原理和模型能否继续应用于其生产是必须首先解决的问题。柔性化薄板坯连铸连轧(FTSR)生产线由2架粗轧机和5架精轧机组成，轧后冷却过程中的相变决定了产品的力学性能[3-6]，为了更好地模拟薄板坯连铸连轧工艺轧制含Nb钢的相变行为，首先应研究其铁素体相变的实际转变温度，并建立相应的数学模型。

　　传统热带轧制工艺中带钢的铁素体相变实际转变温度模型很多，且大多是半经验半理论的数学模型[7,8]，而针对薄板坯连铸连轧工艺的铁素体相变实际转变温度模型却很少见报道。本文考虑了热力学平衡温度、相变前奥氏体晶粒尺寸、冷却速度以及固溶Nb含量的影响，建立了FTSR薄板坯连铸连轧工艺轧制含Nb钢的铁素体相变实际转变温度模型，为薄板坯连铸连轧组织一性能预测奠定了基础。

　　1 实验方案

　　实验钢的化学成分如表1所示。将1#、2#钢的铸锭加工成热模拟试样。考虑到热模拟实验需要较高的冷却速度，热模拟试样的尺寸如图1所示。

　　实验在Gleeble-2000热/力模拟试验机上进行。为了模拟FTSR薄板坯连铸连轧工艺，采用如下实验方案：将1#、2#试样以100℃/s加热到1250℃，保温30s，然后试样以10℃/s冷却到1150℃，保温2min;以5℃/s的冷速冷却到1100℃后变形(粗轧变形)，真应变为0.5，应变速率为1s-1，再以5℃/s的冷速冷却到880/950℃后进行第2道次变形(精轧变形)，真应变为0.3，应变速率为20s-1，最后分别以1、5、10、20、40℃/s的冷却速率冷却到室温。记录冷却过程中的膨胀量一温度曲线，从该曲线的变化可以确定铁素体相变的开始温度。同时对1#试样在第2道次变形前后进行淬火实验，以研究初始奥氏体晶粒对相变开始温度的影响。

　　2 数学模型的建立

　　1#试样经过1道次变形后发生铁素体相变的开始温度和经过2道次变形后的铁素体相变开始温度如图2所示。Ae3为理论计算的奥氏体向铁素体相变的平衡温度。

　　从图2可以明显看出，随着冷却速率的增大，Ar3逐渐降低。这是因为变形后，一方面组织处于不稳定的高自由能状态，具有向变形前自由能较低状态恢复的趋势;另一方面奥氏体向铁素体相变是受界面控制的扩散型相变，冷却速率提高，过冷度增大，使奥氏体向铁素体相变的自由焓差增大。随着过冷度的加大，晶界、位错等处的临界形核自由能与均匀形核时的自由能相比逐渐变小。这就意味着随着过冷度的加大，在晶界上越容易形核，故在轧后冷却过程中铁素体相变在较低温度下进行，即相变点温度Ar3降低。