一种螺纹钢切分棒材高精度组织性能预测方法技术

本发明专利技术涉及一种螺纹钢切分棒材高精度组织性能预测方法，属于钢铁冶炼领域。本发明专利技术涉及轧制全线的温度演变、组织演变、性能演变过程，利用轧制、水冷、空冷、冷床时的换热模型，加热炉、轧线上的晶粒长大模型，轧线上的再结晶模型、残余应变模型，以及冷床上的相变模型、力能模型等，通过温度、组织、性能的实测值对各个模型的参数进行修正，集成修正后的子模型，耦合化学成分、轧制规程、设备参数、环境温度等多种复杂及多维参数，搭建预报螺纹钢切分棒材成品组织及性能的B/S架构程序，最终可以实现在线温度

【技术实现步骤摘要】
一种螺纹钢切分棒材高精度组织性能预测方法


[0001]本专利技术属于钢铁冶炼领域，涉及一种螺纹钢切分棒材高精度组织性能预测方法。

技术介绍

[0002]螺纹钢切分棒材的工艺极其复杂，具体包括铸坯加热、铸坯均温、除鳞、粗轧、中轧、预精轧、切分、精轧、减定径、轧后水冷、冷床空冷等过程，提高螺纹钢切分棒材性能及质量的关键在于制定和采用合理的控制轧制与控制冷却生产工艺。
[0003]棒材的轧制速度快，且钢厂是盈利性企业，通常情况生产不能间断，测量生产过程中材料的温度、组织、性能也十分困难，无法确定影响棒材组织及性能的具体因素，这也使得制定控制轧制、控制冷却生产工艺参数较为困难。
[0004]传统制定控制轧制与控制冷却工艺的方法主要是通过热模拟实验研究某钢种组织演变规律，之后测试力学性能，符合预期及标准时，根据实验参数设定工艺流程，进行工业试轧，再根据现场试轧数据，返回修正轧制工艺参数及水冷参数，从而确定最终轧制规程及冷却制度，由此可见该方法需要耗费大量财力及人力，且整个实验及数据分析过程也需耗费大量时间，效率较低。
[0005]随着土建行业的快速发展，用户对螺纹钢的组织及性能要求越来越高，现有检验手段一炉钢通常情况只检验4～5根棒材，这就使得代表该炉轧制成品的组织及性能的结果具有偶然性和局限性，无法确认是否每根钢坯都合格。
[0006]现有针对螺纹钢的组织性能预报软件，大多为基于神经网络模型离线系统，且只能针对已有工艺进行预测，或为基于物理冶金模型的离线组织性能预报系统，但未见到同时考虑加热坯及直轧坯，可以实现轧制全流程在线实时预报温度、组织及性能的系统。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种螺纹钢切分棒材高精度组织性能预测方法，可模拟铸坯头部、尾部的整个轧制、冷却过程(从连铸出口/加热炉出口至成品下线)，用于优化螺纹钢切分棒材的热轧和冷却工艺，提高产品性能合格率；与工业生产相连接，实现模拟轧钢，可在线预测每根钢坯组织及性能，降低因检验技术缺陷而引起的结果偶然性。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种螺纹钢切分棒材高精度组织性能预测方法，该方法包括以下步骤：
[0010]1)螺纹钢切分棒材高精度组织性能预报系统为B/S架构系统，现场采集温度、组织及性能数据，对计算程序中的模型结构及参数进行修正；
[0011]2)在界面前端上传带有机组、机架号、机架延伸率、设备位置、辊环直径、水箱长度、水压、水量、铸坯尺寸参数、冷床冷却时间、终轧速度、环境温度、切分机架、切分数、化学成分、加热制度的模板；
[0012]3)处理后端接收前端界面请求，将计算请求转发给计算程序；
[0013]4)计算程序接收到请求后解析模板数据，利用有限差分及换热模型模拟整个轧
制、冷却过程的温度演变历程，具体包括除鳞换热模型、空冷换热模型、轧辊换热模型、轧制温升模型、水冷换热模型、冷床换热模型；
[0014]5)计算程序利用轧线奥氏体组织演变模型模拟轧制及轧后的再结晶、晶粒长大过程，具体包括临界应变模型、动态再结晶模型、亚动态再结晶模型、静态再结晶模型；
[0015]6)计算程序利用奥氏体相变模型模拟轧件在冷床上的组织演变过程，具体包括各相孕育期模型、CCT曲线、铁素体及珠光体最大转变量模型、各相体积分数模型、珠光体片层间距模型、铁素体晶粒尺寸模型；
[0016]7)计算程序利用力能模型计算轧件下冷床时的力学性能，具体包括屈服强度模型、抗拉强度模型、伸长率模型、最大力总延伸率模型；
[0017]8)计算程序将计算结果按照约定数据结构传入数据库，再由处理后端拿取数据传递给前端，在结果显示界面进行展示。
[0018]可选的，所述换热模型如下：
[0019]1)除鳞换热模型：
[0020]H
d
＝f(V，r，R，T)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0021]式中：H
d
为除鳞换热系数，W/(m2·
