專利名稱：一種熱軋過(guò)程帶鋼組織演變與性能預(yù)測(cè)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶鋼軋制技術(shù)，具體地說(shuō)是一種熱軋過(guò)程帶鋼組織演變與性能預(yù)測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，帶鋼軋制后需經(jīng)測(cè)試(抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及延伸率)才能投放市場(chǎng)，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，占用產(chǎn)房空間較大，對(duì)于量大面廣的帶鋼產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，它以幾分鐘軋制一卷的速度進(jìn)行軋制，所以生產(chǎn)后的測(cè)試量很大，既浪費(fèi)人力、又浪費(fèi)物力，并且因在測(cè)試中有人為因素，又或多或少會(huì)影響測(cè)試精度。如果能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬手段預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能，達(dá)到免檢的程度，這無(wú)疑是令人鼓舞的。為了達(dá)到這一目的，就應(yīng)該了解在軋制冷卻過(guò)程的各個(gè)參數(shù)的變化過(guò)程，而大生產(chǎn)中對(duì)組織變化的觀察和測(cè)試是不可能的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可以借助模擬手段，動(dòng)態(tài)地模擬熱軋過(guò)程帶鋼組織和性能的變化過(guò)程，從而能夠預(yù)測(cè)產(chǎn)品的最終性能，但該技術(shù)目前國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能預(yù)測(cè)產(chǎn)品最終性能的熱軋過(guò)程帶鋼組織演變與性能預(yù)測(cè)的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是由前處理模塊、加熱模塊、軋制模塊、冷卻相變模塊、力學(xué)性能模塊和后處理六個(gè)模塊組成，前處理模塊的功能是從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取熱軋過(guò)程所需的工藝參數(shù)，為后續(xù)流程提供初始條件；所述加熱模塊、軋制模塊、冷卻相變模塊及力學(xué)性能模塊是完成對(duì)熱軋過(guò)程各個(gè)冶金物理量動(dòng)態(tài)的模擬，預(yù)測(cè)出帶鋼最終的組織性能；所述后處理模塊的功能是完成熱軋過(guò)程模擬結(jié)果的顯示輸出；具體如下所述前處理模塊具體流程為首先從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取生產(chǎn)工藝參數(shù)，包括鋼種及化學(xué)成分、鋼坯規(guī)格和產(chǎn)品規(guī)格、生產(chǎn)工藝設(shè)定的參數(shù)(包括軋輥半徑、粗軋道次數(shù)、冷卻方式以及加熱爐出爐溫度、粗軋出口溫度、終軋溫度、卷曲溫度)，在確認(rèn)前輸入分段數(shù)，確認(rèn)后顯示輸入?yún)?shù)匯總結(jié)果，再檢查輸入?yún)?shù)是否正確，如有錯(cuò)誤則可返回重新讀取生產(chǎn)工藝參數(shù)，如輸入無(wú)誤則按段轉(zhuǎn)入加熱模塊；所述加熱模塊的功能是利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出完全奧氏體化后晶粒長(zhǎng)大的尺寸，具體流程為先從前處理模塊所選擇的參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)加熱曲線確定最終加熱爐溫度；然后利用具體經(jīng)驗(yàn)公式Dn=k1exp(-QappRT)t+D0n]]>結(jié)合通過(guò)試驗(yàn)確定的鋼坯的初始晶粒度，計(jì)算出奧氏體晶粒尺寸，將其作為軋制模塊的初始條件；所述軋制模塊包括粗軋和精軋兩步，在軋制過(guò)程中發(fā)生再結(jié)晶，使晶粒細(xì)化，當(dāng)前道次計(jì)算結(jié)果作為下一道次計(jì)算的初始條件(粗軋第一道次取加熱模塊計(jì)算出的奧氏體晶粒尺寸作為初始晶粒尺寸)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定的粗軋道次數(shù)進(jìn)行軋制，粗軋最后一道次的計(jì)算結(jié)果作為精軋第一道次的