（钢铁冶金专业论文）“单机架热轧中板生产技术应用软件”的开发.pdf

摘要 摘要 从中板的坯料设计优化入手，分析讨论制约影响成材率提高的各种因素， 提出合理的坯料设计方法：进而根据不同的坯料组合情况下达各班组的生产计 划；结合中板生产实际，在保证设备安全的前提下，对变形规程进行“综合优 化”设计；研究了1 6 m n r 奥氏体再结晶规律及对其过冷奥氏体组织变转变模拟 和性能预报：轧制压力的计算考虑了奥氏体再结晶变化的修正函数，使力能预 报及辊缝预设精度明显提高；以邯钢中板厂的设备、工艺条件为基础，在研究 各计算模型的基础上，开发出“单机架热轧中板生产技术”工业应用软件。研 究结果如下： 1 针对中板“先展宽后纵轧”的轧割特点进行的坯料设计，( 对于论文涉 及品种) 可减少“单定尺板”的非正品率达7 以上，提高“混合板”成材率约 1 2 5 ，提高“双定尺板”成材率约o 4 6 ： 2 ，研究结果能给出各生产班组每天的经济技术指标，即能合理安排生产计 划又方便对生产班组考核； 3 变形规程优化设计，几乎涉及了单机架中板热轧的所有技术问题，其特 点是在理论结果的基础上结合生产实际，以成材率高、尺寸精度高和力学性能 高及轧制过程的低能耗、快节奏为目标，对热轧中板的变形规程进行优化设 计，实践表明，本文给出的1 6 m n r 变形规程，与现行的规程相比可提高机时产 量达1 5 3 7 ，实现了中板生产的“多、快、好、省”； 4 对1 6 m n r 中板轧制时奥氏体再结晶规律的研究所得到的结果与实测符 合的较好，说明本研究模型组合用于热轧中板的生产实际是可行的：对其奥氏 体冷却过程中进行的组织性能模拟与预报，经金相及性能实验表明，预报结果 与实测十分接近； 5 对中板热轧时的力能计算，考虑了奥氏体再结晶软化程度对轧制负荷的 影响，使预报精度得到一定程度的提高：利用该结果预设辊缝得到的轧件厚度 与实测板厚符合得较好。 图4 0 表1 9 参5 9 关键词：中板；坯料设计；生产计划；变形规程；组织性能 分类号：t g 3 3 5 2 河北理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eo p t i m i z e st ot h eb i l l e td e s i g no ft h et h em e d i m ns l a bt u r nt oc o m n e n c e ，t h e a n a l y z ev a r i o u sf a c t o rt h a ti n f l u e n c et h eu s e f u lr a t ee x a l t a t i o n ，a n dp u tt h em e t h o dt h a tt h e r e a s o n a b l eb i l l e td e s i g n ；t h e na n t i c i p a t et oc a r r yo np r o d u c t i o na c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e m b i l l e tt og i v et h ee a c hr e a s o n a b l ea r r a n g e m e n t ；a n dc o m b i n et h es p o te x p e r i e n c e p a y s i c a l l yo fpr a t e ，w h i l eg u a r a n t e et h es a f e t yo f t h ee q u i p m e n t s ，w i t ha t t a i nh i g hb e c o m e u s e f u lt h er a t e ，h i g hs i z ea c c u r a c ya n dh i 曲p e r f o r m a n c e s ，l o wc o n s u n l e ，t h er o l l i n gs t e e lo f t h eq u i c kr h y t h mp r o d u c e sf o rt h ep u r p o s et od r a wu pn e wr u l e so fd e f o r m a t i o n ；t h r o u g h r e s e a r c hr e c r y s t a l l i z a t i o ni na u s t e n i t er u l eo f16 m n rt oi m i 协t ec a l c u l a t i o nt h eo r g a n i z a t i o n t ot h em e d i u mp l a t ea f t e rr o l l i n ga n dc o o l i n g ，c a r r y i n go nt h ef o r e c a s tt h et i n yv