含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制的模型支持方法

2023-05-20 00:16:21

專利名稱：含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制的模型支持方法
技術領域：
本發明涉及的是厚板軋制技術，具體地說是一種含鈮鋼厚板軋制中中間 冷卻及隨後軋制的模型支持方法，屬於材料成型專業領域。
背景技術：
厚板軋制是一個非常複雜的工藝過程，生產實踐表明，軋制過程中的工 藝參數對所軋制的材料性能有著重大的影響。在控制軋制過程中，為縮短待 溫時間，在待溫過程中有時需要進行噴水冷卻。噴水冷卻縮短了待溫時間， 但加快了中間坯冷卻速度，並且中間坯表面和中間的溫差變大，在停止水冷 後表面有溫度回復過程，造成軋件表面和中間不同的溫度過程，這種變化對 成品組織性能有很大的影響。所以常常採用不同的中間冷卻工藝。在實際生 產中，控制軋制第一階段的停軋溫度和中間冷卻速度會因生產節奏的變化和 中間坯規格的變化而產生波動。對於含鈮鋼，鈮的突出作用是提高奧氏體的 再結晶溫度而使奧氏體晶粒細化，而工藝過程參數的變化將對鈮的析出行為 有很大的影響，從而影響軋制過程中組織變化和最終產品的組織性能。
目前在帶鋼軋制方面已具備較高的技術水平，比如，寶鋼在帶鋼熱連軋 機組上已成功開發和應用了控制軋制和控制冷卻技術，並開發了管線鋼、汽 車用鋼以及高爐板和大橋板等許多含鈮鋼種。而厚板軋制由於自身工藝和產 品的特點，與普通帶鋼軋制有著顯著區別，其中中間中間冷卻等工藝過程是 其突出的特徵，其總體的過程控制靈活性遠大於帶鋼生產，目前對應於厚板 軋制的中間加速冷卻等工藝過程還沒有完整的基於物理冶金原理的模型支 持，很多工作還處於基礎性研究開發階段，在實際生產上仍然以經驗和人為 判斷為主。
中國專利CN1205920A公布了在軋制和冷卻過程中控制軋件冷卻的由模 型支持的方法。該專利涉及一種用模型支持的方法，用於按照規定的冷卻曲 線在有控制地軋制和冷卻過程中冷卻熱軋帶鋼或厚鋼板，其特徵在於一種金
屬物理的過程模型，它將冷卻過程控制為，使冷卻曲線在算得的被冷卻材料 的時間/溫度轉變曲線的鼻點之間延伸，S卩，其結果是在鋼中構成一種鐵素體 /貝氏體的組織，這一組織具有事先算出的在這兩種組織成分。該專利主要對 軋後冷卻過程是用模型支撐，以控制最終的材料組織和性能，而本發明用模 型製成中間冷卻和隨後的軋制過程，兩者有本質的不同。

發明內容
本發明的目的是提供一種含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制的模型 支持方法，在軋制含鈮鋼厚板時，藉助本發明中的基於物理冶金原理的模型， 使中間冷卻後的軋制過程在未再結晶區進行，並獲得算定的累積應變量，提 高最終產品性能穩定性和軋制的生產效率。
本發明的特徵在於一種金屬物理的過程模型，它將中間冷卻及隨後的軋 制過程控制為，使中間冷卻曲線在算得的被冷卻材料的/時間/析出/再結晶曲 線圖內如此在動態析出和再結晶開始溫度之間延伸，即，其結果是使得中間 冷卻後的軋制過程在未再結晶區進行，獲得算定的累積應變量。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是當中間冷卻速度發生變 化時，由微合金元素析出計算模型支撐，確定第二階段軋制前奧氏體中固溶 鈮量，根據固溶鈮量，由奧氏體再結晶溫度計算模型支撐，確定奧氏體未再 結晶溫度，調整第二階段開始軋制溫度低於或等於未再結晶溫度，使得中間 冷卻後的軋制過程在未再結晶區進行，且軋制後的產品具有事先算定的累積 應變量。
作為本發明的一種改進，在粗軋階段終軋溫度變化時，由微合金元素析 出計算模型支撐，確定第二階段軋制前奧氏體中固溶鈮量，根據固溶鈮量， 由奧氏體再結晶溫度計算模型支撐，確定奧氏體未再結晶溫度，調整第二階 段開始軋制溫度低於或等於未再結晶溫度，使得中間冷卻後的軋制過程在未 再結晶區進行，且軋制後的產品具有事先算定的累積應變量。
作為本發明另外的改進，當粗軋階段終軋溫度變化，不改變第二階段開 始軋制溫度時，由奧氏體再結晶溫度計算模型支撐，確定奧氏體未再結晶溫 度大於第二階段開始軋制溫度所需要的固溶鈮量，再由微合金元素析出計算 模型支撐，確定保證第二階段軋制前奧氏體中固溶鈮量所需要的中間冷卻速
