在冷变形工艺中连续评估尤其是钢的金属材料的机械和微观结构特性的方法及相关设备技术

描述了一种用于在冷变形工艺中连续评估轧制金属材料(L)的机械和微观结构特性的方法，该轧制金属材料(L)经受在压缩力、拉伸力和弯曲力矩中选择的变形力的组合，该变形力以低变形率施加，该低变形率在1×10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在冷变形工艺中连续评估尤其是钢的金属材料的机械和微观结构特性的方法及相关设备
本专利技术涉及一种在冷变形工艺中连续评估金属材料的机械和微观结构特性的方法。本专利技术还涉及一种用于在尤其是涉及钢的生产的金属工程工业中实施这种方法的设备，并且出于简化其呈现的唯一目的，参考该应用领域进行以下描述。
技术介绍
在金属产品制造周期的各个步骤期间，需要在机械和微观结构特性方面对金属产品进行鉴定是众所周知的，尤其是在金属工程工业中。为了满足这种需要，开发了若干方法来于在金属产品本身的制造过程中直接测量这些机械和微观结构特性，这些方法被证明是优化尤其是由钢制成的金属产品质量的基本工具。对尤其是钢的金属材料的机械和微观结构特性进行测量的第一种现有技术解决方案提供了在静态条件下进行牵引测试的样品图，在此基础上评估机械和微观结构特性。第一种已知解决方案肯定是有效的，但它没有实现真正了解在尤其是金属板的情况下的金属材料在其整个产品制造期间在其整个长度上的机械和微观结构特性。需要提供形成金属产品的金属材料的机械和微观结构特性的完整图像，这在过去几年中引起了对能够提供对这些特性进行评估的设备的巨大需求。为此目的，当前用于尤其是在作业线上(即，在金属材料的生产过程中)测量金属材料的机械和微观结构特性的更普遍方法是基于在金属材料制造过程中评估这种金属材料的剩磁(magneticremanence)。然而，正是因为其工作原理，该方法仅可以用于具有铁磁特性的材料。从Goto等人(NipponSteel公司)的于2012年10月23日授权的第8,296,081号美国专利获知在连续退火或镀锌作业线或酸洗作业线和其他连续作业线的末端通过使用SkinPassMill沿钢轧制板的整个长度获得与钢轧制板有关的信息的方法。具体地，钢轧制板通过SkinPassMill的辊系统，在该系统中，连续检测负载、强度和延长值，然后与轧制板的机械特性相关联。已知VDEHBetriebsforschungsinstituteGmbH的于2014年4月24日以第DE102012020444号公布的德国专利申请，其描述了通过使用拉伸和弯曲辊系统在板材上施加纵向强度或拉伸(相对于其位移方向)和弯曲力矩来测量钢板的屈服强度的方法。本专利技术的技术问题是提供一种连续评估在冷变形工艺中以金属板或带的形状轧制的尤其是钢的金属材料的机械和微观结构特性的方法，具有这种结构和功能特征以便克服仍然限制已知方法的限制因素和缺点，尤其能够在牵引屈服强度和牵引断裂强度方面评估轧制金属材料的机械和微观结构特性，该方法可合适地应用于所有铁磁和非铁磁金属材料，尤其是奥氏体和铁素体不锈钢、碳钢、铝合金、铜合金、黄铜等，并且能够在生产过程中连续进行必要的测量。
技术实现思路
本专利技术的解决方案构思是在经受处理的金属材料的一部分上施加在压缩力、牵引力和弯曲力矩中选择的变形力的适当组合，随后通过可用于金属材料(更具体地是钢或金属合金)的连续处理作业线中的设备测量材料本身经历的延长，该测量在低变形速度(即，在1×10-4和10×10-4s-1之间的范围内，对应于不连续实验室静态条件)和高变形速度(即，在0.1和10s-1之间的范围内，对应于实际生产过程的连续动态条件)两者下连续进行，然后通常彼此关联以评估材料(尤其是钢)的机械和微观结构特性。基于该解决方案构思，通过根据权利要求1的方法和根据权利要求11的设备解决了技术问题。从以下参考附图通过非限制性示例给出的实施例的描述中，根据本专利技术的方法和评估设备的特征和优点将变得显而易见。附图说明在这些附图中：图1示意性地示出根据本专利技术的轧制金属材料的评估设备，其适用于实施连续评估该轧制金属材料的机械和微观结构特性的方法；图2示意性地示出在SkinPass的形式下将变形力施加到轧制金属材料上的装置，该SkinPass包括轧辊和图1的评估设备的附加拉伸辊系统；图3示意性地示出在图1的设备的拉伸矫直机的形式下对轧制金属材料施加变形力的装置的替代实施例；以及图4示出在高变形速度和低变形速度下用图1的评估设备计算的值之间的关联的示图。