初始條件，精軋過(guò)程與粗軋過(guò)程相同，每道次具體流程如下首先計(jì)算出本道次的溫度、應(yīng)變?chǔ)藕蜌堄鄳?yīng)變，利用上道次計(jì)算的晶粒尺寸計(jì)算出臨界應(yīng)變?chǔ)與，并與當(dāng)前道次計(jì)算出的應(yīng)變?chǔ)胚M(jìn)行比較，若ε＞εc則發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，若ε＜＝εc則發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶；當(dāng)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)，利用動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型xv=1-exp(-0.693(tt0.5)1.5)]]>給出再結(jié)晶分?jǐn)?shù)Xv，并判斷是否Xv＞0.95，若＞0.95，則發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，此時(shí)還要判斷道次時(shí)間t是大于1秒還是小于等于1秒，據(jù)此來(lái)選擇晶粒尺寸的計(jì)算公式；當(dāng)Xv＜＝0.95時(shí)，則未發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，再根據(jù)未發(fā)生完全再結(jié)晶的模型d0i+1=drexix4/3+d0i(1-xi)2]]>直接計(jì)算出奧氏體晶粒尺寸；當(dāng)發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶時(shí)，在利用靜態(tài)再結(jié)晶模型xv=1-exp(-0.693(tt0.5))]]>計(jì)算出再結(jié)晶分?jǐn)?shù)Xv，并判斷Xv是否＞0.95，若＞0.95，則發(fā)生完全靜態(tài)再結(jié)晶，此時(shí)還要判斷道次時(shí)間t是大于1秒還是小于等于1秒，據(jù)此來(lái)選擇晶粒尺寸的計(jì)算公式；若Xv＜＝0.95，則未發(fā)生完全靜態(tài)再結(jié)晶，然后根據(jù)未發(fā)生完全再結(jié)晶的模型d0i+1=drexix4/3+d0i(1-xi)2]]>直接計(jì)算出奧氏體晶粒尺寸；所述冷卻相變模塊以軋制模塊給出的奧氏體晶粒度和殘余應(yīng)變作為初始條件，分別計(jì)算出鐵素體分?jǐn)?shù)、珠光體分?jǐn)?shù)和貝氏體分?jǐn)?shù)，其具體流程如下首先計(jì)算相平衡溫度Ae3及相變開(kāi)始溫度，再計(jì)算Avrami方程X＝1-exp(-ktn)中的參數(shù)k，接下來(lái)計(jì)算各個(gè)溫度下的相變分?jǐn)?shù)和奧氏體碳濃度，最后利用Scheil法則計(jì)算出最大相變分?jǐn)?shù)，再判斷結(jié)束標(biāo)志奧氏體碳濃度Cau大于Fe-C相圖濃度CAcm，結(jié)果為否定時(shí)返回相變分?jǐn)?shù)和奧氏體碳濃度的計(jì)算；結(jié)果為肯定時(shí)相變結(jié)束，再利用修正后的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算出鐵素體分?jǐn)?shù)、珠光體分?jǐn)?shù)和貝氏體分?jǐn)?shù)及鐵素體晶粒尺寸；所述力學(xué)性能模塊以冷卻相變模塊給出的鐵素體分?jǐn)?shù)、珠光體分?jǐn)?shù)、貝氏體分?jǐn)?shù)和鐵素體晶粒尺寸作為初始條件，利用修正后的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?資料或文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒉荒軠?zhǔn)確地計(jì)算出帶鋼的力學(xué)性能，必須根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況進(jìn)行修正)計(jì)算出最終帶鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率，再將數(shù)據(jù)送至后處理模塊；所述后處理的功能是顯示輸出計(jì)算結(jié)果，采用表格、曲線、動(dòng)畫(huà)等多種方式對(duì)加熱、粗軋、精軋、冷卻、力學(xué)性能五個(gè)部分的結(jié)果進(jìn)行輸出，還包括一智能報(bào)告(包括普通文本報(bào)告和Excel報(bào)告)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.能預(yù)測(cè)產(chǎn)品最終性能。