i e w o r g a n i z a t i o na n dm a c r o s c o p i cf u n c t i o n so ft h ep l a t e ；t h ec a l c u l a t i o no f t h er o l l i n gp o w e r a d o p t st oc o n s i d e rt h ev a r i e t yo f t h er e c r y s t a l l i z a t i o ni na u s t e n i t et h ec o r r e c t i o nf u n c t i o n ， i m p r o v et h ea c c u r a c yf o r e c a s to fp o w e ra n de n e r g e r y ；t h et h e s i sw i t h f o u n d a t i o no f e q u i p m e n t s ，c r a f tc o n d i t i o no f t h e p l a t e s t e e l w o r k so fh a n d a n ，i ns t u d y i n gv a r i o u s c a l c u l a t i o nm o d e la n dm e t h o do ff o u n d a t i o n ，i n v e s t i g a t e das o f t w a r eo fi nh o tp l a t er o l l i n g a n dg o ta sf o l l o w sa sar e s u l t ： 1 t h eb i l l e td e s i g no f p l a t ea c c o r d i n gt or o l l i n g ，i tc a nd e c m s et h en o n q u a l i t yg o o d s a b o u t7p e r c e n ti n s i n g l e 抒xr u l e rp l a t e ”i m p r o v et h eu s e f u lr a t ea b o u t1 2 5p e r c e n ti n “m i x r o l l i n gp l a t e ”a n da b o u to 4 6p e r c e n ti n “d o u b l ef i xr u l e rp l a t e ”i nt h et h e s i s 2 i tc a ng e tt h ee c o n o m i ca n dt e c h n i ct a r g e to fp r o d u c t i o no ft e a me v e r yd a y ，a r r a n g e p r o d u c t i o np l a ni nr e a s o n a b l ea n de x a m i n et h ep r o d u c t i o nt e a m 3 , d e s i g no fo p t i m i z ed e f o r m a t i o nr u l ei nt h i sr e s e a r c ha l m o s ti n c l u d i n ga l lo ft h e t e c h n o l o g yi nm e d i u mp l a t er o l l i n g ，t h e o r yr e l a t i o np r a c t i c ei si t ss p e c i a l t ya n dh i 曲u s e f u l r a t ea n dd i m e n s i o np r e c i s i o na n dg o o dp r o p e r t ya n dl o wp o w e ra n df a s tp r o d u c t i o ni si t s t a r g e ti nr o l l i n g p r a c t i c es h o w s t h a tt h er u l ea c h i e v e st h ei n t e n t i o no f m o r e ，q u i c k l y ，w e l l a n ds a v e ”i np l a t ep r o d u c t i o n f o re x a m p l e ，i ft a k es p e c i f i c a t i o na s1 6 m n rt oa r r a n g e p r o d u c t i nc a ni m p r o v et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya b o u t1 5 3 7p e ri nt h et h e s