度，調整中間冷卻速度，使得中間冷卻後的軋制過程在未再結晶區進行，且 軋制後的產品具有事先算定的累積應變量。
所述平衡條件下微合金元素鈮固溶量的計算模型，是根據材料的化學成 分，通過固溶度積公式確定。
所述微合金元素鈮析出計算模型，是根據被冷卻材料的化學成分計算時 間-析出的關係，由析出比Xp確定，為中間冷卻停止溫度下，中間冷卻停止 時間與開始析出時間的對數之差，和析出完成時間與析出開始時間的對數之 差的比值。
所述非平衡條件下固溶鈮量計算模型，由粗軋停軋溫度和中間冷卻條件 停止溫度下平衡固溶鈮量與析出比例Xp確定，即由粗軋停軋溫度下平衡固溶 鈮量減去中間冷卻條件停止溫度下平衡固溶鈮量得出可析出鈮量的未析出量 加上中間冷卻條件停止溫度下平衡固溶鈮量。
所述固溶鈮量與奧氏體未再結晶溫度關係模型，奧氏體未再結晶溫度隨 固溶鈮量的指數比例增加。
本發明由於採用了上述的技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的 優點和積極效果
本發明提供的含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制的模型支持方法， 可用於含鈮鋼厚板軋制過程，中間冷卻及隨後軋制的依據，按此方法，可以 使中間冷卻後的軋制過程在未再結晶區進行，並獲得算定的累積應變量，提 高最終產品性能。


圖1為一個計算的被冷卻材料的時間/析出曲線圖。
圖2為一個計算的固溶鈮量與未再結晶溫度曲線圖。 圖3為本發明的流程圖。
符號說明-
TRR—第一階段停軋溫度 CR—中間冷卻速度 TICST0P—中間冷卻停止溫度 TP—析出鼻點溫度
tICSTOP—中間冷卻停止時間
tPSP—析出鼻點開始一時間
tPFP—析出鼻點完成析出時間
tPSPl —中間冷卻停止溫度下析出開始時間
tPFPl —中間冷卻停止溫度下析出完成時間
Ps —析出開始
Pf—析出完成
TNR—奧氏體未再結晶溫度
TFS —第二階段開始軋制溫度
具體實施例方式
下面藉助於附圖1至附圖3來進一步說明本發明方法。 在第一階段完成軋制後，奧氏體發生再結晶形成多邊形晶粒，由於變形 的促進作用，Nb的碳氮化物充分析出，趨近於平衡狀態。隨著溫度的降低， 由於固溶度降低，Nb具有進一步以碳氮化物析出的趨勢。在沒有變形儲能的 奧氏體晶粒連續冷卻過程中，這種析出相對緩慢。其析出量的多少取決於冷 卻速度CR(K/s)和中間冷卻停止溫度(TICSTOP)。奧氏體連續冷卻過程中析出百 分比按以下過程確定
如圖1所示，曲線Ps和Pf分別是根據材料化學成分、第一階段停軋溫 度(TRR)以及中間冷卻參數計算的時間/析出開始和完成的材料模量。將析出 曲線鼻點的開始析出時間和析出完成時間分別表示為tPSP、 t^，中間冷卻停 止溫度下析出開始時間表示為tPSP1、 tPFP1，則中間冷卻停冷溫度(對應時間表
示為t icst0p 下析出量的比例為
1n0冊)-ln(/，) 當Tk;st。p《Tp吋，中間冷卻後析出量比如下確定
a p —-
lnO群)-lnO屍s屍)
當Xp^1時，說明在中間冷卻過程中完成了析出過程，鋼中固溶Nb量停 冷溫度(當T icstop 《Tp時，取T icstop— Tp)下平衡固溶量來確定
formula see original document page 8
其中a、 b、 s分別通過"^[C] —[M"、 "0 巧，'、S=Nb/C=7.735 來確定。
當Xp《0時，說明在中間冷卻過程中尚未開始析出過程，鋼中固溶Nb 量第一階段停軋溫度下平衡固溶量來確定formula see original document page 8
其中a、 b、 s分別通過""[C]—[揚、6 = -"0(，—罾)、S=Nb/C=7.735 來確定。
當Xp》l時，取l時；當Xp《0時，取0。
0《Xp《l時，說明在中間冷卻過程中產生析出過程，中間冷卻後鋼中固 溶Nb量固溶量來確定
根據中間冷卻停止溫度，按照以上方法確定的固溶Nb量，可以在根據成 分和變形條件算得的材料特性固溶Nb量與未再結晶溫度曲線圖上(圖2)， 兩條曲線的交點，即為第二階段軋制的最高溫度。
第二階段的軋制溫度在未再結晶區溫度以下，則可保證軋後奧氏體晶粒 處於拉長狀態，保證最終的產品性能。中間冷卻速度和第一階段停軋溫度變 化，就會造成固溶Nb量變化，進而使得未再結晶溫度變化。當第一階段停軋 溫度變化後，若不改變第二階段開始軋制溫度，則可通過計算機調整中間冷 卻速度，保證足夠的固溶Nb量。若當第一階段停軋溫度和中間冷卻速度均發 生變化，則可通過計算機調整第二階段開始軋制溫度，保證最終的產品性能。
