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通过焊接热模拟模拟Q420E含铌钢焊接热影响区粗晶区（CGHAZ）。焊接热循环为1320°C经10s冷却至950°C随后淬火至室温。采用光学显微镜（OM）和透射电子显微镜（TEM）观察显微结构,均由贝氏体铁素体和马奥组元构成。采用三维原子探针（APT）测定铌在原奥氏体晶界（PAGB）、铁素体/马氏体界面（FMAI）和铁素体/铁素体界面（FFI）浓度分布。通过计算,铌和空位结合形成铌空位复合体的结合能为0.675eV,由此推断铌在焊接热循环过程中发生非平衡晶界偏聚。铌在PAGB处最大浓度为0.109 at.%,富集因子为3.12;在FMAI处最大浓度为0.201 at.%,富集因子为3.50;在FFI处最大浓度为0.047 at.%,富集因子为1.7。在PAGB处铌的界面过量（Interfacial excess）ГNb为0.27×10199 atoms/m2,偏聚能为22.91 kJ/mol。根据APT数据和非平衡晶界偏聚动力学模型,假设热力学最大偏聚浓度与实际最大浓度相等情况下,计算Q420E钢在焊接热循环过程中最大偏聚量对应临界时间tc为345s（等效温度Ti=950°C）。通过非平衡偏聚模型和APT实验结果,计算铌在反偏聚过程中扩散系数为8.33×10-1111 m2/s（Ti=950°C）。基于上述计算结果结合Xu非平衡晶界偏聚动力学,得到铌在焊接热循环连续冷却过程中非平衡晶界偏聚动力学模型,并讨论铌在焊接热循环过程中的偏聚过程和反偏聚过程。通过该动力学模型,计算预测t8/5为3s-600s范围内铌在PAGB处偏聚浓度,并计算出临界t8/5约为18s,在此t8/5下铌偏聚浓度最大达到0.144 at.%。