℃)；V为水流量，m3/h；r为水压影响系数；R为坯料等效半径，m；T为轧件表面温度，℃；
[0022]2)空冷换热模型
[0023]H
a
＝f(T，T
f
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0024]式中：H
a
为空冷换热系数，W/(m2·
℃)；T为轧件表面温度，℃；T
f
为环境温度，℃；
[0025]3)轧辊换热模型：
[0026]H
r
＝f(λ，a，t，W)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0027]式中：H
r
为轧辊换热系数，W/(m2·
℃)；λ为轧件导热系数，W/(m
·
K)；a为轧件热扩散系数，m2/s；t为接触时间，s；W为与轧辊冷却水有关的系数；
[0028]4)轧制温升模型
[0029][0030]式中：q
v
为轧制内热源强度，W/m3；K
m
为金属变形抗力，Pa；为轧件变形前的等效高度，mm；为轧件变形后的等效高度，mm；为轧件变形前的等效宽度，mm；S为轧件横截面积，mm2；η为功热转换系数；
[0031]5)水冷换热模型
[0032][0033]式中：H
w
为水冷换热系数，W/(m2·
℃)；Q为水量，m3/h；R为线材半径，m；A、B5、B6、B7、B8、η、θ为根据轧件半径选取的冷却管参数；v为轧件速度，m/s；
[0034]6)冷床换热模型
[0035]H
CB
＝f(λ，R，C
p
，μ，ρ，u)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0036]式中：H
CB
为冷床换热系数，W/(m2·
℃)；λ为轧件导热系数，W/(m
·
℃)；R为轧件半径，m；C
p
为轧件比热，J/(kg
·
℃)；μ为空气粘度，Pa
·
s；ρ为轧件密度，kg/m3；u为空气流速，m/s。
[0037]可选的，所述轧线奥氏体组织演变模型如下：
[0038]1)加热保温时的奥氏体晶粒长大模型：
[0039]钢坯在加热炉时的温度一般高于属于奥氏体组织，经过加热及保温处理后，奥氏体会发生长大，长大后的晶粒尺寸模型如下：
[0040]d＝f(d0，t，T，C，Mn，Si)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0041]式中：d0为初始晶粒尺寸，μm；t为加热时间，s；Q为晶界迁移激活能，J/mol；T为温度，℃；C、Mn、Si为钢坯碳含量、锰含量、硅含量，％；
[0042]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺纹钢切分棒材高精度组织性能预测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)螺纹钢切分棒材高精度组织性能预报系统为B/S架构系统，现场采集温度、组织及性能数据，对计算程序中的模型结构及参数进行修正；2)在界面前端上传带有机组、机架号、机架延伸率、设备位置、辊环直径、水箱长度、水压、水量、铸坯尺寸参数、冷床冷却时间、终轧速度、环境温度、切分机架、切分数、化学成分、加热制度的模板；3)处理后端接收前端界面请求，将计算请求转发给计算程序；4)计算程序接收到请求后解析模板数据，利用有限差分及换热模型模拟整个轧制、冷却过程的温度演变历程，具体包括除鳞换热模型、空冷换热模型、轧辊换热模型、轧制温升模型、水冷换热模型、冷床换热模型；5)计算程序利用轧线奥氏体组织演变模型模拟轧制及轧后的再结晶、晶粒长大过程，具体包括临界应变模型、动态再结晶模型、亚动态再结晶模型、静态再结晶模型；6)计算程序利用奥氏体相变模型模拟轧件在冷床上的组织演变过程，具体包括各相孕育期模型、CCT曲线、铁素体及珠光体最大转变量模型、各相体积分数模型、珠光体片层间距模型、铁素体晶粒尺寸模型；7)计算程序利用力能模型计算轧件下冷床时的力学性能，具体包括屈服强度模型、抗拉强度模型、伸长率模型、最大力总延伸率模型；8)计算程序将计算结果按照约定数据结构传入数据库，再由处理后端拿取数据传递给前端，在结果显示界面进行展示。2.根据权利要求1所述的一种螺纹钢切分棒材高精度组织性能预测方法，其特征在于：所述换热模型如下：1)除鳞换热模型：H
d
＝f(V，r，R，T)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：H
d
为除鳞换热系数，W/(m2·
℃)；V为水流量，m3/h；r为水压影响系数；R为坯料等效半径，m；T为轧件表面温度，℃；2)空冷换热模型H
a
＝f(T，T
f