權利要求
1.一種含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制的模型支持方法，其特徵在於當中間冷卻速度發生變化時，由微合金元素析出計算模型支撐，確定第二階段軋制前奧氏體中固溶鈮量，根據固溶鈮量，由奧氏體再結晶溫度計算模型支撐，確定奧氏體未再結晶溫度，調整第二階段開始軋制溫度低於或等於未再結晶溫度，使得中間冷卻後的軋制過程在未再結晶區進行，且軋制後的產品具有事先算定的累積應變量。
2. 如權利要求1所述的含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制的模型支持方 法，其特徵在於粗軋階段終軋溫度變化時，由微合金元素析出計算模型 支撐，確定第二階段軋制前奧氏體中固溶鈮量，根據固溶鈮量，由奧氏體 再結晶溫度計算模型支撐，確定奧氏體未再結晶溫度，調整第二階段開始 軋制溫度低於或等於未再結晶溫度，使 得中間冷卻後的軋制過程在未再結 晶區進行，且軋制後的產品具有事先算定的累積應變量。
3. 如權利要求1所述的含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制的模型支持方 法，其特徵在於當粗軋階段終軋溫度變化，不改變第二階段開始軋制溫 度時，由奧氏體再結晶溫度計算模型支撐，確定奧氏體未再結晶溫度大於 第二階段開始軋制溫度所需要的固溶鈮量，再由微合金元素析出計算模型 支撐，確定保證第二階段軋制前奧氏體中固溶鈮量所需要的中間冷卻速度， 調整中間冷卻速度，使得中間冷卻後的軋制過程在未再結晶區進行，且軋 制後的產品具有事先算定的累積應變量。
4. 如權利要求1至3任意一項所述的含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制 的模型支持方法，其特徵在於所述平衡條件下微合金元素鈮固溶量的計 算模型，是根據材料的化學成分，通過固溶度積公式確定。
5. 如權利要求2或3所述的含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制的模型支 持方法，其特徵在於所述微合金元素鈮析出計算模型，是根據被冷卻材 料的化學成分計算時間-析出的關係，由析出比Xp確定，為中間冷卻停止 溫度下，中間冷卻停止時間與開始析出時間的對數之差，和析出完成時間 與析出開始時間的對數之差的比值。
6. 如權利要求1至3任意一項所述的含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制 的模型支持方法，其特徵在於所述非平衡條件下固溶鈮量計算模型，由 粗軋停軋溫度和中間冷卻條件停止溫度下平衡固溶鈮量與析出比例Xp確 定，即由粗軋停軋溫度下平衡固溶鈮量減去中間冷卻條件停止溫度下平衡 固溶鈮量得出可析出鈮量的未析出量加上中間冷卻條件停止溫度下平衡固 溶鈮量。
7.如權利要求1至3任意一項所述的含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制 的模型支持方法，其特徵在於所述固溶鈮量與奧氏體未再結晶溫度關係 模型，奧氏體未再結晶溫度隨固溶鈮量的指數比例增加。
全文摘要
本發明提供了一種含鈮鋼厚板軋制中中間冷卻及隨後軋制的模型支持方法，用於按照規定的中間冷卻曲線和隨後軋制的工藝制度，在有控制的軋制和冷卻過程中冷卻和軋制含鈮鋼厚板，其特徵在於一種金屬物理的過程模型，它將中間冷卻及隨後的軋制過程控制為，使中間冷卻曲線在算得的被冷卻材料的/時間/析出/再結晶曲線圖內如此在動態析出和再結晶開始溫度之間延伸，即，其結果是使得中間冷卻後的軋制過程在未再結晶區進行，獲得算定的累積應變量，提高最終產品性能穩定性和軋制的生產效率。
文檔編號C21D8/02GK101168793SQ20061011751
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月25日 優先權日2006年10月25日
發明者尹小東, 沈建國, 焦四海, 聰 王 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司