本發(fā)明具有分段多點(diǎn)預(yù)測(cè)的功能，借助模擬手段，能動(dòng)態(tài)地模擬熱軋過(guò)程帶鋼組織和性能的變化過(guò)程，從而預(yù)測(cè)產(chǎn)品最終性能，與現(xiàn)有技術(shù)中只能測(cè)試鋼坯頭、尾部組織和性能相比，本發(fā)明可測(cè)試鋼坯各個(gè)位置的組織性能，且計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠；本發(fā)明所提供的智能報(bào)告對(duì)結(jié)果的分析有助于工作人員改進(jìn)生產(chǎn)的工藝條件，提高產(chǎn)品性能；另外，本發(fā)明輸出的數(shù)據(jù)大量、詳實(shí)，有空間數(shù)據(jù)、道次數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)，輸出形式多樣有表格、曲線、動(dòng)畫(huà)，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)無(wú)論是分析工藝制度還是進(jìn)行理論研究都很有幫助。
2.操作方便，省時(shí)、省力。采用本發(fā)明方法使現(xiàn)場(chǎng)工作人員無(wú)論是開(kāi)發(fā)新鋼種還是進(jìn)行合金設(shè)計(jì)的工作都變得更容易；本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)庫(kù)中具有大量的生產(chǎn)工藝參數(shù)，使用方便，操作簡(jiǎn)捷；進(jìn)一步，本發(fā)明的界面友好，輸入、輸出均與生產(chǎn)過(guò)程保持一致，易于操作。
3.便于維護(hù)、開(kāi)發(fā)。本發(fā)明界面部分采用Visual Basic編寫(xiě)，核心計(jì)算部分采用Visual C++編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算和結(jié)果輸出的分離，便于程序的調(diào)試、升級(jí)、維護(hù)和移植。


圖1為本發(fā)明整體框圖。
圖2為圖1中前處理模塊流程圖。
圖3為圖1中加熱模塊流程圖。
圖4為圖1中軋制模塊流程圖。
圖5為圖1中冷卻相變模塊流程圖。
圖6為圖1中力學(xué)性能模塊后處理結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1如圖1所示，本發(fā)明以普碳鋼為研究對(duì)象，建立了系統(tǒng)的物理冶金模型，其技術(shù)方案是由前處理模塊、加熱模塊、軋制模塊、冷卻相變模塊、力學(xué)性能模塊和后處理六個(gè)模塊組成，前處理模塊的功能是從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取熱軋過(guò)程所需的工藝參數(shù)，為后續(xù)流程提供初始條件；所述加熱模塊、軋制模塊、冷卻相變模塊及力學(xué)性能模塊是完成對(duì)熱軋過(guò)程各個(gè)冶金物理量動(dòng)態(tài)的模擬，預(yù)測(cè)出帶鋼最終的組織性能；所述后處理模塊的功能是完成熱軋過(guò)程模擬結(jié)果的顯示輸出；具體如下如圖2所示，所述前處理模塊具體流程為首先從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取生產(chǎn)工藝參數(shù)，如鋼種為Q235B、化學(xué)成分(C＝0.143，Mn＝0.44，Si＝0.171，P＝0.015，S＝0.017)、鋼坯規(guī)格為230mm×9000mm和產(chǎn)品規(guī)格為9.75mm、生產(chǎn)工藝設(shè)定的參數(shù)(包括粗軋輥半徑1163.5mm、精軋輥半徑793.5mm、粗軋道次數(shù)為7、冷卻方式為前端冷卻以及加熱爐出爐溫度1230℃、粗軋出口溫度1120℃、終軋溫度850℃、卷曲溫度600℃)，在確認(rèn)前輸入分段數(shù)15，確認(rèn)后顯示輸入?yún)?shù)匯總結(jié)果，再檢查輸入?yún)?shù)是否正確，如有錯(cuò)誤則可返回讀取生產(chǎn)工藝參數(shù)，如輸入無(wú)誤則按段轉(zhuǎn)入加熱模塊；如圖3所示，所述加熱模塊的功能是利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出完全奧氏體化后晶粒長(zhǎng)大的尺寸，具體流程為先從前處理模塊所選擇的參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)加熱曲線確定最終加熱爐溫度為1230℃；然后利用具體經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)合通過(guò)試驗(yàn)確定的鋼坯的初始晶粒度，計(jì)算出奧氏體晶粒尺寸，將其作為軋制模塊的初始條件；所述加熱模塊的物理冶金過(guò)程為Q235B板坯在軋制之前通常要加熱到1200℃以上并保溫3小時(shí)以上，在加熱到共析溫度(約727℃)時(shí)，材料發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，這個(gè)過(guò)程被稱作奧氏體化過(guò)程，此過(guò)程對(duì)加熱制度的制定有重要影響。