一種改善鐵素體不銹鋼板帶組織性能的冷軋方法及其分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于冷乳工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種改善鐵素體不銹鋼板帶組織 性能的冷乳方法及其分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 冷乳是采用熱乳鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進(jìn)行冷連乳，其成品為乳硬卷， 由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬化使乳硬卷的強(qiáng)度、硬度上升、韌塑指標(biāo)下降，因此沖壓性能 將惡化，只能用于簡單變形的零件。冷乳生產(chǎn)的工序一般包括原料準(zhǔn)備、酸洗、乳制、脫脂、 退火(熱處理）、精整等。冷乳以熱乳產(chǎn)品為原料，冷乳前原料要先除磷，以保證冷乳產(chǎn)品的 表面潔凈;乳制是使材料變形的主要工序;脫脂的目的在于去除乳制時附在乳材上的潤滑 油脂，以免退火時污染鋼材表面，對不銹鋼也為防止增碳;退火包括中間退火和成品熱處 理，中間退火是通過再結(jié)晶消除冷變形時產(chǎn)生的加工硬化，以恢復(fù)材料的塑性及降低金屬 的變形抗力；成品熱處理的目的除了通過再結(jié)晶消除硬化外;還在于根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求 以獲得所需要的組織(如各種織構(gòu)等)和產(chǎn)品性能(如深沖、電磁性能等）；精整包括檢查、剪 切、矯直(平整）、打印、分類包裝等內(nèi)容。
[0003] 冷乳工藝包括可逆式冷乳和連續(xù)式冷乳，可逆式冷乳受到板坯長度的限制和頭尾 損耗的影響，乳機(jī)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的成材率較低;連續(xù)式冷乳雖然可實(shí)現(xiàn)無頭乳制，有利 于提高乳機(jī)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的成材率，但依然存在難以提高退火板帶組織性能的問題。
[0004] 中國專利申請?zhí)?01310064782.0，公開日2014年9月3日的專利申請文件，公開了 一種鐵素體不銹鋼冷乳帶鋼生產(chǎn)方法，采用常規(guī)退火酸洗熱乳不銹鋼帶鋼為原料，用單機(jī) 架往復(fù)乳制或多機(jī)架串列式乳機(jī)無頭連續(xù)乳制或多輥可逆式乳機(jī)乳制，乳制過程輥縫處噴 射乳化液或乳制油進(jìn)行潤滑乳制，乳機(jī)工作輥表面為個別道次、個別機(jī)架或全部道次、全部 機(jī)架采用表面鍍鉻工藝的鍍鉻工作輥。該發(fā)明不僅提高乳制過程中乳輥的耐磨性保證乳制 過程的穩(wěn)定性，減少乳制過程乳件打滑現(xiàn)象，減少了由于乳制過程中由于打滑造成的斷帶 事故和其他設(shè)備事故，改善和提高鐵素體不銹鋼乳硬態(tài)表面質(zhì)量，更是極大地提高了不銹 鋼冷乳換輥后的乳制公里數(shù)，減少了換輥次數(shù)，降低了乳輥的噸鋼消耗和綜合生產(chǎn)成本。
[0005] 中國專利申請?zhí)?01410281788.8,公開日2014年9月3日的專利申請文件，公開了 一種改善鐵素體不銹鋼表面起皺的冷乳方法。發(fā)明涉及的鐵素體不銹鋼為加入穩(wěn)定化元素 Nb和Ti的含Cr量16%左右，C+N含量< 0.02%的中鉻鐵素體不銹鋼。所述不銹鋼板材的制造 方法包括如下步驟:1)冶煉、澆鑄成坯;2)對鑄坯進(jìn)行熱乳退火，并酸洗;3)冷乳及再結(jié)晶退 火。其特征在于:在冷乳過程中，采用熱乳退火板乳面上與熱乳方向垂直的方向（即熱乳退 火板橫向）作為冷乳方向，進(jìn)行多道次乳制。該發(fā)明制造的鐵素體不銹鋼冷乳退火板材的拉 伸試樣表面皺折形貌明顯減輕，其深沖制件表面沒有出現(xiàn)皺折。
[0006] 但上述兩份專利申請公開的技術(shù)方案均未能解決現(xiàn)有鐵素體不銹鋼退火板帶組 織性能較差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 1、要解決的問題
