钢中奥氏体稳态动态再结晶行为的研究

In this study, the microstructure development and flow stress behavior within the steady-state regime of the austenite dynamic recrystallization (DRX) in steels are to be investigated on a classic Ni-30%Fe austenitic model alloy both by experimental characterization and by numerical modeling. Different from previous DRX studies mostly related with processing techniques or materials, this study places particular interests on an investigation into the associated transformation mechanisms of the discontinuous DRX. For this purpose, transient hot deformation tests within the DRX regime (i.e. the transient DRX) are to be employed in the investigation. In conjunction with fine characterizations of the substructure developed during the transient DRX by SEM, TEM, EBSD ect., mechanisms of the steady-state microstructure formation as well as its correlation with the substructure behaviors are to be analyzed. Moreover, a modified Cellular Automaton (CA) model is to be developed to depict the unique microstructural behavior of the austenite DRX in steels by incorporating with the dislocation theories in hot deformation. This model enables us to obtain a detailed microstructural insight into the complicated DRX transformation. The proposed study can not only enhance the theoretical understandings about the microstructural mechanism of the discontinuous DRX, but also promote optimising the DRX-associated thermomechanical processing technology in practice and improve the numerical simulation techniques at the mesoscale as well.

本项目拟以经典奥氏体模型金属Ni-30%Fe合金为原型材料，通过实验表征与模拟计算结合，对钢中奥氏体动态再结晶稳态时的微观组织行为及流动应力特征进行深入研究。与以往以材料或工艺为主导的动态再结晶研究不同，本研究以物理转变机理为首要研究对象。基于瞬变动态再结晶（Transient DRX）转变过程，结合EBSD、SEM、TEM等对动态再结晶瞬变变形后的微观亚结构行为特征进行表征，研究微观亚结构在维持动态再结晶稳态微观组织及稳态流动应力中的作用。同时，结合微观亚结构行为在动态再结晶过程中的作用机理，开发模拟钢中奥氏体动态再结晶微观组织演化的介观尺度元胞自动机模型，从转变过程出发分析奥氏体动态再结晶的微观组织行为。本研究对理论上加深和正确认识钢中奥氏体动态再结晶的微观机理、实际应用中优化奥氏体再结晶控制的热加工工艺，促进介观尺度模拟技术的发展等都具有重要意义。

奥氏体动态再结晶是碳钢生产中发生的一种很基础却又非常重要的物理冶金现象，阐明其稳态行为与机理对充分利用动态再结晶转变过程优化钢铁产品的微观组织与晶粒尺寸具有非常重要的理论意义。本项目以经典奥氏体模型金属Ni-30%Fe合金为原型材料，通过实验表征与模拟计算结合，对钢中奥氏体动态再结晶时的微观组织行为及流动应力特征进行了研究，重点研究动态再结晶的稳态行为。主要研究包括：1) 基于位错密度模型及晶粒变形模型，建立了模拟钢中奥氏体非连续动态再结晶过程的介观尺度元胞自动机模型。所建模型可从再结晶晶粒形貌、晶粒尺寸、转变动力学以及流动应力曲线等多个方面与经验模型及实验结果吻合，充分论证了所建模型的可靠性和准确性。基于所建模型对不同工艺参数下的动态再结晶微观组织演变及动力学进行了计算。所建动态再结晶元胞自动机模型从微观组织行为学的角度描述了奥氏体动态再结晶微观组织的演化过程，从转变过程出发分析动态再结晶的稳态行为。同时，进一步发展了定量模拟奥氏体再结晶的多相场模型。2）基于等应变速率和应变速率瞬变变形的物理模拟对Ni-30%Fe奥氏体模型合金中动态再结晶微观亚结构的行为特征进行了表征，发现退火孪晶界在热变形过程会相互作用而逐渐转变成为普通大角度晶界；同时晶界弯曲及三叉晶界处会大量形成Σ3晶界。孪晶行为不仅会影响动态再结晶的形核，而且会影响再结晶晶核的生长过程。应变速率瞬变后重新达到的稳态与瞬变后的应变速率适用，与瞬变变形前的变形无关；应变速率瞬变变形前后会发生非连续动态再结晶与连续动态再结晶模式之间的转换。研究结果会丰富对低层错能金属中的动态再结晶行为与机理的认识。项目在研期间共发表SCI收录论文4篇、英文专著书章1章，参加国际学术会议2人次、国内学术会议4人次。