含铌钢厚板轧制中中间冷却及随后轧制的模型支持方法

摘要

本发明提供了一种含铌钢厚板轧制中中间冷却及随后轧制的模型支持方法，用于按照规定的中间冷却曲线和随后轧制的工艺制度，在有控制的轧制和冷却过程中冷却和轧制含铌钢厚板，其特征在于一种金属物理的过程模型，它将中间冷却及随后的轧制过程控制为，使中间冷却曲线在算得的被冷却材料的/时间/析出/再结晶曲线图内如此在动态析出和再结晶开始温度之间延伸，即，其结果是使得中间冷却后的轧制过程在未再结晶区进行，获得算定的累积应变量，提高最终产品性能稳定性和轧制的生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及的是厚板轧制技术，具体地说是一种含铌钢厚板轧制中中间冷却及随后轧制的模型支持方法，属于材料成型专业领域。

背景技术

厚板轧制是一个非常复杂的工艺过程，生产实践表明，轧制过程中的工艺参数对所轧制的材料性能有着重大的影响。在控制轧制过程中，为缩短待温时间，在待温过程中有时需要进行喷水冷却。喷水冷却缩短了待温时间，但加快了中间坯冷却速度，并且中间坯表面和中间的温差变大，在停止水冷后表面有温度回复过程，造成轧件表面和中间不同的温度过程，这种变化对成品组织性能有很大的影响。所以常常采用不同的中间冷却工艺。在实际生产中，控制轧制第一阶段的停轧温度和中间冷却速度会因生产节奏的变化和中间坯规格的变化而产生波动。对于含铌钢，铌的突出作用是提高奥氏体的再结晶温度而使奥氏体晶粒细化，而工艺过程参数的变化将对铌的析出行为有很大的影响，从而影响轧制过程中组织变化和最终产品的组织性能。

目前在带钢轧制方面已具备较高的技术水平，比如，宝钢在带钢热连轧机组上已成功开发和应用了控制轧制和控制冷却技术，并开发了管线钢、汽车用钢以及高炉板和大桥板等许多含铌钢种。而厚板轧制由于自身工艺和产品的特点，与普通带钢轧制有着显著区别，其中中间中间冷却等工艺过程是其突出的特征，其总体的过程控制灵活性远大于带钢生产，目前对应于厚板轧制的中间加速冷却等工艺过程还没有完整的基于物理冶金原理的模型支持，很多工作还处于基础性研究开发阶段，在实际生产上仍然以经验和人为判断为主。

中国专利CN1205920A公布了在轧制和冷却过程中控制轧件冷却的由模型支持的方法。该专利涉及一种用模型支持的方法，用于按照规定的冷却曲线在有控制地轧制和冷却过程中冷却热轧带钢或厚钢板，其特征在于一种金属物理的过程模型，它将冷却过程控制为，使冷却曲线在算得的被冷却材料的时间/温度转变曲线的鼻点之间延伸，即，其结果是在钢中构成一种铁素体/贝氏体的组织，这一组织具有事先算出的在这两种组织成分。该专利主要对轧后冷却过程是用模型支撑，以控制最终的材料组织和性能，而本发明用模型制成中间冷却和随后的轧制过程，两者有本质的不同。

发明内容

本发明的目的是提供一种含铌钢厚板轧制中中间冷却及随后轧制的模型支持方法，在轧制含铌钢厚板时，借助本发明中的基于物理冶金原理的模型，使中间冷却后的轧制过程在未再结晶区进行，并获得算定的累积应变量，提高最终产品性能稳定性和轧制的生产效率。

本发明的特征在于一种金属物理的过程模型，它将中间冷却及随后的轧制过程控制为，使中间冷却曲线在算得的被冷却材料的/时间/析出/再结晶曲线图内如此在动态析出和再结晶开始温度之间延伸，即，其结果是使得中间冷却后的轧制过程在未再结晶区进行，获得算定的累积应变量。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：当中间冷却速度发生变化时，由微合金元素析出计算模型支撑，确定第二阶段轧制前奥氏体中固溶铌量，根据固溶铌量，由奥氏体再结晶温度计算模型支撑，确定奥氏体未再结晶温度，调整第二阶段开始轧制温度低于或等于未再结晶温度，使得中间冷却后的轧制过程在未再结晶区进行，且轧制后的产品具有事先算定的累积应变量。

作为本发明的一种改进，在粗轧阶段终轧温度变化时，由微合金元素析出计算模型支撑，确定第二阶段轧制前奥氏体中固溶铌量，根据固溶铌量，由奥氏体再结晶温度计算模型支撑，确定奥氏体未再结晶温度，调整第二阶段开始轧制温度低于或等于未再结晶温度，使得中间冷却后的轧制过程在未再结晶区进行，且轧制后的产品具有事先算定的累积应变量。

作为本发明另外的改进，当粗轧阶段终轧温度变化，不改变第二阶段开始轧制温度时，由奥氏体再结晶温度计算模型支撑，确定奥氏体未再结晶温度大于第二阶段开始轧制温度所需要的固溶铌量，再由微合金元素析出计算模型支撑，确定保证第二阶段轧制前奥氏体中固溶铌量所需要的中间冷却速度，调整中间冷却速度，使得中间冷却后的轧制过程在未再结晶区进行，且轧制后的产品具有事先算定的累积应变量。

所述平衡条件下微合金元素铌固溶量的计算模型，是根据材料的化学成分，通过固溶度积公式确定。

所述微合金元素铌析出计算模型，是根据被冷却材料的化学成分计算时间-析出的关系，由析出比Xp确定，为中间冷却停止温度下，中间冷却停止时间与开始析出时间的对数之差，和析出完成时间与析出开始时间的对数之差的比值。