[0008] 針對現(xiàn)有冷乳鐵素體不銹鋼板帶組織性能不高的問題，本發(fā)明提供一種改善鐵素 體不銹鋼板帶組織性能的冷乳方法及其分析方法，經(jīng)過對冷乳工藝的改進(jìn)，改善了鐵素體 不銹鋼板帶的組織性能，獲得了具有優(yōu)良成形性的冷乳鐵素體不銹鋼板帶。
[0009] 2、技術(shù)方案
[0010] 為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
[0011] -種改善鐵素體不銹鋼板帶組織性能的冷乳方法的分析方法，包括以下步驟：
[0012] 1)采用圓柱體單軸壓縮實(shí)驗(yàn)獲取應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并采集待冷乳鐵素體不銹鋼在 室溫至300°C溫度范圍內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)；
[0013] 2)根據(jù)步驟1)中采集獲得的溫度、應(yīng)力以及應(yīng)變數(shù)據(jù)確定鐵素體不銹鋼的變形抗 力模型，具體步驟為：
[0014] a)將步驟1)中采集的溫度、應(yīng)力以及應(yīng)變數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫；
[0015] b)根據(jù)式（1)所示數(shù)學(xué)模型采用Matlab軟件開發(fā)程序回歸獲得待定參數(shù)，進(jìn)而確 定鐵素體不銹鋼的變形抗力模型；
[0017] 式中，是鐵素體不銹鋼室溫下的屈服應(yīng)力，單位為MPa; T是變形溫度，單位為°〇； ε是真應(yīng)變;a、b、c、d、e是待定參數(shù)；
[0018] 3)對鐵素體不銹鋼板帶的冷乳過程進(jìn)行數(shù)值仿真分析;具體步驟為：
[0019] a)以有限元分析軟件MARC為平臺，基于二維彈塑性有限元法構(gòu)建冷乳過程的數(shù)學(xué) 分析模型；
[0020] b)把步驟2)中確定的鐵素體不銹鋼的變形抗力模型采用Fortran語言編輯并耦合 到本步驟a)中構(gòu)建的數(shù)學(xué)分析模型中；
[0021] c)檢測待冷乳鐵素體不銹鋼的彈性模量、密度、泊松比、比熱等熱物性參數(shù)，輸入 到本步驟a)中構(gòu)建的數(shù)學(xué)分析模型中；
[0022] d)輸入板坯厚度、乳輥直徑、旋轉(zhuǎn)速度和不同道次的壓下率、摩擦系數(shù)、前后張力， 進(jìn)行五連乳過程的有限元模型構(gòu)建和數(shù)值仿真分析；
[0023] 4)通過步驟3)中數(shù)值仿真分析獲得成品板帶縱向斷面有效節(jié)點(diǎn)的剪切應(yīng)變與剪 切應(yīng)力與時間的變化關(guān)系，通過式(2)、（3)計算剪切應(yīng)變能；
[0026]式中，uil2、〇il2、eil2分別是第i個節(jié)點(diǎn)的剪切應(yīng)變能、剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變;U 12是η 個有效節(jié)點(diǎn)的剪切應(yīng)變能絕對值之和；
[0027] 5)驟4)中U12最大時不同道次壓下率的分配值為改善鐵素體不銹鋼板帶組織性能 的冷乳工藝各道次最佳壓下率。
[0028] 優(yōu)選地，所述的步驟1)中圓柱體單軸壓縮實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變速率在0.01~0 . Ι?Γ1范圍內(nèi) 取一個值。
[0029]優(yōu)選地，所述的圓柱體單軸壓縮實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括熱力模擬試驗(yàn)機(jī)，所述的熱力模擬 試驗(yàn)機(jī)所用錘頭為鎳基高溫合金。
[0030] 優(yōu)選地，所述的步驟3)中不同道次壓下率的分配值以總壓下率一定、冷乳過程一 道次便于咬入和末道次利于板形控制為原則確定。
[0031] 優(yōu)選地，所述的總壓下率一定為板坯厚度與成品厚度一定。
