过去几十年来，热轧过程中的热机控制轧制对于提高钢的力学性能发挥了重要作用。 精确控制再结晶、相变、应变诱导析出等各种冶金过程已成为世界钢铁工业突破极限、提高钢铁性能的主要目标。 因此，人们开发了大量的热轧物理和数值模拟来预测钢材在热机械加工过程中的组织和性能，以快速优化生产过程中的各种工艺参数。 在实验室规模物理模拟实际热轧过程的最常用技术之一是热扭转测试。 本文分析了不同等级钢的模拟热轧带材在轧制过程中的扭转，以确定变形对各种冶金现象的影响。 结果表明，高温变形会引起动态相变等异常冶金现象，从而影响钢的最终显微组织和力学性能。 这些新发现可用于精确控制热轧后在辊道上冷却期间钢中相的体积分数。
钢的热机械加工，例如热轧，涉及将钢坯加热至奥氏体化温度，然后通过一系列轧制塑性变形获得最终形状。 轧制变形温度高于或低于未再结晶温度（Tnr），对钢的最终组织和力学性能有重要影响。 当轧制温度高于Tnr时，达到临界变形量时就会发生动态再结晶（DRX）[1]。 再结晶晶粒的体积分数随温度的升高而增大； 但随着应变速率的增加，再结晶晶粒的体积分数逐渐减小。 过去的一些实验工作和数值模型已被用来预测钢的高温行为和合金元素的影响[2~4]。
最近，文献中出现了关于奥氏体在 Ae3 温度以上动态转变为铁素体的各种研究[5~17]。 Yada 和同事在 20 世纪 80 年代末首次发现了这种不寻常的冶金现象，在这项工作中他们在 Ae3 线以上 166°C 的温度下进行了热压缩和实验室轧制模拟，在 20 年内，大量研究人员人们被吸引来广泛研究这种不寻常的冶金行为并确定DT对工业热轧操作的影响[19~22]。 已经提出了几种热力学模型来解释和预测动态相变的发生。 动态相变的驱动力可以是位错存储的能量[23]、施加应力的机械激活[24]或动态相软化产生的能量[6]。 该主题在过去 10 年中取得了长足的发展，包括参考文献 1 中的综合综述论文。 5.
本文综述了近年来七种不同钢种的高温变形（与热轧相关）结果，并进行了检验和验证。 总结了动态相变对轧制过程流变应力行为的影响，评价了动态相变在轧制过程中的意义。
材料
近10年来，该大学热变形实验室研究了7种不同成分的钢，如表1所示。给出了正交平衡（完全平衡）和准平衡（亚稳态）Ae3温度。 正交平衡描述了在相变期间取代元素和间隙原子都可以分配的条件。 另一方面，准平衡态仅考虑间隙原子（例如碳）的分布。 这种差异是由于取代原子的半径比间隙原子大得多，因此取代原子的扩散速度要慢得多。
表1 钢的化学成分(wt.%)包括正交平衡和准平衡Ae3
上述材料为厚度为12.5毫米的热轧钢板，加工成直径为φ6.3毫米、长度为22.2毫米的扭转试件。 所有热扭转测试均在大学配备红外辐射炉的MTS扭转机上进行。 的。 变形温度均高于正交平衡Ae3，并分析了该温度下的软化冶金现象。 实验细节参见参考文献10、15、25和26。对于样本1，使用3800热模拟试验机进行了更全面的热压缩试验。
讨论平均流量压力
在热变形研究中，平均流动应力 (MFS) 的测量方法为应力-应变曲线下的面积除以应变量。 MFS的值表明高温变形过程中各种软化和硬化机制的发生，例如应变硬化、相变、沉淀和再结晶。 七种不同合金样品的变形温度与MFS的关系如图1所示[10,15,25,26]。 图 1a（样本 1）、1b（样本 2）、1c（样本 3）和 1d（样本 4）曲线中的各个数据来自独立的热扭转实验。 实验细节在参考文献中提供。 25. 这四种材料在高于 Ae3 的温度下表现出显着的软化（参见曲线的最小值）。 动态软化发生在高于正交平衡 Ae3 温度 90°C（图 1d）。 这种软化与奥氏体向铁素体的动态转变有关[5]，我们将对此进行更详细的讨论。
图1 样品1(a)[25]、样品2(b)[25]、样品3(c)[25]和样品4(d)[25]的平均流动应力(MFS)随温度变化的关系。 在此，单个样本在指定温度下一次性变形。 并对热轧过程进行了多道次扭转模拟。 给出了样品 1 (e) [10]、样品 5 (f) [10]、样品 6 (g) [15] 和样品 7 (h) [26] 的 MFS 的温度依赖性。结果显示出意想不到的动态高于 Ae3 温度软化