)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中：H
a
为空冷换热系数，W/(m2·
℃)；T为轧件表面温度，℃；T
f
为环境温度，℃；3)轧辊换热模型：H
r
＝f(λ，a，t，W)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：H
r
为轧辊换热系数，W/(m2·
℃)；λ为轧件导热系数，W/(m
·
K)；a为轧件热扩散系数，m2/s；t为接触时间，s；W为与轧辊冷却水有关的系数；4)轧制温升模型式中：q
v
为轧制内热源强度，W/m3；K
m
为金属变形抗力，Pa；为轧件变形前的等效高度，mm；为轧件变形后的等效高度，mm；为轧件变形前的等效宽度，mm；S为轧件横截面积，mm2；η为功热转换系数；5)水冷换热模型
式中：H
w
为水冷换热系数，W/(m2·
℃)；Q为水量，m3/h；R为线材半径，m；A、B5、B6、B7、B8、η、θ为根据轧件半径选取的冷却管参数；v为轧件速度，m/s；6)冷床换热模型H
CB
＝f(λ，R，C
p
，μ，ρ，u)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)式中：H
CB
为冷床换热系数，W/(m2·
℃)；λ为轧件导热系数，W/(m
·
℃)；R为轧件半径，m；C
p
为轧件比热，J/(kg
·
℃)；μ为空气粘度，Pa
·
s；ρ为轧件密度，kg/m3；u为空气流速，m/s。3.根据权利要求1所述的一种螺纹钢切分棒材高精度组织性能预测方法，其特征在于：所述轧线奥氏体组织演变模型如下：1)加热保温时的奥氏体晶粒长大模型：钢坯在加热炉时的温度一般高于属于奥氏体组织，经过加热及保温处理后，奥氏体会发生长大，长大后的晶粒尺寸模型如下：d＝f(d0，t，t，C，Mn，Si)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)式中：d0为初始晶粒尺寸，μm；t为加热时间，s；Q为晶界迁移激活能，J/mol；T为温度，℃；C、Mn、Si为钢坯碳含量、锰含量、硅含量，％；2)动态再结晶模型临界应变是确定热变形中发生动态再结晶的条件，临界应变模型如下：式中：为应变速率，s
‑1；T为轧件温度，℃；动态再结晶体积分数模型如下：式中：X
dx
为动态再结晶体积分数；ε为实际应变；ε
c
为临界应变；ε
0.5
为动态再结晶体积分数为50％时的应变；为应变速率，s
‑1；T为轧件温度，℃；动态再结晶晶粒尺寸模型如下：式中：d
drx
为动态再结晶晶粒尺寸，μm；t为变形时间，s；d为动态再结晶初始晶粒尺寸，μm；为应变速率，s
‑1；T为变形温度，℃；3)亚动态再结晶模型轧制时发生动态再结晶，则轧制间隙发生亚动态再结晶，亚动态再结晶体积分数模型如下：式中：X
mrx
为亚动态再结晶体积分数；t为轧制间隙时间，s；t
0.5
为亚动态再结晶体积分数达到50％的时间，s；Z为Zener
‑
Hollomon参数；为应变速率，s
‑1；T为轧件平均温度，℃；亚动态再结晶晶粒尺寸模型如下：d
mrx
＝f(z)
ꢀꢀꢀꢀ
(12)式中：d
mrx
为亚动态再结晶晶粒尺寸，μm；Z为Zener
‑
Hollomon参数；
亚动态再结晶发生完全后，晶粒会发生长大，亚动态再结晶晶粒长大模型如下：d
MG
＝f(d
mrx
，t，t
0.5
，T)
ꢀꢀꢀꢀ
(13)式中：d
MG
为亚动态再结晶晶粒长大后的晶粒尺寸，μm；d
mrx
为亚动态再结晶晶粒尺寸，μm；t为轧制间隙时间，s；t
0.5
为亚动态再结晶体积分数达到50％的时间，s；T为轧件平均温度，℃；4)静态再结晶模型轧制时未发生动态再结晶，则轧制间隙发生静态再结晶，静态再结晶体积分数相关模型如下：式中：X
mrx
为静态再结晶体积分数；t为道次间隙时间，s；t
0.5
为静态再结晶体积分数达到50％的时间；d0为再结晶初始晶粒尺寸，μm；为应变速率，s
‑1；ε为应变量；T为变形温度，℃；静态再结晶晶粒尺寸模型如下：d
srx
＝f(ε.d0，T)
ꢀꢀꢀꢀ
(15)式中：d
srx
为静态再结晶晶粒尺寸，μm；ε为应变量；d0为再结晶初始晶粒尺寸，μm；T为变形温度，℃；静态再结晶发生完全后，晶粒会发生长大，亚动态再结晶晶粒长大模型如下：d
SG
＝f(d
srx
，t，t
0.5
，T)
ꢀꢀꢀꢀ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭光耀，周民，马靳江，樊泽兴，牛强，
申请(专利权)人：中冶赛迪技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：