在热轧钢材或有色金属材料时提高过程稳定性、尤其是绝对厚度精度和设备可靠性的方法

摘要

在以小的变形程度(φ)或小的压下量热轧钢材或有色金属材料时提高过程稳定性、尤其是绝对厚度精度和设备可靠性的方法，在计算名义轧制力(FW)和相应调整位置(s)时考虑到高温屈服极限(Re)过程稳定性可以关于屈服应力(kf，R)和名义轧制力(FW)在小的变形程度(φ)或小的压下量时通过如下方法来提高：高温屈服极限(Re)取决于变形温度(T)和/或变形速度(phip)求出并通过关系式(2)Re＝a+eb1+b2*T·phipC集成在用于确定名义轧制力(FW)屈服应力(kf)的函数中，其中表示了：Re＝高温屈服极限，T＝变形温度，phip＝变形速度，a；b；c＝系数。

说明书

本发明涉及一种在以小的变形程度或小的压下量热轧钢或有色金属材料时提高过程稳定性，尤其是绝对厚度精度和设备可靠性的方法，在计算名义轧制力和相应调整位置时考虑到高温屈服极限。

之前的作者为A.Hensel和T.Spittel的公开出版物的“Kraft-und Arbeitsbedarf bildsamer Formgebrugs-Verfahren”(可塑成型方法所需的力和功)，Leipzig 1978，以及另一种之前的作者为T.Spittel和A.Hensel的公开出版物的“Rationeller Energie-einsatz bei Umformprozessen”(变形过程中合理的能量利用)，Leipzig，1981叙述了各种不同的用于求出热轧时名义轧制力的方法，该力是变形阻力和挤压面积的乘积。变形阻力本身作为屈服应力和一个系数的乘积被确定，该系数考虑了辊隙几何形状和/或摩擦情况。最常使用的求出屈服应力的方法是通过有影响系数的列式来确定，影响系数考虑了变形温度、变形程度和变形速度，它们相乘地相互连接，例如按如下公式：

(1)k_f＝k_f0·A₁·e^m1·T·A₂·phi^m2·A₃·phip^m3

其中：

k_f＝屈服应力

k_f0＝屈服应力的基值

T＝变形温度

＝变形程度

phip＝变形速度

A；，m_i＝热力学系数。

对于各种不同的材料组已经求出了热力学系数；一个组之内的材料通过相应的k_f0-基值来区别。

在作者为M.Spittel和T.Spittel的另外一篇文章的“Modellerung des Einflusses der Chemischen Zusammensetzungund der Umformbedingungen auf die Flieβspannung Von Sthlenbei der Warmumformung”(在热变形时化学成份和变形条件对钢的屈服应力的影响的模拟)，Freiberg 1996中附带地建议：根据一种材料的化学分析求出这种材料的屈服应力的基值，并对应于材料组利用其它的参数用于考虑温度、变形程度和变形速度。但原则上这按照公式1的列式相乘的特性仍存在。

用于求出屈服应力的相乘列式的缺点在于：随着变形程度＜0.04或压下量的变小函数接近屈服应力为零MPa，也就是说函数通过零点(图1按现有技术表示)。但这种理论与实际情况有矛盾。作为结果当压下量小的时候测定出太小的屈服应力值和因此太小的名义轧制力。通过厚度调整设定名义辊隙取决于轧制力并因此带有错误。热轧产品的实际厚度与希望的目标厚度相比更大。

在小的变形程度或者压下量时带有错误的名义轧制力的计算表明了在用高的轧制力和/或轧制力矩轧制时接近最大许可的设备参数对设备就是永久性的危险，正如它们例如在降低温度轧制时或者也在高温时和轧制物宽度接近设备技术最大可能的宽度时出现的那样。

有错的名义轧制力计算也对过程稳定性整体上产生负面影响，因为后接的自动化模型和自动化调节例如象轮廓-和平整度模型或者轮廓-和平整度调节借助于名义轧制力求出其名义值。

由WO 93/11 886 A1已知一种轧制品种计算方法用于设定轧机机座的名义轧制力和名义辊隙，这种方法利用了机座特有的和/或材料特有的轧制力匹配构件。机座特有的匹配在名义轧制力计算时对于至另外设备的可转移性来说是不利的。

由WO 99/02 282 A1已知一种方法用于控制或者预设定轧机机座，它取决于在轧制力、轧制力矩和超前这些参数中的至少一个参数，在该方法中借助于基于神经网络的信息处理或者借助于一种反演的轧制模型通过道次中材料硬度的逆算借助于一种回归模型来模拟这些影响。这样的错误，如它们在按照相乘的列式进行名义轧制力计算时在小变形程度成压下量范围里所出现的那样，可以避免。然而不利的是：为了训练神经网络或者为一种反演的轧制模型必须首先要有轧制结果。所建议的方法应用于尚未轧制的材料或者具有另外参数的设备上因此不能毫无困难地保证。

对于所述的现有技术来说共同的是：在热轧钢和有色金属材料时小变形程度或小压下量对于屈服应力的影响在已知的用于名义轧制力计算和用于厚度调节的方法范围内并没有正确地或者只是并不充分地加以考虑或者限制了可转移到另外设备上，并因此对于过程稳定性，尤其是绝对厚度精度和设备可靠性来说存在有风险。