图1e（样品1）、图1f（样品5）、图1g（样品6）和图1h（样品7）中使用了不同的实验方法。 在这些实验中，每条曲线的单个数据取自在不同温度下具有多次变形的扭转样品。 实验细节在参考文献中提供。 参见图10、15和26。该方法模拟实际的带材和/或板材轧制过程。 因此，这些图中的数据非常接近实际的制造过程。 与图1a-1d类似，轧制模拟结果表明MFS低于预期值，这与变形过程中铁素体的形成有关。 在轧制模拟实验中，由于轧制道次之间保留的加工硬化增加轧制钢材，发现软化程度较高。 有趣的是，对于试样1，在单一奥氏体区域的任何温度下都存在软化的痕迹[7]，这似乎表明在Ae3以上的任何温度下都有可能诱发动态转变，其程度主要取决于数量和合金元素的类型[6]。 一般来说，铁素体稳定元素含量越高，动态转变发生的温度范围就越高 [6]。 另一方面，铌等微合金元素的存在可以钉扎奥氏体晶界并延迟动态转变的发生。
连续冷却传递曲线分析
从流变应力曲线观察到的软化现象是动态再结晶、动态回复和动态转变的结果。 迄今为止，还没有办法分离出各个冶金影响因素； 然而，对于热轧钢的塑性变形行为轧制钢材，建模时需要考虑动态转变DT。 尽管上述试样中DT铁素体的显微组织已在文献10、11、15、25、26中显示，但冶金界的一个担忧是在淬火过程中可能形成静态铁素体。 上述所有热变形实验均在1秒内从Ae3以上温度淬火至室温。 为了验证文献中观察结果的有效性，使用英国大学合金设计和材料测试研究实验室（AD-MTRL）通用钢铁公司的热力学软件计算了所有七种合金的连续冷却转变（CCT）曲线。新西兰。 模块。 模拟的CCT曲线如图2所示。可以认为样品1（图2a）、样品2（图2b）、样品5（图2e）和样品6（图2f）可能产生微量静态铁素体相。 然而，对于这些试样，动态转变后的铁素体体积分数可高达 70% [`11]。 因此，尽管可能存在静态铁素体，但从以前的工作中观察到的大多数铁素体是由动态转变形成的。 另一方面，可以看出样品3(图2c)、样品4(图2d)和样品7(图2g)难以形成静态铁素体。 因此，这些样品中动态变换DT的铁素体所显示的微观结构是相当准确的[25,26]。
图2 样品1(a)、样品2(b)、样品3(c)、样品4(d)、样品5(e)、样品6(f)、样品7(g)连续冷却转变(CCT)曲线
为了进一步分析具有形成静态铁素体能力的合金，使用热力学软件计算淬火相的体积分数。 假设样品在 1 秒内从 Ae3 以上的温度冷却到室温。 样品1（图3a）、样品2（图3b）、样品5（图3c）和样品6（图3d）的模拟结果如图3所示。样品的静态铁素体体积分数1、样品2、样品5、样品6分别为3.48%、0.10%、0.14%、0.09%。 这个量不足以干扰文献中DT铁氧体的动态转变。 体积分数[11,15,25]。
图3 样品1(a)、样品2(b)、样品5(c)和样品6(d)水淬相的计算体积分数。从Ae3以上温度冷却到室温的时间为1秒
虽然这里所说的实验测量的冷却速度是在1秒（或更短）内将Ae3以上的温度降至室温，但用两秒内的冷却时间来推断相的体积分数，哪些合金元素最容易作用于静态水淬时的铁素体。 仿真结果如图4所示。样品1、样品2、样品5和样品6的静态铁素体体积分数分别为19.08%、0.50%、0.71%和0.38%。 从这些图中可以看出，如果冷却时间约为 2 秒，则样品 1 的定量动态相分数分析可能不可靠。 但需要注意的是，文献中样品1中存在大量DT铁氧体（约70%），这是使用3800热模拟实验机进行的[7]，冷却速率高达5000° C/秒，因此，可以轻松避免静态铁素体的形成。
图4 样品1(a)、样品2(b)、样品5(c)和样品6(d)水淬相的计算体积分数。从Ae3以上温度冷却到室温的时间为2秒
DT的工业意义
热机械加工的最新进展表明，热轧带钢和板材的轧制过程中会发生动态转变DT现象。 这种冶金现象影响轧制道次之间形成的铁素体和残余铁素体的体积分数。 钢的动态软化（导致轧制载荷降低）不仅是动态再结晶和回复的结果，而且还可以归因于动态转变的发生。 动态相变还会导致通过磨机的第二流量增加（由于密度略有增加）。 此外，当最终轧制的带材在辊道上运行或钢板加速冷却时，DT后碳分布到残余奥氏体中会导致出现不希望的马氏体组织。
综上所述
在这项工作中，回顾并检查了七种不同类型钢种的高温变形过程中动态相变 DT 的证据。 MFS值低于预期的原因是DRX、DRV和DT的综合作用，这些观察结果得到了文献中发现的微观结构的支持。 进行热力学模拟以验证期刊上发表的结果。 看来大多数钢形成静态铁素体的倾向较低，因此文献中该相的定量测量是准确的。 此外，样品1在水淬过程中形成了不希望有的静态铁素体； 然而，在高达5000℃/s的冷却速率下获得了理想的组织，并且避免了静态铁素体的形成。 DT 的出现会改变最终相成分，因此可能会影响钢的整体机械性能。
致谢
作者感谢加拿大自然科学和工程研究委员会、加拿大创新基金会、新创新基金会和基金会的资助。
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