i s 4 t h r o u g ht h er e s e a r c ho nr e e r y s t a l l i z a t i o nd i s c i p l i n a r i a ni n1 6 m n ro f m e d i u mp l a t e ， t h er e s u l t sa r ea g r e e dw e l lw i t hm e a s u r e m e n tv a l u e i ts h o w st h a ti t i sf e a s i b l ew h e n i n v e s t i g a t i v em o d e li s u s e di np l a t ec o n t i n u o u sp r o d u c tl i n e t h r o u g ht h ec o m p u t e r - 1 1 摘要 s i m u l a t i o na n dp r e d i c t i o no fc h a n g e ds t r u c t u r ef i e l da n do np r o p e r t yc o n t r o l l e d c o o l i n g a u s t e n i t es h o wt h a tt h er e s u la r eb a s i c a l l ya g r e e dw i t ht h em e a s u r e m e n tr e s u l t t h r o u g h m e t a l l u r g i c a lm i c r o o b s e r v a t i o n 5 t h ei n f l u e n c eo fr e m n a n ts t r a i nb e c a u s eo fn o te n o u g ha u s t e n i t er e c r y s t a l l i z a t i o no n r o l l i n gl o a di sc o n s i d e r e di nc o m p u t i n go fr o l l i n gf o r c ei np l a t e ，i tc a r lo b v i o u s l yi m p r o v e t h ep r e d i c t i n gp r e c i s et h ep r e d i c t e dt h i c k n e s so fw o r kp i e c ei sa l s oa c c o r d e dw i t l lt h e m e a s u r e m e n tv a l u eu s i n gt h ef o r c er e s u l t f i g u r e4 0 t a b l e1 9r e f e r e n c e5 9 k c y w o r d s ：b i l l e td e s i g n ；r o l l i n gf o r c e ；s t r u c t u r e a n dp r o p e r t y ；r e c r y s t a l l i z a t i o n s o f t e n ；m e d i u mp l a t e c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：t g 3 3 5 2 i i i - 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其它人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名： 日期：芷生年旦月五日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：蔓哼 导师签名：日期：堡生年上月立日 引言 引言 本硕士论文课题来自邯郸钢铁集团公司中板分厂。该厂在2 0 0 4 年产量为7 0 万吨，今年的预计年产为8 0 万吨。随着产量的不断升高、产品结构的不断调整 和市场的需求的不断变化，如何最大可能地提高生产效率、成材率、产品的尺 寸精度和力学性能对企业的可持续发展是至关重要的。 一、坯料设计与生产计划安排。提高中板生产的成材率始终是中板企业追 求的目标，中板生产具有钢种多、尺寸规格多、合同订单复杂等特点。据不完 全统计，对不同钢种产品的所有尺寸的组合。其产品可高达数千万个! 如果每 个规格都设计选择一个对应的坯料是不可能的；若只选择一个或几个规格的坯 料尺寸组织生产，必将造成大量的剩余板、非定尺板，使成材率降低而成本增 高。所以对某一个订单的产品进行合理的坯料设计和剪切工艺既有利于提高成 材率，又有利于合理地组织中板生产。 二、中板尺寸精度的控制。中板一般按厚度公称尺寸交货，若能在保证尺 寸精度和力学性能的前提下，采用“负公差”轧制就会提高成材率和企业的效 益。