本发明的任务是提出一种方法用于提高在热轧钢材和有色金属材料时的过程稳定性，尤其是绝对厚度精度和设备可靠性，其中可以提高在小变形程度或小压下量时的屈服应力和名义轧制力的精度。

所提出的任务按照本发明按如下来解决：高温屈服极限取决于变形温度和/或变形速度求出并通过以下关系式集成在用来确定名义轧制力的屈服应力的函数里：

(2)R_e＝a+e^b1+b2·T·phip^c

其中：

R_e＝高温屈服极限

T＝变形温度

phip＝变形速度

a；b；c＝系数。

利用一种新的列式来计算屈服应力的优点在于：由轧制的测量数据求出所要轧制材料的高温屈服极限，轧制时的变形程度小于材料特定的极限程度，其方法是由所测的轧制力取决于变形温度和变形速度逆算所涉及道次的屈服应力并与高温屈服极限视为相同，如果它们等同于由高温拉伸试验所测得的高温屈服极限的话。所找出的高温屈服极限与变形温度和变形速度的相互关系是近似的高温流变曲线的开始点。

按照另一发明建议：关于取决于变形温度和变形速度的高温屈服极限的相乘的流变曲线列式按以下公式来确定：

(3)k_f，R＝a+e^b1·b2·T·phip^c+k_f0·A₁·e^m1·T·A₂·^m2·A₃·phip^m3。

由于按照本发明考虑到了取决于变形温度和变形速度的高温屈服极限，该方法本身向着最小的变形程度方向就实现正确值。起始值是取决于变形温度和变形速度所要轧制材料的相应的高温屈服极限。

按照另一发明建议：按照以下公式来确定在通常的轧制力公式中的屈服应力用于求出厚度调整还有计算模型和调节方法所用的名义轧制力：

(4)F_w＝Q_p·k_f，R·B·(R_w·(h₀-h₁))^1/2

F_w＝名义轧制力

Q_p＝用于考虑辊隙几何形状和摩擦情况的函数

k_f，R＝屈服应力，考虑了屈服极限

B＝轧制物宽度

R_w＝轧辊半径

h₀＝道次前的厚度

h₁＝道次后的厚度。

在本发明的设计方案中还建议：根据名义轧制力考虑到取决于变形温度和变形速度的高温屈服极限对于小于材料特有的极限变形程度的变形程度来计算一种材料模数，按以下公式：

(5)C_M＝(F_W-F_m)/dh₁

其中：

C_M＝材料模数

F_W＝名义轧制力

F_m＝测得的轧制力

dh₁＝输出厚度的变化。

本发明的设计应使通常的轧辊开度测量(Gaugemeter)公式扩展成以下形式：

(6)ds_AGC＝(1+C_M/C_G)dh₁＝(1+C_M/C_G)·((F_W-F_m)/C_G+s-s_soll)

其中：

ds_AGC＝辊隙设定的变化

C_M＝材料模数

C_G＝机座模数

dh₁＝输出厚度的变化

F_W＝名义轧制力

F_m＝所测的轧制力

s＝辊隙的调整

s_soll＝辊隙的名义调整。

因此也正确反映了在小的变形程度或压下量时的材料流动特性。

在轧辊开度测量公式和计算的名义轧制力的基础上求出机电的和/或液压调整的调整位置用以保证轧制物的输出厚度。

在附图中表示了屈服应力与变形程度的按照现有技术和按照本发明的关系曲线，以下加以详述。所示为：

图1：对于通常的相乘列式(现有技术)来说的屈服应力k_f与变形程度的关系曲线示意图；

图2：按照本发明的屈服应力k_f，R与变形程度的关系曲线简图，其中在极限变形程度_G之下相乘的列式相加地扩展了高温屈服极限。

用于求出屈服应力的相乘列式的(图1)的缺点在于：函数向着小的变形程度＜0.04或小的压下量方向接近于屈服应力k_f为0MPa，这就是说函数通过零点，如图所示。

按照本发明的对取决于变形温度T和变形速度phip的高温屈服极限R_e的考虑(图2)使得按照本发明的方法本身向着最小的变形程度方面得出正确的值。开始值是取决于变形温度T和变形速度phip的所要轧制材料的相应的高温屈服极限R_e。

             附图标记列表

A_i         热力学系数

a_i b_i，c 系数

B           轧制物宽度

C_G         机座模数

C_M         材料模数

dh₁        输出厚度的变化

ds_AGC       辊隙设定的变化

F_m         测得的轧制力

F_W         名义轧制力

h₀         道次前的厚度

h₁         道次后的厚度

k_f         屈服应力

k_f0        屈服应力的基值

k_f，R       屈服应力，考虑到屈服极限

m_i         热力学系数

          变形程度

_G        极限变形程度

phip        变形速度

Q_p         考虑辊隙几何形状和摩擦情况的函数

R_e         高温屈服极限

R_w         轧辊半径

s           辊隙的调整

s_soll       辊隙的名义调整

T           变形温度