[0032] 優(yōu)選地，所述的步驟3)中不同道次壓下率的分配值以總壓下率一定、冷乳過程一 道次便于咬入，二道次壓下率最高，隨后逐漸減少，末道次利于板形控制為原則確定。
[0033]優(yōu)選地，所述的步驟3)中不同道次壓下率的分配值以總壓下率為70~85%、冷乳 過程一道次壓下率為20%，二道次壓下率最高，隨后逐漸減少，末道次壓下率15%為原則確 定。
[0034] -種改善鐵素體不銹鋼板帶組織性能的冷乳方法，包括五道次乳制步驟，所述的 五道次的壓下率的分配值為:一道次壓下率為20%，五道次壓下率為15%，二至四道次壓下 率之比為7:5:4。
[0035] 優(yōu)選地，所述的五道次的壓下率的分配值根據(jù)上述一種改善鐵素體不銹鋼板帶組 織性能的冷乳方法的分析方法確定。
[0036] 3、有益效果
[0037]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0038] (1)本發(fā)明的分析方法可以有效判斷連續(xù)冷乳工藝在何種參數(shù)下能夠提高鐵素體 不銹鋼板帶的組織性能，通過獲取能夠提高鐵素體不銹鋼板帶組織性能的關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)用 于實(shí)際生產(chǎn)之中，以制造出具有優(yōu)良組織性能的鐵素體不銹鋼板帶；
[0039] (2)本發(fā)明的分析方法考慮到鐵素體不銹鋼在室溫至300°C溫度范圍內(nèi)沒有發(fā)生 動態(tài)再結(jié)晶，實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變速率可在0.01~〇. K1較小的數(shù)值范圍內(nèi)選取，以提高測試精度；
[0040] (3)本發(fā)明的分析方法中熱力模擬試驗(yàn)機(jī)所用錘頭為鎳基高溫合金，可以有效防 止熱力模擬試驗(yàn)機(jī)所用錘頭發(fā)生破壞；
[0041] (4)本發(fā)明的分析方法中不同道次壓下率的分配值以總壓下率一定、冷乳過程一 道次便于咬入和末道次利于板形控制為原則，以冷乳后獲得最大剪切應(yīng)變能為目的來確 定，借助基于彈塑性有限元法的數(shù)值仿真技術(shù)可以縮小工業(yè)實(shí)驗(yàn)次數(shù)，降低工業(yè)實(shí)驗(yàn)成本；
[0042] (5)本發(fā)明的分析方法中不同道次壓下率的分配值在總壓下率一定的情況下、冷 乳過程一道次便于咬入，二道次壓下率最高，隨后逐漸減少，末道次利于板形控制為原則確 定，進(jìn)一步縮小了數(shù)值仿真的工藝參數(shù)模擬次數(shù)，減少模擬時耗；
[0043] (6)本發(fā)明的冷乳工藝能夠有效生產(chǎn)出具有優(yōu)良組織性能的鐵素體不銹鋼板帶， 其抗皺能力、深沖性能、合金強(qiáng)度都得到明顯提高，在實(shí)現(xiàn)汽車用鋼輕量化、擴(kuò)展鐵素體不 銹鋼應(yīng)用領(lǐng)域上意義深遠(yuǎn)。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中待冷乳鐵素體不銹鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；
[0045] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中待冷乳鐵素體不銹鋼基于彈塑性有限元法的數(shù)值仿真模 型；
[0046] 圖3為利用本發(fā)明實(shí)施例1中分析方法獲得的參數(shù)進(jìn)行冷乳工藝后的鐵素體不銹 鋼板帶縱向斷面剪切應(yīng)變等值線圖；
[0047] 圖4為采用現(xiàn)有冷乳工藝生產(chǎn)的鐵素體不銹鋼退火板帶縱向斷面剪切應(yīng)變等值線 圖；
[0048] 圖5為利用本發(fā)明實(shí)施例1中分析方法獲得的參數(shù)進(jìn)行實(shí)際冷乳工藝后的鐵素體 不銹鋼退火板帶縱向斷面的晶粒分布；
[0049] 圖6為采用現(xiàn)有冷乳工藝生產(chǎn)的鐵素體不銹鋼退火板帶縱向斷面的晶粒分布。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。
[0051 ] 實(shí)施例1
[0052] -種改善鐵素體不銹鋼板帶組織性能的冷乳方法的