一般將此過(guò)程分成兩部分，一是珠光體的溶解，一是鐵素體的相變，第一步在高于共析溫度時(shí)發(fā)生，鐵素體中滲碳體溶解，由于滲碳體片層間距離較短，這個(gè)過(guò)程進(jìn)行較快；第二個(gè)過(guò)程可在727～856℃溫度范圍內(nèi)發(fā)生，且受到共析轉(zhuǎn)變線的限制，這個(gè)過(guò)程發(fā)生碳從富碳的奧氏體向先共析鐵素體擴(kuò)散，是擴(kuò)散型的相變過(guò)程。奧氏體化過(guò)程結(jié)束之后，材料處于約900℃以上的高溫區(qū)，奧氏體發(fā)生晶粒長(zhǎng)大。等溫情況下，描述晶粒長(zhǎng)大的經(jīng)驗(yàn)公式為Dn=k1exp(-QappRT)t+D0n]]>其中D0為時(shí)間t＝0時(shí)即沒(méi)加熱時(shí)由實(shí)驗(yàn)確定的初始晶粒尺寸，n是晶粒長(zhǎng)大指數(shù)，k1為常數(shù)，Qapp為晶粒長(zhǎng)大的激活能，本施實(shí)例通過(guò)Gleeble 1500熱模擬實(shí)驗(yàn)，確定普碳鋼的晶粒長(zhǎng)大過(guò)程Qapp＝190kJ/mol，k1＝4.3×109，n＝2.6，D0＝50um，t＝7200s，則D＝303um。
如圖4所示，所述軋制模塊包括粗軋和精軋兩步，在軋制過(guò)程中發(fā)生再結(jié)晶，使晶粒細(xì)化，當(dāng)前道次計(jì)算結(jié)果作為下一道次計(jì)算的初始條件(粗軋第一道次取加熱模塊計(jì)算出的奧氏體晶粒尺寸作為初始晶粒尺寸)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定的粗軋道次數(shù)進(jìn)行軋制，粗軋最后一道次的計(jì)算結(jié)果作為精軋第一道次的初始條件，精軋過(guò)程與粗軋過(guò)程相同，每道次具體流程如下首先計(jì)算出本道次的溫度(包括空冷引起的溫度差、水冷引起的溫度差、摩擦熱引起的溫度差、變形熱引起的溫差、接觸熱引起的溫差)應(yīng)變?chǔ)藕蜌堄鄳?yīng)變，利用上道次計(jì)算的晶粒尺寸計(jì)算出臨界應(yīng)變ϵc=5.6×10-4·D00.3·Z0.17]]>，其中Z=ϵ··exp(300000./8.31T)]]>，并與當(dāng)前道次計(jì)算出的應(yīng)變?chǔ)胚M(jìn)行比較，若ε＞εc則發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，若ε＜＝εc則發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶；當(dāng)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)，利用動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型xv=1-exp(-0.693(tt0.5)1.5)]]>給出再結(jié)晶分?jǐn)?shù)Xv，并判斷是否Xv＞0.95，若＞0.95，則發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，此時(shí)還要判斷道次時(shí)間t是大于1秒還是小于等于1秒，據(jù)此來(lái)選擇晶粒尺寸的計(jì)算公式；當(dāng)Xv＜＝0.95時(shí)，則未發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，再根據(jù)未發(fā)生完全再結(jié)晶的模型d0i+1=drexix4/3+d0i(1-xi)2]]>直接計(jì)算出奧氏體晶粒尺寸；當(dāng)發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶并且道次時(shí)間t＞1秒時(shí)的再結(jié)晶粒尺寸為d7=dMRX7+8.2×1025(tip-2.65t0.5)exp(-4000008.31T)]]>，當(dāng)?shù)来螘r(shí)間t＜＝1秒時(shí)的再結(jié)晶粒尺寸為d2=dMRX2+1.2×107(tip-2.65t0.5)exp(-1130008.31T)]]>，其中dMRX＝2.6×104·Z-0.23為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶完成后晶粒尺寸(μm)；當(dāng)