为保证钢板厚度尺寸的精度，减少成品钢板的厚度余量( 成品厚度和公称 厚度的差值) ，这就需要在变形规程设计时，尽可能地提高轧制压力的预报水 平，以正确预设辊缝使板厚的精度得到提高。 三、中板组织性能的控制与预报。因中板的用途十分广泛，如高压容器 板、桥梁板、船板等等，故其力学性能合格与否关系到使用中的安全；如何确 定保证钢板性能的变形规程，需研究中板轧制过程中奥氏体荐结晶的规律、奥 氏体相转变规律，以及变形工艺参数对钢板组织性能的影响，通过对其进行控 制与预报来最大程度地提高中板的性能合格率。 本课题针对邯钢中板厂的实际生产情况，试图通过科学的坯料设计和剪切工 艺、合理的变形规程设计、轧机刚度特性的分析和辊缝预设以及热轧过程中奥氏体 再结晶和相变规律的研究，来达到进一步提高该厂生产效率、正品率、成材率、产 品尺寸精度和力学性能的合格率，同时合理组织轧钢生产的目的。 本课题内容分为六部分：热轧中板坯料设计与生产计划、中板轧制变形规 程优化设计、1 6 m n r 中板组织性能的计算机模拟与预报、热轧中板力能参数的 解析与预报、辊缝预设及“单机架热轧中板生产技术应用软件”的开发。 河北理工大学硕士学位论文 1 1 国内外中板生产现状 1 文献综述 热轧中扳可分为中板、厚板和特厚板。一般把4 5 2 5 m m 厚度的钢板称为 中板，把2 5 6 0 m m 厚度的钢板称为厚板，把6 0 t u r n 以上厚度的钢板称为特厚 扳。6 0 7 0 年代是世界范围内宽厚板轧机的建设的高峰期l “，随着对厚板产品质 量、- 胜能、规格越来越高的要求，以及对研制新产品的需要，各国对厚扳轧机 不断的进行改造。改造的内容包括对轧机牌坊进行拉宽或更换、更换新主电 机、增设立辊轧机、开发热机械控制工艺( t m c p ) 技术与板形控制技术、改进 自动化与计算机控锻系统、建设超声波探伤装置、改进剪切线设备与热处理没 备等。 我国现有轧机的能力和水平远远满足不了产品性能和精度方面的要求，而 小于3 0 0 0 m m 的轧机，除了酒钢中板轧机引进关键技术，产品质量有一定的保 证，其余的都在中低水平上徘徊。严格说来，我国目前尚无一台真正意义上的 先进的中板轧机，我国生产的中板，尺寸精度与国外有相当的差距，我国大多 数中板轧机无控制冷却手段，产品的冶金质量和物理性能只能满足一些低档次 的需要，高精尖和高附加值产品只占极小的比例，并且高压水除鳞装置压力 低、寿命短、设置的点数少，所以产品表面质量和外观与国外产品相距甚远。 近年来【2 】，通过技术改造和技术引进，我国中板生产在品种开发、老轧机改 造、提高轧机装备水平、研究开发新工艺和新技术等方面都取得了较大的成 绩，中板的产量和质量都有了明显提高。我国中板产品的品种、质量还满足不 了日益增长的市场需求，主要品种以普通碳紊钢居多。我国专用中板比例偏低 1 3 1 ，造成该问题的主要原因是：造船、锅炉、压力容器、工程机械及管线等钢板 性能要求十分严格，要求其强度高、屈强比低，可焊性和韧性好；我国现有多 数中板轧机的牌坊立柱断面和轧制力偏低；国外先进的中板轧机均已用控轧控 冷或轧后直接淬火工艺生产中板；热处理生产能力不足；厚板生产线的在线检 查手段和板厚自动控制功能不全，影响中板的尺寸及板形精度。 资料表明【2 6 1 ：国内的各企业成材率逐年都有不同程度的提高，而且各企业 提高成材率的程度不均衡。这与各企业的品种结构、产品厚度规格、设备状 一2 l 文献综述 况、人员素质及管理水平等有关即影响中板成材率的因素是多方面的。故要 提高成材率，不但要抓好“负公差”轧制、板形控制和减少废品，合理的坯料 设计也是提高成材率的重要措施，但这方面我国还处于粗放式的“经验估计” 阶段。 总体来说，国内的中厚板生产的重点主要集中于产量、效益，而组织性能 的控制与预报、辊缝预设等技术的应用还不广泛。在提高中板组织和性能的研 究的方面，国内的一些学者进行了的大量的理论研究和试验5 1 1 【7 1 。近年来，国 外的一些学者经过试验研究的方法发表了很多关于奥氏体再结晶( 大都主要是 针对c m n 钢再结晶行为的研究) 、组织性能控制、板形控制、轧机刚度控制以 及力能预报方面的文章1 6 h 24 1 。但目前还未见有将荐结晶的研究结果应用于中板 轧制现场的力能预报及尺寸精度控制方面的公开报道。 1 2 中板品种结构简介 中板是造船、锅炉、化工、工程机械和国防建设等行业所需重要材料【3 1 【8 1 。 现代化建设对中板的需求量不断增加，且对其品种、规格、尺寸精度及性能质 量提出了更高的要求。但因我国中板轧机装机水平较低，提供的中扳仅以普碳 板为主，相当一部分专用中板，如造船、锅炉、容器及高强度高韧性等钢板尚 须依赖进口。 中板的产品品种不仅仅是钢种和化学成分的区别，按产品的厚度、宽度、 长度尺寸都可划分成不同的中板的品种。再加上不同尺寸的钢还可以是不同的 化学成分、钢种，故中板的产品品种复杂多样，不容易进行生产管理，极易造 成成材率降低、尺寸精度不够，力学性能不合等问题的发生。 1 3 中板生产技术发展现状 中板变形规程【3 5 主要包括压下制度、速度制度、温度制度的设计。