具体实施方式参考这些附图，更具体地参考图1，轧制金属材料L(诸如由尤其是钢或金属合金的金属材料制成的金属板或带)的评估设备总体上用1表示。作为非限制性示例，该评估设备1可用于碳钢的连续生产作业线，并且下文将通过非限制性示例的方式引述该特定实施方式。具体地，如在以下描述中将显而易见的，评估设备1由于测量经受在压缩力、牵引力和弯曲力矩中选择的变形力组合的材料的变形而能够实施连续评估形成轧制板L的金属材料的机械和微观结构特性的方法，并且能够将其插入这种金属材料(尤其是钢)的连续工业生产过程中，诸如连续镀锌、退火、表皮整轧(skinpassrolling)作业线等。更具体地，将指出评估设备1如何能够克服迄今为止可用的仪器的限制，因为它还可以对非铁磁金属材料进行测量。此外，评估设备1通过实施所提出的方法而能够关联在低变形速度和高变形速度下执行的测量，该低变形速度在1×10-4和10×10-4s-1之间的范围内，并且对应于实验室静态条件，而高变形速度在0.1和10s-1之间的范围内，并且对应于冷变形工艺的动态条件。通常，注意到，表示金属材料的评估设备的部分的示意图的附图未按比例绘制，而是为了强调本专利技术的重要特征而对其进行绘制。此外，在附图中，示意性地表示了不同的项目，它们的形状能够根据期望的应用而变化。在其更一般的形式中，本专利技术涉及一种连续评估轧制金属材料L的机械和微观结构特性的方法，该轧制金属材料L在冷变形工艺中经受在压缩力、牵引力和弯曲力矩中选择的变形力组合，以高变形速度(表示为速度v1，在0.1和10s-1之间的范围内，其对应于动态条件)和低变形速度(表示为速度v2，在1×10-4和10×10-4s-1之间的范围内，其对应于实验室静态条件)施加该变形力组合。该方法具体包括以下步骤：--在动态条件下测量冷变形工艺的特征参数，包括轧制板L的温度T、一个形变ε和一个变形速度中的至少一个值；通常，根据本专利技术，该方法进一步包括以下步骤：--根据以下等式计算高变形速度下的牵引屈服强度σYD：σYD＝mσc+nσt+pσbend其中：σc：在轧制板L上施加压缩力Fc时，轧制板L的压缩强度；σt：在轧制板L上施加牵引力Tin和Tout时，轧制板L的牵引强度；σbend：在轧制板L上施加弯曲力矩时，由于轧制板L的弯曲而产生的强度；以及m、n、p分别是第一、第二和第三参数，是连续测量的冷变形工艺操作条件的函数，并且是轧制板L在化学成分和前面的热变形工艺操作条件方面、在热变形开始和结束温度、绕组温度和晶粒尺寸方面的函数。有利地，该方法还包括以下步骤：--根据以下等式计算低变形速度下的牵引屈服强度σYS：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在冷变形工艺中连续评估轧制金属材料(L)的机械和微观结构特性的方法，所述轧制金属材料经受在压缩力、牵引力和弯曲力矩中选择的变形力的组合，该变形力以低变形速度和高变形速度施加，该低变形速度在1×10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170331 IT 1020170000357351.一种用于在冷变形工艺中连续评估轧制金属材料(L)的机械和微观结构特性的方法，所述轧制金属材料经受在压缩力、牵引力和弯曲力矩中选择的变形力的组合，该变形力以低变形速度和高变形速度施加，该低变形速度在1×10-4和10×10-4s-1之间的范围内，对应于实验室静态条件，该高变形速度在0.1和10s-1之间的范围内，对应于动态条件，
所述方法包括以下步骤：
--在动态条件下测量所述冷变形工艺的特征参数，该特征参数包括所述轧制板(L)的温度(T)、形变(ε)和变形速度中的至少一个值；
其特征在于，还包括以下步骤：
--根据以下等式计算高变形速度下的牵引屈服强度(σYD)：
σYD＝mσc+nσt+pσbend
其中：
σc：在所述轧制板(L)上施加压缩力(Fc)时，所述轧制板(L)的压缩强度；
σt：在所述轧制板(L)上施加牵引力(Tin、Tout)时，所述轧制板(L)的牵引强度；
σbend：在所述轧制板(L)上施加弯曲力矩时，由于所述轧制板(L)的弯曲而产生的强度；以及
m、n、p分别是第一参数、第二参数和第三参数，是连续测量的所述冷变形工艺的操作条件的函数，并且是所述轧制板(L)在化学成分方面的函数，以及是前面的热变形工艺操作条件在热变形开始温度和结束温度、绕组温度和晶粒尺寸方面的函数；
--根据以下等式计算低变形速度下的牵引屈服强度(σYS)：