所述非平衡条件下固溶铌量计算模型，由粗轧停轧温度和中间冷却条件停止温度下平衡固溶铌量与析出比例Xp确定，即由粗轧停轧温度下平衡固溶铌量减去中间冷却条件停止温度下平衡固溶铌量得出可析出铌量的未析出量加上中间冷却条件停止温度下平衡固溶铌量。

所述固溶铌量与奥氏体未再结晶温度关系模型，奥氏体未再结晶温度随固溶铌量的指数比例增加。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明提供的含铌钢厚板轧制中中间冷却及随后轧制的模型支持方法，可用于含铌钢厚板轧制过程，中间冷却及随后轧制的依据，按此方法，可以使中间冷却后的轧制过程在未再结晶区进行，并获得算定的累积应变量，提高最终产品性能。

附图说明

图1为一个计算的被冷却材料的时间/析出曲线图。

图2为一个计算的固溶铌量与未再结晶温度曲线图。

图3为本发明的流程图。

符号说明：

TRR-第一阶段停轧温度

CR-中间冷却速度

TICSTOP-中间冷却停止温度

TP-析出鼻点温度

tICSTOP-中间冷却停止时间

tPSP-析出鼻点开始-时间

tPFP-析出鼻点完成析出时间

tPSP1-中间冷却停止温度下析出开始时间

tPFP1-中间冷却停止温度下析出完成时间

Ps-析出开始

Pf-析出完成

TNR-奥氏体未再结晶温度

TFS-第二阶段开始轧制温度

具体实施方式

下面借助于附图1至附图3来进一步说明本发明方法。

在第一阶段完成轧制后，奥氏体发生再结晶形成多边形晶粒，由于变形的促进作用，Nb的碳氮化物充分析出，趋近于平衡状态。随着温度的降低，由于固溶度降低，Nb具有进一步以碳氮化物析出的趋势。在没有变形储能的奥氏体晶粒连续冷却过程中，这种析出相对缓慢。其析出量的多少取决于冷却速度CR(K/s)和中间冷却停止温度(T_ICSTOP)。奥氏体连续冷却过程中析出百分比按以下过程确定：

如图1所示，曲线Ps和Pf分别是根据材料化学成分、第一阶段停轧温度(T_RR)以及中间冷却参数计算的时间/析出开始和完成的材料模量。将析出曲线鼻点的开始析出时间和析出完成时间分别表示为t_PSP、t_PFP，中间冷却停止温度下析出开始时间表示为t_PSP1、t_PFP1，则中间冷却停冷温度(对应时间表示为：t_ICSTOP下析出量的比例为：

$X_P=\frac{\ln \left(t_{\mathrm{ICSTOP}}\right)-\ln \left(t_{\mathrm{PSP}1}\right)}{\ln \left(t_{\mathrm{PFP}1}\right)-\ln \left(t_{\mathrm{PSP}1}\right)}$

当T_ICSTOP≤T_P时，中间冷却后析出量比如下确定：

$X_P=\frac{\ln \left(t_{\mathrm{ICSTOP}}\right)-\ln \left(t_{\mathrm{PSP}}\right)}{\ln \left(t_{\mathrm{PFP}}\right)-\ln \left(t_{\mathrm{PSP}}\right)}$

当Xp≥1时，说明在中间冷却过程中完成了析出过程，钢中固溶Nb量停冷温度(当T_ICSTOP≤T_P时，取T_ICSTOP＝T_P)下平衡固溶量来确定：

${\left[\mathrm{Nb}\right]}_{\mathrm{sICSTOP}}=\frac{\sqrt{a^2-4b}-a}{2}$

其中a、b、s分别通过a＝s[C]-[Nb]_eq、$b={-s·10}^{(3.085-\frac{7450}{T_{\mathrm{ICSTOP}}})}$、S＝Nb/C＝7.735来确定。

当Xp≤0时，说明在中间冷却过程中尚未开始析出过程，钢中固溶Nb量第一阶段停轧温度下平衡固溶量来确定：

${\left[\mathrm{Nb}\right]}_{\mathrm{sTRR}}=\frac{\sqrt{a^2-4b}-a}{2}$

其中a、b、s分别通过a＝s[C]-[Nb]_eq、$b=-s·{10}^{(3.085-\frac{7450}{T_{\mathrm{RR}}})}$、S＝Nb/C＝7.735来确定。

当Xp≥1时，取1时；当Xp≤0时，取0。

0≤Xp≤1时，说明在中间冷却过程中产生析出过程，中间冷却后钢中固溶Nb量固溶量来确定：

[Nb]_s＝[Nb]_sTRR(1-X_P)+X_P[Nb]_sTICSTOP

根据中间冷却停止温度，按照以上方法确定的固溶Nb量，可以在根据成分和变形条件算得的材料特性固溶Nb量与未再结晶温度曲线图上(图2)，两条曲线的交点，即为第二阶段轧制的最高温度。

第二阶段的轧制温度在未再结晶区温度以下，则可保证轧后奥氏体晶粒处于拉长状态，保证最终的产品性能。中间冷却速度和第一阶段停轧温度变化，就会造成固溶Nb量变化，进而使得未再结晶温度变化。当第一阶段停轧温度变化后，若不改变第二阶段开始轧制温度，则可通过计算机调整中间冷却速度，保证足够的固溶Nb量。若当第一阶段停轧温度和中间冷却速度均发生变化，则可通过计算机调整第二阶段开始轧制温度，保证最终的产品性能。