發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶時(shí)，在利用靜態(tài)再結(jié)晶模型xv=1-exp(-0.693(tt0.5))]]>計(jì)算出再結(jié)晶分?jǐn)?shù)Xv，并判斷Xv是否＞0.95，若＞0.95，則發(fā)生完全靜態(tài)再結(jié)晶，此時(shí)還要判斷道次時(shí)間t是大于1秒還是小于等于1秒，據(jù)此來(lái)選擇晶粒尺寸的計(jì)算公式；若Xv＜＝0.95，則未發(fā)生完全靜態(tài)再結(jié)晶，然后根據(jù)未發(fā)生完全再結(jié)晶的模型d0i+1=drexix4/3+d0i(1-xi)2]]>直接計(jì)算出奧氏體晶粒尺寸；當(dāng)發(fā)生完全靜態(tài)再結(jié)晶并且道次時(shí)間t＞1秒時(shí)的再結(jié)晶粒尺寸為d7=dSRX7+1.5×1027(tip-4.32t0.5)exp(-4000008.31T)]]>，當(dāng)?shù)来螘r(shí)間t＜＝1秒時(shí)的再結(jié)晶粒尺寸為d2=dSRX2+4.0×107(tip-4.32t0.5)exp(-1130008.31T)]]>，其中dSRX=343ϵ-0.5d00.4exp(-450008.31T)]]>為靜態(tài)再結(jié)晶完成后晶粒尺寸(μm)；本實(shí)施例粗軋第七道次晶粒尺寸的模擬結(jié)果為75.17um，再結(jié)晶分?jǐn)?shù)的模擬結(jié)果為100％，精軋第七道次晶粒尺寸的模擬結(jié)果為13.85um，再結(jié)晶分?jǐn)?shù)的模擬結(jié)果為19.47％；如圖5所示，所述冷卻相變模塊以軋制模塊給出的奧氏體晶粒度和殘余應(yīng)變作為初始條件，分別計(jì)算出鐵素體分?jǐn)?shù)、珠光體分?jǐn)?shù)和貝氏體分?jǐn)?shù)，其具體流程如下首先計(jì)算相平衡溫度Ae3及相變開(kāi)始溫度，再計(jì)算Avrami方程X＝1-exp(-ktn)中的參數(shù)k，接下來(lái)計(jì)算各個(gè)溫度下的相變分?jǐn)?shù)和奧氏體碳濃度，最后利用Scheil法則計(jì)算出最大相變分?jǐn)?shù)，再判斷結(jié)束標(biāo)志奧氏體碳濃度Cau大于Fe-C相圖濃度CAcm，結(jié)果為否定時(shí)返回相變分?jǐn)?shù)和奧氏體碳濃度的計(jì)算；結(jié)果為肯定時(shí)相變結(jié)束，得到鐵素體分?jǐn)?shù)、珠光體分?jǐn)?shù)和貝氏體分?jǐn)?shù)，再利用修正后的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算出鐵素體晶粒尺寸；其公式X＝1-exp(-ktn)中，X為相變分?jǐn)?shù)，t為時(shí)間，k和n為相變參數(shù)，鋼種為Q235B的普碳鋼冷卻過(guò)程中，奧氏體分解成鐵素體和珠光體，奧氏體的相變過(guò)程采用位置飽和模型，n值為常數(shù)，而k值則是溫度的函數(shù)，為了正確地描述溫度與k的關(guān)系，需要慎重選擇k＝f(T)的形式。本實(shí)施例采用修正的Gauss函數(shù)表示k=P(1)·exp[-T-P(2)P(3)]P(4)]]>
其中，P(1)、P(2)、P(3)、P(4)為相變參數(shù)，與奧氏體的晶粒尺寸和化學(xué)成分有關(guān)，詳見(jiàn)表1表1相變參數(shù)與化學(xué)成分(wt％)和奧氏體晶粒尺寸(μm)的關(guān)系 相變開(kāi)始溫度各個(gè)相轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度可由熱力學(xué)計(jì)算或者試驗(yàn)確定，當(dāng)溫度降到平衡溫度Ae3時(shí)，鐵素體相變開(kāi)始，Ae3由熱力學(xué)參數(shù)在平衡條件下計(jì)算得到，奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體是由碳的體積擴(kuò)散控制的相變過(guò)程，隨著鐵素體轉(zhuǎn)變的進(jìn)行，奧氏體中碳的濃度不斷增加，奧氏體中碳濃度可由下式計(jì)算Cγ=C0-Xα·Cα1-Xα]]>，其中Xα為轉(zhuǎn)變的鐵素體的分?jǐn)?shù)，C0為初始碳濃度。對(duì)于Q235B鋼，Ae3、Ae1采用下式計(jì)算Ae3＝904.8-374.2C+195.4C2；Ae1＝727。鐵素體分?jǐn)?shù)受到平衡條件的限制一定溫度下最大的轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)根據(jù)杠桿定律求出。平衡鐵素體分?jǐn)?shù)Xαe=0.8-C%0.8-0.02]]>，平衡珠光體分?jǐn)?shù)XPe=C%-0.020.8-0.02]]>。珠光體相變的開(kāi)始溫度的確定方法為在平衡相圖上，當(dāng)奧氏體中碳濃度達(dá)到外推Acm線時(shí)，認(rèn)為珠光體轉(zhuǎn)變開(kāi)始。殘余應(yīng)變對(duì)奧氏體轉(zhuǎn)變的影響定義有效奧氏體晶粒度dγeff=dγ1+0.5ϵ]]>，式中，ε為殘余應(yīng)變，ε＝ε′(1-x)，ε′為再結(jié)晶過(guò)程中的應(yīng)變，x為奧氏體再結(jié)晶份數(shù)。所以，考慮殘余應(yīng)力的影響時(shí)，將表1中的dγ用 代替。
鐵素體的晶粒尺寸dα0＝(β0+β1·Ceq)+(β2+β3·Ceq)·q-0.5+β4(1-exp(β5dy)其中，dγ奧氏體的晶粒尺寸(μm)，q冷卻速率(℃/s)，CeqC+Mn/6.。上式各系數(shù)值如下表2所示表2 鐵素體晶粒尺寸計(jì)算模型中各參數(shù)Ceq＜0.35 Ceq＞0.35β0＝-0.4β0＝22.6β1＝6.37β1＝-57.0β2＝24.2β2＝3β3＝-59 β3＝0β4＝22.0β4＝22.0β5＝-0.015 β5＝-0.015如果考慮殘余應(yīng)變的影響，則鐵素體的晶粒尺寸為dα=dα0(1-0.45ϵγ)]]>所述力學(xué)性能模塊以冷卻相變模塊給出的鐵素體分?jǐn)?shù)、珠光體分?jǐn)?shù)、貝氏體分?jǐn)?shù)和鐵素體晶粒尺寸作為初始條件，利用修正后的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?資料或文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒉荒軠?zhǔn)確地計(jì)算出帶鋼的力學(xué)性能，必須根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況進(jìn)行修正)計(jì)算出最終帶鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率，再將數(shù)據(jù)送至后處理模塊；屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及延伸率是衡量普碳鋼力學(xué)性能的三個(gè)基本指標(biāo)抗拉強(qiáng)度計(jì)算模型為T(mén)b=200.0+60.0·Vf+118.0·(VP+Vb)+19.9·pow(df/1000.0-0.5)=449Mpa]]>；屈服強(qiáng)度計(jì)算模型為T(mén)S=97.0+64.9·Vf+15.1·(VP+Vb)+17.25·pow(df/1000.0-0.5)=306Mpa]]>；延伸率計(jì)算模型為δ=11.0+3.0·Vf+1.53·(VP+Vb)-0.03·Vb+1.8·pow(df/1000.0-0.5)=29.7%;]]>其中，Vf＝80.3％w為鐵素體分?jǐn)?shù)，VP＝13.0％為珠光體分?jǐn)?shù)，Vb＝6.7％為貝氏體分?jǐn)?shù)，df＝12.5um為鐵素體晶粒尺寸。
所述后處理的功能是顯示輸出計(jì)算結(jié)果，采用表格、曲線、動(dòng)畫(huà)等多種方式對(duì)加熱、粗軋、精軋、冷卻、力學(xué)性能五個(gè)部分的結(jié)果進(jìn)行輸出，還包括一智能報(bào)告(包括普通文本報(bào)告和Excel報(bào)告)，各模塊輸出的具體內(nèi)容如下1)加熱模塊輸出包括晶粒度-溫度-時(shí)間曲線和晶粒長(zhǎng)大的模擬動(dòng)畫(huà)顯示；2)軋制模塊(粗軋模塊和精軋模塊)輸出內(nèi)容為a)表格數(shù)據(jù)，包括各個(gè)段的各個(gè)道次的溫度、晶粒尺寸、在結(jié)晶分?jǐn)?shù)、應(yīng)變、應(yīng)變速率、臨界應(yīng)變、殘余應(yīng)變及空冷引起的溫差、水冷引起的溫差、摩擦熱引起的溫差、接觸熱引起的溫差、變形熱引起的溫差、和再結(jié)晶50％的時(shí)間，及生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，包括各道次的軋制力和軋制時(shí)間；b)道次數(shù)據(jù)，包括各個(gè)位置段的溫度、晶粒尺寸、再結(jié)晶分?jǐn)?shù)隨道次變化的曲線；c)時(shí)間數(shù)據(jù)，各個(gè)位置段的晶粒尺寸、再結(jié)晶分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化的曲線；d)空間數(shù)據(jù)，在各個(gè)道次不同位置段的溫度、晶粒尺寸、再結(jié)晶分?jǐn)?shù)的變化曲線；3)冷卻相變模塊輸出內(nèi)容為a)冷卻曲線；b)各個(gè)段的相變分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線和動(dòng)畫(huà)；c)卷取之后的鐵素體晶粒尺寸曲線；4)力學(xué)性能模塊輸出內(nèi)容有兩方面a)抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率的曲線；b)性能指標(biāo)的合理性檢查，本發(fā)明采用打靶的形式很直觀的反映出軋制后鋼板的性能落在那個(gè)范圍之內(nèi)，參見(jiàn)圖6；5)智能報(bào)告的輸出內(nèi)容有兩個(gè)方面，a)輸入?yún)?shù)，即在前處理模塊輸入的生產(chǎn)工藝參數(shù)；b)性能分析，第15段即“尾部”的結(jié)果，包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、粗/精軋各個(gè)道次的晶粒尺寸、再結(jié)晶分?jǐn)?shù)，以及鐵素體晶粒尺寸、鐵素體分?jǐn)?shù)、珠光體分?jǐn)?shù)、貝氏體分?jǐn)?shù)；此后智能的分析出性能的指標(biāo)是否合格以及造成這種性能的工藝制度的原因，及系統(tǒng)時(shí)間和簽名。智能報(bào)告按文本形式和Excel形式兩種形式輸出，在內(nèi)容上是完全一致的。
本實(shí)施例輸入、輸出結(jié)果均與現(xiàn)有技術(shù)中鞍鋼1780熱軋生產(chǎn)線的輸入、輸出(人工測(cè)量)結(jié)果一致，證明了本發(fā)明能預(yù)測(cè)產(chǎn)品最終性能，省時(shí)、省力、準(zhǔn)確、高效。
權(quán)利要求
1.一種熱軋過(guò)程帶鋼組織演變與性能預(yù)測(cè)的方法，其特征在于由前處理模塊、加熱模塊、軋制模塊、冷卻相變模塊、力學(xué)性能模塊和后處理六個(gè)模塊組成，前處理模塊的功能是從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取熱軋過(guò)程所需的工藝參數(shù)，為后續(xù)流程提供初始條件；所述加熱模塊、軋制模塊、冷卻相變模塊及力學(xué)性能模塊是完成對(duì)熱軋過(guò)程各個(gè)冶金物理量動(dòng)態(tài)的模擬，預(yù)測(cè)出帶鋼最終的組織性能；所述后處理模塊的功能是完成熱軋過(guò)程模擬結(jié)果的顯示輸出；所述前處理模塊具體流程為首先從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取生產(chǎn)工藝參數(shù)，包括鋼種及化學(xué)成分、鋼坯規(guī)格和產(chǎn)品規(guī)格、生產(chǎn)工藝設(shè)定的參數(shù)，在確認(rèn)前輸入分段數(shù)，確認(rèn)后顯示輸入?yún)?shù)匯總結(jié)果，再檢查輸入?yún)?shù)是否正確，如有錯(cuò)誤則可返回重新讀取生產(chǎn)工藝參數(shù)，如輸入無(wú)誤則按段轉(zhuǎn)入加熱模塊；所述加熱模塊的功能是利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出完全奧氏體化后晶粒長(zhǎng)大的尺寸，具體流程為先從前處理模塊所選擇的參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)加熱曲線確定最終加熱爐溫度；然后利用具體經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)合鋼坯的初始晶粒度，計(jì)算出奧氏體晶粒尺寸，將其作為軋制模塊的初始條件；所述軋制模塊包括粗軋和精軋兩步，在軋制過(guò)程中發(fā)生再結(jié)晶，使晶粒細(xì)化，當(dāng)前道次計(jì)算結(jié)果作為下一道次計(jì)算的初始條件，其中粗軋第一道次取加熱模塊計(jì)算出的奧氏體晶粒尺寸作為初始晶粒尺寸，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定的粗軋道次數(shù)進(jìn)行軋制，粗軋最后一道次的計(jì)算結(jié)果作為精軋第一道次的初始條件，精軋過(guò)程與粗軋過(guò)程相同，每道次具體流程如下首先計(jì)算出本道次的溫度、應(yīng)變?chǔ)藕蜌堄鄳?yīng)變，利用上道次計(jì)算的晶粒尺寸計(jì)算出臨界應(yīng)變?chǔ)與，并與當(dāng)前道次計(jì)算出的應(yīng)變?chǔ)胚M(jìn)行比較，若ε＞εc則發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，若ε＜＝εc則發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶；所述冷卻相變模塊以軋制模塊給出的奧氏體晶粒度和殘余應(yīng)變作為初始條件，分別計(jì)算出鐵素體分?jǐn)?shù)、珠光體分?jǐn)?shù)和貝氏體分?jǐn)?shù)，其具體流程如下首先計(jì)算相平衡溫度Ae3及相變開(kāi)始溫度，再計(jì)算Avrami方程中的參數(shù)k，接下來(lái)計(jì)算各個(gè)溫度下的相變分?jǐn)?shù)和奧氏體碳濃度，最后利用Scheil法則計(jì)算出最大相變分?jǐn)?shù)，再判斷結(jié)束標(biāo)志奧氏體碳濃度Cau大于Fe-C相圖濃度CAcm，結(jié)果為否定時(shí)返回相變分?jǐn)?shù)和奧氏體碳濃度的計(jì)算；結(jié)果為肯定時(shí)相變結(jié)束，再利用修正后的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算出鐵素體分?jǐn)?shù)、珠光體分?jǐn)?shù)和貝氏體分?jǐn)?shù)及鐵素體晶粒尺寸；所述力學(xué)性能模塊以冷卻相變模塊給出的鐵素體分?jǐn)?shù)、珠光體分?jǐn)?shù)、貝氏體分?jǐn)?shù)和鐵素體晶粒尺寸作為初始條件，利用修正后的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算出最終帶鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率，再將數(shù)據(jù)送至后處理模塊；所述后處理的功能是顯示輸出計(jì)算結(jié)果，采用表格、曲線、動(dòng)畫(huà)等多種方式對(duì)加熱、粗軋、精軋、冷卻、力學(xué)性能五個(gè)部分的結(jié)果進(jìn)行輸出。
2.按照權(quán)利要求1所述熱軋過(guò)程帶鋼組織演變與性能預(yù)測(cè)的方法，其特征在于當(dāng)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)，利用動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型給出再結(jié)晶分?jǐn)?shù)Xv，并判斷是否Xv＞0.95，若＞0.95，則發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，此時(shí)還要判斷道次時(shí)間t是大于1秒還是小于等于1秒，據(jù)此來(lái)選擇晶粒尺寸的計(jì)算公式；當(dāng)Xv＜＝0.95時(shí)，則未發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，再根據(jù)未發(fā)生完全再結(jié)晶的模型直接計(jì)算出奧氏體晶粒尺寸。
3.按照權(quán)利要求1所述熱軋過(guò)程帶鋼組織演變與性能預(yù)測(cè)的方法，其特征在于當(dāng)發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶時(shí)，在利用靜態(tài)再結(jié)晶模型計(jì)算出再結(jié)晶分?jǐn)?shù)Xv，并判斷Xv是否＞0.95，若＞0.95，則發(fā)生完全靜態(tài)再結(jié)晶，此時(shí)還要判斷道次時(shí)間t是大于1秒還是小于等于1秒，據(jù)此來(lái)選擇晶粒尺寸的計(jì)算公式；若Xv＜＝0.95，則未發(fā)生完全靜態(tài)再結(jié)晶，然后根據(jù)未發(fā)生完全再結(jié)晶的模型直接計(jì)算出奧氏體晶粒尺寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶鋼軋制技術(shù)，具體地說(shuō)是一種熱軋過(guò)程帶鋼組織演變與性能預(yù)測(cè)的方法。它由前處理模塊、加熱模塊、軋制模塊、冷卻相變模塊、力學(xué)性能模塊和后處理六個(gè)模塊組成，前處理模塊的功能是從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取熱軋過(guò)程所需的工藝參數(shù)，為后續(xù)流程提供初始條件；所述加熱模塊、軋制模塊、冷卻相變模塊及力學(xué)性能模塊是完成對(duì)熱軋過(guò)程各個(gè)冶金物理量動(dòng)態(tài)的模擬，預(yù)測(cè)出帶鋼最終的組織性能；所述后處理模塊的功能是完成熱軋過(guò)程模擬結(jié)果的顯示輸出。本發(fā)明能預(yù)測(cè)產(chǎn)品最終性能，省時(shí)、省力、準(zhǔn)確、高效。
文檔編號(hào)B21B37/00GK1431060SQ0210902
公開(kāi)日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2002年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月11日
發(fā)明者王利明, 莫春立, 蘭勇軍, 張玉妥, 李殿中, 李依依 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所