其中：
σYD：所述高变形速度下的牵引屈服强度；
f：在低变形速度和高变形速度下测量的数据之间的统计优化因子；
α：所述轧制板(L)的第一特征参数，是所述轧制板(L)的化学成分、所述轧制板(L)的热变形工艺的操作条件的函数；以及
β：所述轧制板(L)的第二特征参数，是所述冷变形工艺的函数，计算如下：



其中：

所述变形速度，
Q：通过实验室测试评估的所述轧制板(L)的所述形变的活化能量，
R：理想气体的玻尔兹曼常数，以及
T：所述轧制板(L)的所述温度。


2.根据权利要求1所述的用于评估轧制金属材料(L)的机械和微观结构特性的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
--根据以下等式计算在所述轧制板(L)上施加压缩力(Fc)时的所述轧制板(L)的所述压缩强度(σc)：



其中：
Fc：施加在所述轧制板(L)上的所述压缩力；
W：所述轧制板(L)的宽度；以及
a：与施加所述压缩力(Fc)的装置对应的由所述轧制板(L)形成的弧；
--根据以下等式计算在所述轧制板(L)上施加牵引力(Tin、Tout)时的所述轧制板(L)的所述牵引强度(σt)：



其中：
Tin、Tout：在相应初始和最终施加位置(in、out)处施加于所述轧制板(L)的所述牵引力；以及
--根据以下等式计算在所述轧制板(L)上施加弯曲力矩时的所述轧制板(L)的所述弯曲强度(σbend)：



其中：
K：参数，是所述轧制板(L)的厚度(s)和摩擦系数(μ)的函数；
ΔPbend：在相应初始和最终施加位置(in、out)之间向所述轧制板(L)施加所述弯曲力矩的装置的引擎的功率的变化，ΔPbend＝(Pout-Pin)，
W：所述轧制板(L)的所述宽度；
s：所述轧制板(L)的所述厚度；
v：所述变形工艺中所述轧制板(L)的速度，
ΔTbend：在相应初始和最终施加位置(in、out)之间向所述轧制板(L)施加所述弯曲力矩的所述装置的强度的变化，ΔTbend＝(Tout-Tin)，以及
Abend：由所述弯曲力矩引起的所述轧制板(L)的延长。


3.根据权利要求2所述的用于评估轧制金属材料(L)的机械和微观结构特性的方法，其特征在于，通过利用SkinPass在冷轧工艺下进行的变形工艺将所述变形力施加到所述轧制板(L)上，该SkinPass包括适合于向所述轧制板(L)施加适宜压缩力(Fc)的轧辊以及适合于与附加拉伸辊的输入和输出位置(in、out)对应地向所述轧制板(L)施加适宜牵引力(Tin、Tout)的所述附加拉伸辊的系统，其中，所述第一参数、第二参数和第三参数(m、n、p)为：



其中：
a：与所述SkinPass的所述轧辊对应地由所述轧制板(L)形成的弧；
δ：第一参数，取决于所述轧制板(L)的特征，包括所述轧制板(L)的化学成分和热变形工艺的操作条件；

利用SkinPass在所述轧制工艺期间的所述轧制板(L)的所述变形速度，
Askp：与所述SkinPass的工艺条件对应的所述轧制板(L)的延长，
μ：与所述SkinPass的所述轧辊对应的所述摩擦系数，并且

且
p＝0
因此，所述高变形速度下的牵引屈服强度(σYD)通过以下等式计算：





4.根据权利要求3所述的用于评估轧制板(L)的机械和微观结构特性的方法，其中，所述接触弧(a)根据以下等式计算：



其中：
R：所述SkinPass的所述轧辊的弯曲半径，
Askp：与所述SkinP...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·费雷奥尔，
申请(专利权)人：马尔切嘎里亚碳钢股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT