一种结构钢棒材带状组织级别快速预报方法与流程

本发明属于钢材组织分析技术领域，特别涉及一种结构钢棒材带状组织级别的预报方法。

背景技术：

结构钢是最重要零部件用钢，因此汽车厂对结构钢的质量要求越来越高。结构钢中一般含有较高的Mn、Cr等合金元素，在连铸生产时，由于选分结晶作用，在凝固过程中形成枝晶及偏析，轧制后形成带状组织。严重的带状组织在零件热处理后不但增加变形，而且降低其疲劳寿命。

目前带状组织检验依据为国标GB/T13299-1991《钢的显微组织评定方法》。该标准是依据带状组织的连续性评价热轧材带状组织等级。尽管通过控制控冷能降低的带状组织的级别，热处理后带状组织依然很严重。中国第一汽车股份有限公司制定了带状企业标准Q/CAM-10.1-2013《结构钢组织偏析评定第1部分：带状组织》，该标准正在成为汽车行业标准。他们提出采用等温退火的方式获得平衡态组织，并根据铁素体带宽来评价带状组织级别。同时建议最大铁素体带宽小于80μm为合格。

由于该标准面世不久，目前尚没有一种能够快速预报结构钢带状组织级别的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构钢棒材带状组织级别的预报方法，解决了快速预报给定工艺条件下结构钢棒材的带状组织级别的问题。它基于凝固过程，能够快速预报给定工艺条件下结构钢棒材的带状组织级别，从而判断该工艺生产是否可行。

研究表明，等温退火后带状组织中铁素体对应于合金元素贫化区，而珠光体区域对应于合金元素富化区。因此等温退火后带状组织级别取决于轧材合金元素贫化区的宽度。而轧材合金元素的贫化区主要受连铸坯的枝晶间距和压缩比的影响。

一种结构钢棒材带状组织级别的预报方法，具体步骤及参数如下：

1)根据连铸工艺参数，利用有限元模拟获得的连铸坯1/4处的冷却速率v；

2)二次枝晶间距由公式1表示，公式1为：

v为冷却速率，℃/s；w_c为以质量百分比计C含量；

将有限元模拟获得的连铸坯1/4处的冷速v和钢中的C含量带入公式1，得到二次枝晶间距平均值λ₂；近似的认为二次枝晶间距服从平均值为λ₂和均方差为0.65λ₂的正态分布；利用λ₂和该分布特点计算出最大的5％作为λ_2max；

二次枝晶间距服从参数为(λ₂，0.65λ₂)的正态分布是根据我们大量试验数据统计得出的。由于一汽带状企业标准Q/CAM-10.1-2013要求测量最大铁素体宽度，所以需要预测最大的二次枝晶间距。我们大量的统计试验表明利用最大的5％作为λ_2max和试验结果吻合最好。

3)棒材等温退火后铁素体带宽和连铸坯二次枝晶间距以及压缩应变的关系为：

公式2：L＝λ₂exp(-ε)

式中：L为棒材等温退火后铁素体带宽；ε为压缩应变；

棒材轧制应变可以近似由公式3给出，

公式3：

式中：D₀为圆坯的直径或者方坯等效圆的直径；d为棒材直径；

该公式是根据我们大量的试验数据得出的；如图1中黑圆点为连铸坯二次枝晶臂间距255μm；理论计算的带状组织平均铁素体宽度和轧材直径如图中的虚线所示；实测的铁素体平均带宽和轧材直径的关系如图中的正方形所示；实测值和理论计算值很吻合；

4)将λ_2max带入公式2，可以得出带状组织的最大宽度L_max，利用L_max确定带状组织的级别，当L_max小于80μm时，该生产工艺可行。

本发明的优点在于：采用本发明的预报方法，能快速预报合金钢棒材带状组织的级别，从而确定合适的生产工艺。

附图说明

图1为轧材铁素体带宽和轧制规格的关系图。

图2为连铸坯1/4处的冷速得到冷速和温度的关系图。

图3为带状组织中铁素体带宽预测值和实测值的对比图。

具体实施方式

实施例1

将带状组织快速预报方法应用到通钢的齿轮钢20CrMnTiH的带状组织预报。通钢连铸坯尺寸为200mm×200mm。连铸参数为：连铸过热度30℃，比水量0.3L/kg，拉速1m/s。利用有限元分析连铸坯1/4处的冷速得到冷速和温度的关系如图2所示。从图中可以看出凝固期间，连铸坯1/4处的冷速为0.1℃/s。将其代入公式1，可以得到，1/4处的二次枝晶间距λ₂为259μm。根据二次枝晶的分布规律，可以获得λ_2max为544μm。将λ_2max代入公式2和3可得轧材规格和带状组织中铁素体最大带宽的关系，如图3所示。图中直虚线为预测值，而实心点为实测值，从图中可以看出，两者很吻合。从图中可以看出，在该工艺条件下，棒材规格小于40mm可以满足铁素体带宽小于80μm的要求。