变形规 程设计就是根据钢板的技术要求、原料条件、温度条件和生产设备的实际情 况，运用数学公式和图表进行人工计算或计算机计算，来确定的道次实际的压 下量、空载辊缝、轧制速度等参数，并在轧制过程中加以修正或应变处理，达 到充分发挥设备潜力、提高产量、保证质量、操作方便、设备安全的目的。 一3 一 河北理工大学硕士学位论文 轧制过程中，轧辊对轧件施加压力和使其发生塑性变形，而轧件对轧辊也 施加同样大小的力使其发生弹性变形，因此，给定的辊缝值与轧制时的辊缝值 ( 即轧件厚度) 是不相同的f 9 j 。为了得到一定的厚度，必须准确预测轧制压力和 轧机的弹性变量。其定量关系可用弹性方程描述。 轧制压力预报精度除受入口厚度、压下量影响外，还受轧制时的实际温 度、宽度影响u o l 。中板轧制过程中，后三道的压下量可明显的控制板形，在调 整后边三道压下量时，也能相应的调整前边道次的压下量，才能保持成品厚度 不变。在具有科学、合理的压下量分配和高精确压力预报的条件下，弹跳方程 的精确性就更显重要，因为存在着交互影响。国内外对厚度分配、压力预报和 轧机弹跳方程方面均有大量的研究： 1 ) 在厚度分配方面，主要应用经验分配方法。自从计算机应用于轧钢过程 分析、控制以来，压下规程的制定方法有了很大的进步和发展。 2 ) 在压力预报上，一方面是研究高精度压力公式和各钢种变形抗力模型以 及温降模型，另一方面是应用自适应方法提高压力预报精度。 3 ) 弹跳方程的重要性越来越被人们重视，日本人m s a i t o 在高精度轧 板厚度控制中指出：“由于轧板变形抗力的变化很难得到预报误差在5 以内 的轧制力( 相当于2 0 0um 的板厚) ，考虑厚度计算模型可以获得远高于轧制力 模型的精度，作者开发一种绝对方式a g c 系统，其厚度精度只取决于厚度计模 型。”m s a i t o 厚度计模型中的轧机弹性变形量( p m ) 由非线性函数f ( p 、 b ) 来描述。德国a e c 公司也将轧机的弹性变形量由二段非线性函数来描述 1 1 0 l 。这种由非线性函数直接计算轧机弹性变形量的方法，无疑比传统的由轧机 刚度系数m 和a 系数的线性方程计算方法有较高的精度。 控制轧制和控制冷却工艺是现代钢铁工业最大的技术成就之一1 1 1 1 ，a s t m 和j i s 已经把这一工艺收入标准之中，命名为t m c p ( t h e r m o m e c h a n i c a l c o n t r o lp r o c e s s ) 。所谓控制轧制和控制冷却技术，就是在一定的钢材化学成分 的情况下，通过对轧制温度、压下量和轧后冷却过程参数的控制，可以细化钢 材显微组织、显着改善和提高钢材的性能，获得具有良好综合性能的钢铁材 料。 4 1 文献综述 图l 控制轧制与微观组织的关系 f i g lc o n n e c t i o no fe o n t r o | l e dr o l l i n ga n dm i c r o s t r u c t u r e 控制轧制与微观组织的关系入图1 所示。按照轧制温度的不同，控制轧制 分为奥氏体再结晶区轧制、奥氏体非再结晶区轧制和( r + n ) 两相区轧制，其中 奥氏体非再结晶区轧制过程中的累积压下量如今已成为控轧应用的个主要参 数f 1 3 】。 控制轧制工艺【8 】从广义的解释为从轧前的加热到最终轧制道次结束为止的整 个轧制过程实行最佳控制，以使钢材获得预期良好性能的方法。中板的控制轧 制一般分在奥氏体再结晶区控制轧制和在奥氏体未再结晶区控制轧制两种方 式。 轧件在再结晶区轧制的目的是通过反复形变再结晶实现奥氏体晶粒的细化，在 部分再结晶区的高温区轧制是利用该区的多道次变形，实现全面再结晶，使奥氏体 组织均匀，轧件在奥氏体再结晶区及奥氏体部分再结晶区的合理变形可得到均匀细 小的奥氏体组织。为了控制变形奥氏体的再结晶数量f l “，尽可能的达到完全再结 晶，力争在高温条件下轧制较多道次，在设备条件允许条件下采用大的道次变形 量。为了缩短部分再结晶区的中间待温时间，可以采用在部分再结晶区的上限温度 范围轧制一道次，并适当延长轧后停留时间，以增加变形奥氏体的再结晶数量，使 组织均匀化。轧件在未再结晶区的变形是通过对奥氏体的变形，奥氏体晶粒本身虽 然不再细化，但可在奥氏体晶内形成变形带，变形带可作为铁素体的首先形核位 河北理工大学硕士学位论文 置，实现铁素体晶粒的细化从而突破使用单纯细化奥氏体来细化铁素体的方法， 可使铁素体晶粒进一步细化。轧件在未再结晶区变形的关键在于是否能得到均匀弥 散分布的变形带，轧件在该区域内变形具有累加效应，所以轧件在未再结晶区的总 变形量应达到一定值。 中板控制冷却i l l j 是控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目 的。由于热轧变形作用，促使变形奥氏体向铁素俸转变温度的提高，相变后的 铁素体晶粒容易长大，造成力学性能降低。为了细化铁素体晶粒，减少珠光体 片层间距，阻止碳化物在高温下析出，以提高强化效果而采用控制冷却工艺。 