[發明專利]一種預測微合金鋼焊接粗晶區晶粒尺寸的方法有效

申請號：	201810771601.0	申請日：	2018-07-13
公開（公告）號：	CN109147873B	公開（公告）日：	2021-09-21
發明（設計）人：	雷玄威;唐福踐;倪剛	申請（專利權）人：	江西理工大學
主分類號：	G16C20/30	分類號：	G16C20/30
代理公司：	北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237	代理人：	張仲波
地址：	341000 江西省***	國省代碼：	江西;36
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種預測合金鋼焊接粗晶區晶粒尺寸方法
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【權利要求書】：

1.一種預測微合金鋼焊接粗晶區晶粒尺寸的方法，其特征在于，所述方法用于計算微合金鋼鐵材料在一系列焊接熱輸入條件下粗晶區的原奧氏體晶粒尺寸，包括以下步驟：

步驟1)通過熱模擬微合金鋼焊接粗晶區的熱循環，升溫速率為100～280K/s，峰值溫度為1573～1673K，峰值溫度停留時間為0.5～2s，冷卻過程采用Rykalin 3D或2D或其它將焊接熱輸入作為參數的熱模型，熱模型中焊接熱輸入參數分別為X₁、X₂和X₃(X₁X₂X₃)；之后對熱模擬區域的試樣進行金相分析，統計在當前焊接熱循環條件下三個焊接熱輸入對應的粗晶區的原奧氏體晶粒尺寸；

步驟2)根據上述步驟1)獲取的三個原奧氏體晶粒尺寸數據，利用晶粒長大動力學公式通過數值積分，采用有限差分法，時間間隔取0.01～0.2s，分別將三個熱輸入下的原奧氏體晶粒尺寸與晶粒長大公式進行擬合，當通過公式分別計算出來的三個晶粒尺寸與原奧氏體晶粒尺寸數據都較為接近時即得到最佳的擬合情況，擬合結果得到M₀和P_Z的數值；其中d是原奧氏體晶粒尺寸，n是長大因子，M₀是指前因子，Q_a是晶粒長大激活能，R是氣體常數，T是溫度，是晶界驅動力，γ是奧氏體的晶界能，P_Z是第二相釘扎產生的作用力，t是在升溫過程中溫度超過A_C3溫度到降溫過程中溫度低于A_C3溫度所持續的時間，將A_C3溫度設定為一常數，利用經驗公式計算得到的微合金鋼的A₃溫度，將M₀和P_Z作未知常數，其它參數作已知參數，n＝2，R＝8.3J/(mol·K)，Q_a＝352185.31+21827.26X_C+19950.94X_Mn+7185.49X_Cr+7378.06X_Ni，n值的變化不影響后面的參數，公式中的參數是相互獨立的，X_C、X_Mn、X_Cr和X_Ni分別為微合金鋼中C、Mn、Cr和Ni的重量百分含量，計算得到Q_a的單位為J/mol，t和T的數據可以根據上述步驟1)采用的焊接熱模型進行計算得到，γ＝0.5J/m²；

步驟3)根據上述步驟2)擬合得到的M₀和P_Z的數值及提到的晶粒長大動力學公式，即可用相同的方法計算出焊接熱輸入為X時的微合金鋼焊接粗晶區原奧氏體晶粒尺寸的大小，當X的取值范圍為[X₁,X₃]時，計算結果有很高的可信度，當X的取值范圍為(0，X₁)或(X₃，∞)時，隨著X的數值偏離X₁或X₃的加大，計算結果與實際情況的偏離程度逐漸加大。

2.如權利要求1所述一種預測微合金鋼焊接粗晶區晶粒尺寸的方法，其特征在于，通過熱模擬采用釩、鈮、鈦中至少一種微合金化的微合金鋼焊接粗晶區熱循環，升溫速率為200K/s，峰值溫度為1643K，峰值溫度停留時間為1s，冷卻過程采用Rykalin 3D熱模型、λ＝0.38J/(cm·s·K)，T_P＝1643K,E為焊接熱輸入，T′為溫度坐標，τ為時間坐標，熱模型中焊接熱輸入參數分別為14、20和36kJ/cm；通過金相研磨，用截線法統計得到三個熱輸入下焊接粗晶區的平均晶粒尺寸分別為77±4、83±4和88±3μm；采用晶粒長大公式將M₀和P_Z為未知常數，其它參數的數值分數取n＝2、R＝8.3J/(mol·K)、Q_a＝400kJ/mol、γ＝0.5J/m²；積分區間的時間t為升溫過程中溫度超過1100K到降溫過程中溫度低于1100K所持續的時間，積分區間的溫度T與時間t的關系由設定的焊接粗晶區熱循環確定；將三個熱輸入下微合金鋼焊接粗晶區的平均晶粒尺寸分別與晶粒長大公式進行擬合，擬合過程中晶粒尺寸的計算采用數值積分及有限差分法，dt取0.05s，擬合出的M₀和P_Z的數值分別為2.5m⁵/(J·s)和1.08×10³J/m³；在焊接熱輸入范圍為7～50kJ/cm條件下，最后通過晶粒長大公式及擬合出的M₀和P_Z的數值預測出此微合金鋼在不同焊接熱輸入下粗晶區的晶粒尺寸。