冷轧双相钢退火过程微观组织演变的一体化元胞自动机模拟

铁素体/马氏体双相钢主要通过微观组织的合理控制与搭配来获得比传统高强度钢更优异的综合性能，其强化机制决定了组织演变规律研究对性能控制至关重要。本研究将发展一体化介观计算模型，研究冷轧双相钢连续退火过程的的复杂组织演变规律，探索双相组织控制机理。在介观尺度建立晶体塑性有限元模型描述初始冷轧组织的变形不均匀性；采用元胞自动机方法开发Fe-C-Mn系双相钢奥氏体化模型；在此基础上首次建立能够同时模拟静态再结晶和扩散控制型相变的一体化元胞自动机模型。深入计算研究工艺参数对组织演变形核长大动力学的影响，揭示再结晶/相变相互作用对最终组织形态的影响规律。结合热处理实验，总结退火过程的组织演变规律。本研究在以往单一组织演变模拟的基础上，发展能同时模拟多个组织演变过程的一体化模型，以期能够完整、准确地描述双相钢组织演变的复杂性，对促进介观尺度模拟技术的发展与应用、深入理解双相组织控制机理有重要意义。

本项目主要通过晶体塑性有限元以及相场等方法，发展一体化介观计算模型，通过fcc/bcc双相组织的介观尺度变形规律研究以及奥氏体化与再结晶组织演化规律研究，研究冷轧双相钢连续退火过程的复杂组织演变规律，揭示高强钢组织控制机理。.首先在晶粒尺度建立双相基体组织冷轧变形的晶体塑性有限元模型，并分析初始组织变形不均匀性的特点。在以往奥氏体单相组织CPFEM模型的基础上，建立了铁素体/马氏体双相组织的计算模型。研究结果揭示了由不同强度组成的双相组织在力学加载过程中出现的应力与应变分配规律。并进一步揭示，双相之间的晶粒位相关系将对其应力与应变分配产生非常重要的影响。研究建立了奥氏体化的元胞自动机模型。在模型中铁素体及珠光体相将作为母相，当加热温度超过相变开始温度时，奥氏体作为新相开始形核析出和长大。在形核模型中，采用经典形核理论来描述奥氏体的形核过程。在奥氏体的长大模型中，相界面处于非平衡状态，因此其动力学由C、Mn等元素的扩散控制。.我们进一步发展了一个定量多相场模型来模拟钢中的再结晶过程与奥氏体-铁素体相变过程。采用冷轧后的晶体塑性有限元变形组织作为相场模拟的初始组织。模拟结果定量揭示了形变储能的大小以及不均匀分布对冷轧退火过程的再结晶动力学与晶粒尺寸变化的影响。奥氏体-铁素体相变的相场模拟研究揭示了冷却速度、化学成分界面能的各向异性对铁素体组织形貌有重要影响。相场模拟很好的解释了奥氏体到铁素体的三种转变，即扩散控制型相变、块状相变以及魏氏组织。通过综合上述模拟研究，深入计算研究工艺参数对双相钢冷轧退火过程的组织演变形核长大动力学的影响，揭示再结晶/相变相互作用对最终组织形态的影响规律。.在项目研究过程中，课题组综合长期以来在该研究方向的研究成果，就钢中介观尺度的微观组织演化模拟的近期进展以及未来展望进行了综述。钢中介观尺度微观组织演化模拟的综述性进展总结及未来展望也为我们后续的研究工作理顺了思路，开拓了研究空间，从而更好的完成研究内容。.项目在研究过程中总共发表学术论文6篇，其中包括Acta Mater 两篇，参加国际学术会议并做口头报告3人次。依托本项目培养博士生1人，硕士生1人。