轧后快速冷却可使厚板强度提高而不减弱韧性，并因含碳量或合金元素的减少 而改善可塑性和焊接性能。中板轧后控制冷却与控制轧制工艺的合理配合，可 更好地发挥低碳铌、钒、钛微合金化锅的强韧化效果。 轧后加速冷却是指在控轧结束后以1 0 s 左右的冷速通过7 5 0 5 0 0 y ? 的相 变温度区间【5 ”，它不仅能抑制奥氏体晶粒长大，而且降低组织转变温度。在 t m c p 工艺中，当采用较高冷速时，加工硬化的非再结晶奥氏体发生相变形成 的超细晶组织使钢的强韧性配合良好，且在同样强度条件下可降低碳及合金含 量以改善焊接性能。为了提高强韧性又保持较低成本，人们正通过改进控轧控 冷工艺和优化成分来获得超细化晶粒的贝氏体组织。有研究表明，大变形量压 下后加速冷却可得到细小的针状铁索体、细小的m a 岛及少量粒状贝氏体的复 合组织，显着提高钢的屈服强度与低温韧性。 控制冷却方式概括起来主要有压力喷射冷却、层流冷却、水幕冷却、雾化 冷却、喷淋冷却、板湍流冷却、水一气喷雾法加速冷却、直接淬火等几种冷却 方式。各种冷却方式都有其各自的优点和缺点，采用哪种冷却方式应根据具体 工艺环境和限定条件确定【“。资料表明，近些年来，中板轧机轧后在线加速冷却 方式大多数采用柱状层流冷却和水幕冷却方式，同时也相继采用了喷雾冷却 ( 水一气喷雾) 、高密度管层流冷却和直接淬火冷却方式。 1 4 金属再结晶行为在定量化方面的研究进展 对c m n 钢再结晶行为的研究，包括轧制过程中微观组织的变化以及产生动 态回复、动态再结晶、次动态再结晶和静态再结晶的机理及与其相关参数的各 种计算模型1 1 6 【 1 18 1 【1 9 】1 5 9 】在文献中均有报道。 6 l 文献综述 动态再结晶的发生霰要一定的条 牛：当变形过程中应变值达到甚至超过临 界应变量c 和z 因子( z e n e r h o l l o m o n 参数) 小于临界z 因子两个条件同时 满足时，动态再结晶才能发生。s e l l e r s 提出了除微合金钢的所有钢在热变形中 有关动态再结晶的表达式和用a v r a m i i l7 1 方程描述的静态再结晶动力学，而且指 出静态再结晶是大量位错相互抵消的过程。在发生动态再结晶的临界应变ec 的 表达式中，z e n e r h o l l o m o n 参数的指数范围是0 1 5 - 0 1 7 5 ，这个数值随钢中碳的 百分含量而变化。 有的文献 2 0 1 就典型平板轧制过程进行了探讨，其变形条件是平均应变为 0 1 - 0 ，4 、应变速率为l 2 0 s 。和间隙时闯为5 - 1 0 0 s 。研究者作了大量的试验，所 用到的实验设备是具有大应变和较短间隙时间的轧制过程，并在此基础上提出 了一些计算模型，所需要的一些数椐是通过扭转实验获得的。在研究组织方面 除了已经发生变形的组织外，发生静态再结晶是主要的组织变化过程。然而， 热轧带钢厂，有可能产生很高的变形速率( t 0 0 0s “) ，很短的间隙时间( 4 o ) 。在上述的工作条件下，使动态再结晶可能发 生。若发生了动态再结晶的软化过程，则次动态再结晶在变形停止后也将惫速 发生。静态再结晶模型是建立在s a l l e r s 修改a v r a m i 2 1 1 方程的基础上，并给出了 和包含0 0 6 4 0 2 5c ，o 3 1 t m n 的c m n 钢有关的一些常数这些常数是通过 对不同范围的原始晶粒尺寸( 4 0 15 0um ) ，应变和温度的c m n 钢样品进行扭 转实验测得的。 此外有不少文献f 2 0 】2 2 j 还描述了微台金钢n b 、v 、t i 等微合金元素对再结晶 动力学的影响。和以上所提到的普碳钢不一样，这些钢由于发生形变诱导析出 使其在较低温度的再结晶过程中有不同的变化。到目前为止，对这种钢的研究 还只限于在有低n b 含量( o 0 1 3 0 0 3 w t ) 的钢，有c u 和n i 的附加元素，应 变从o 3 2 4 ，温度从8 5 0 1 0 0 0 c 这样的条件下进行f 2 们。如前所述，再结晶过 程中变化是由于在低温条件下发生的应变诱导析出引起的。s e l l a r s 和d u t t a 2 l 提 出的模型用来预报在n b 微合金中由于化学成分的作用使析出开始的温度t p s 发 生变化，并且提出了表征静态、动态再结晶的物理参数的相关表达式。同时还 考虑了变形残余应变和可能发生的部分再结晶过程【23 1 。 7 河北理工大学硕士学位论文 2 实验方案 本文的实验内容共分两部分，为现场实测试验，二为实验室实验。前者 主要实测轧制工艺及力能参数；后者则检测钢板的金相组织与取样后宏观性能 参数。 2 1 生产现场过程轧制试验 2 1 1 试验现场( 邯钢中板厂) 概况 邯钢中板分厂的车间平面布置图如图2 所示。 堡垒塑妄 图2 邯钢中板分厂车间平面布置简图 f i 9 2s k e t c hm a po f p l a t el a yw o r k s h o po f m e d i u mp l a t ef a c t o r yi nh a n d a ns t e e lg r o u p 其生产过程的工艺流程：钢坯( 火焰切割、选坯) 一加热( 1 、2 撑加热 炉) 一除鳞箱一四辊可逆式轧机( 轧制过程中间可进行延迟冷却) 一热矫直机 一测厚仪一热剪( 切断长钢板) 一冷床一检查台( 检查上表面) 一翻板机( 翻 板之后检查下表面) 一圆盘剪( 切边、定钢板宽度) 一定尺剪( 定钢板长度、 取样) 一打号( 炉号、钢种、尺寸) 一收集台一入库。 中板厂使用的钢坯有单倍尺和双倍尺两种，所谓单倍尺钢坯长度是在 1 6 0 0 2 7 0 0 m m 左右，符合中板厂的加热炉的加热宽度限制，可以直接进加热炉 加热，而双倍尺钢坯的尺寸一般都大于2 7 0 0 m m ，需要进行火焰切割。其中，一 炼钢规格为厚度( 1 8 0 、1 5 0r a m ) 长度( 1 6 0 0 2 5 0 0 m m ) 和三炼钢规格为厚度 2 2 0 m m x 长度2 0 0 0 m m 以下的钢坯进入2 # 蓄热炉，而一炼钢规格为厚度( 1 8 0 、 8 一 ! 塞堕互墨 1 5 0r a m ) 长度2 5 0 0 m m 以上和三炼钢规格为厚度2 2 0 r a m x 长度2 0 0 0 m m 以上 的铜坯进1 撑步进炉加热。 四辊可逆式中板轧机的最大轧制力为4 0 0 0 吨；最大的切断力矩为：当转速 为5 5 、1 2 0 、1 3 0 转分时最大的切断力矩为1 6 5 、5 0 、4 5 吨米：轧辊转速 0 - 5 5 - 1 3 0 r p m ；轧制速度0 - 5 ，9 9 m s ，主电机的额定功率为3 4 4 0 k w 2 。 2 1 2 现场试验方案 现场试验主要包括以下几个方面； 1 轧制间隙时间、轧制节奏的实测。利用秒表实测各班组在轧制不同品种 时的轧制间隙时间和生产节奏。 2 利用r a y r 3 1 2 m l 3 u 型红外测温仪实测温度参数，包括出炉温度、开轧 温度、终轧温度、待温钢种的待温开始温度、待温终了温度等。 3 各道次轧制压力、电机扭矩、电机转速、辊缝以及与之相对应的坯料的 化学成分、坯料尺寸、成品尺寸，各道次的辊缝值，成品板厚。 4 在精整区定尺剪切头尾处，截取钢板中间位置7 0 r a m 左右宽度做为试 样以餐金相检测及性能测试。 表l 实验用钢种和化学成分 t a b l e lc o m p o s i t i o no f c h e m i s t r yc o m p o n e n ta n ds o r to f s t e e li ne x p e r i m e n t 洲h 嫠慧bm 寸mh 鬈譬m m 鬻鬻 化学成分 ，h b l ， 度度 。 1 6 m n r 1 0 2 2 0 02 2 0 x 1 6 0 0 1 6 3 01 1 0 08 4 7 c0 1 7 m n1 3 5s i 0 2 9 一一一 ! ! ：! ! i 盥：蝗i 本论文设计的现场实测方案见附表a 。若使实测参数服从正态分布规律， 所测数据越多越好，故实测数据越多越好，可靠性也就越高。 本论文中实测的钢种为1 6 m n r ，其规格和化学成分如表l 所示，现场试验 实测各参数时，需测1 5 2 0 组数据。测试过程中对数据前后的一致性与相关性 予以特别关注，以使所测数据前后统一、可靠，反映客观规律。 - 9 - 河北理工大学硕士学位论文 2 2 实验室实验 221 实验方法 实验室实验主要包括两部分：金相实验和性能实验。 1 会相实验 金相实验室进行金相组织的检测实验，通过光学显微镜( 舆地利莱雪特公 司m e f 3 型) ，主要是测量晶粒等级、各组成相的体积百分数，拍出金相组织 的照片。 测量方法【1 5 1 如下： l 、晶砬级剐 晶粒级别的判定主要是采用比较法，即将测量对象与标准图样进行比较定 出级别。这种方法简单而且效率高，但往往有测量者的主观因素而带来的误 差，精确性和再现性羞，同时，所得到的级别在表明组织的量上没有确切的物 理概念。 2 ) 各组成相的百分数 本实验主要采用记点法来进行测量。记点法有两种，其一是直接数出在单 位面积被测组织所占的点数( p a ) ；另一种方法是用标准的网格放在被直接测 量的组织或金相显微镜的目镜内，数出落在被测组织内的点数，再除以被测量 用网格的总数( p r ) ，所求得的商值就为所测各种相的百分数。本实验采用的 是后者。 2 性能实验 性能实验在中板厂的性能测试中心进行，测得钢板的最终性能参数，如 o - ，、瓯等参数。 2 2 2 实验方案 1 金相实验方案 1 1 将试样切割成所需的长度和宽度尺寸，为了防止破坏试样的轧制组织， 用钢锯在样品钢板上截取1 5 m m 长x | 5 r a m 宽的试件，观察其纵向截面； 1 0 2 实验方寰 2 1 将试样进行打磨抛光； 3 ) 用3 的硝酸酒精对试样进行腐蚀处理； 4 ) 在显微镜下观察其金相组织，同时计算铁素体和珠光体的体积百分数， 观察铁素体的晶粒度。具体步骤为： ( 1 ) 在放大倍数5 0 0 ，并标有晶粒度等级的电子显微镜下观察试样，视场中 的铁素体晶粒大小与标准的晶粒度等级中的晶粒大小相比较即可得到所测试样 的晶粒度等级。 ( 2 ) 在拍摄的金相图片上测量铁索体的平均晶粒弦长来获得晶粒尺寸的大 小，其平均晶粒弦长为： l = l 形m “) 式中： p 一测试线与晶界相交的次数： 肼放大倍数； 三一晶粒的平均弦长，i j - m ； 一测试线的长度，um 。 ( 3 ) 在拍摄的金相图片上测定相组成百分率。其方法是：用刻度尺测量图片 的宽度b 和与该宽度相交的珠光体的总长度l ，则珠光体的百分含量即为该长 度与宽度的比值。为得到比较精确的测定结果，共测量并计算1 0 组数据，计算 结果的平均值即为最后的测定的珠光体的百分含量。 5 1 拍出金相组织照片。 2 力学性能实验方案 1 ) 取样：在精整的切头尾处，用斜刃剪切取大约7 0 m m 左右宽度的钢板， 打号后待用； 2 1 力学性能实验：在济南试验机厂制造的液压式万能试验机( 型号： w e l o o ，试验级别：1 级) 上进行屈服点、抗拉强度以及延伸率的试验。 2 2 3 实验结果 1 金相实验结果 河北理工大学硕士学位论文 表2 组织组成及铁素体晶粒尺寸实测结果表 t a b l e 2m e a s u r e m e n tv a l u eo f m i c r o s t r u c t u r ea n df e r r i t eg r a i n 竺篓一篓墨立竺墨芝：量釜一 1 6 m n r 7 60 4 2 3 9 6 1 11 1 1 4 7 8 59 实验测得的1 6 m n r 最终的组织组成、铁素体晶粒尺寸和晶粒度的大小实验 结果如表2 所示，试样的金相照片如图3 所示。 由图3 可知，试样的金相组织是带状的，其显微组织具有明显的方向性， 钢板横向冲击韧性将低于纵向者；带状组织对钢板的性能不利。 轧制工艺的不同和化学成分的差异是造成的上述结果的主要原因，本论文 试样的终轧温度为8 4 7 ，钢种为1 6 m n r ，终轧温度值和化学成分均来自现场 实测。图4 【2 4 1 是在8 5 0 。c 开轧，8 2 5 * ( 2 终轧的变形温度制度下，轧制带钢时得到 的，可见也显示出某种程度方向性的带状组织结构。该组织的化学成分为c ： 0 1 9 2 ：m n ：1 2 9 ；si ：o 2 8 7 ；s ： 0 0 1 3 ；p ：o 0 2 0 ，与本论文中1 6 m n r 钢化学成分十分接近。 图31 6 m n r 金相组织图5 0 0 ，铁素体十珠光体图4c m n 金相组织图铁素体+ 珠光体1 2 4 i f i 9 3s t r u c t u r eo f l 6 m n r 5 0 0 ，f e r r i t e + p e a r l i t ef i 9 4s t r u c t u r e o f c - m n ，f e r r i t e + p e a r l i t e 从轧件的化学成分来分析，本论文试样的钢板的c 、m n 含量较高25 1 ，连铸 坯易产生成分偏析，造成树枝晶发达，杂质元素偏析在树枝晶间。在轧制中， 树枝晶逐渐延伸变形，是形成纤维状带状组织的原因之一。 从现场变形工艺条件来说，为保证1 6 m n 钢板的性能，在终轧前几道次应让 其处在奥氏体未再结晶或部分再结晶区轧制，奥氏体晶粒没有发生完全的再结 晶恢复，而是在轧制过程中产生了变形带，并在冷却相变过程中使得钢板出现 了带状的显微组织。 1 2 2 实验方案 为了减轻待温钢板( 即专业板2 5 】) 中的带状组织，在冶炼、轧制过程中， 应采取以下措施：调整化学成分，使含c 量靠下限，m n 含量靠中限：降低p 、 s 含量，减小杂质含量，减弱树枝晶发展：减少出钢过热度，钢液尽快凝固，使 低熔点杂质来不及聚集，减轻成分偏析；控制终轧温度，过低的终轧温度会促 进和加剧带状组织的形成；增加展宽比，控制展宽比在1 5 以上，减少纵、横性 能差异：轧后加速冷却，加速相变过程，不给c 原子扩散时间，使带状组织来 不及形成。 2 力学性能实验 试验测得的1 6 m n r ( 如表1 所示) 的力学性能结果如表3 所示。 表3 实测力学性能表 t a b l e 3f o r c ep r o p e r t yo fs u r v e y 实测钢种屈服强度( m p a )抗拉强度( m p a )延伸率( ) 1 6 m n p 3 5 55 2 0 3 0 河北理上大学硕士学位论文 3中板轧制坯料设计与生产计划 中板生产存在钢种多、成品种类多( 单是厚度、宽度和长度尺寸的所有组 合就可高达几于万个甚至上亿个) 、坯料尺寸多、合同订单复杂多样以及金属 剪切损耗量大等特点，这在实际生产中，势必对成材率的提高、生产过程中的 调度和管理造成影响，最终影响经济效益。而成材率是一项综合性的技术经济 指标( 2 引，成材率的提高不仅意味着金属损耗减少，钢材产量增加，同时也反映 了产品质量的提高和综合能耗的降低，所以，成材率既表现企业的水平，也表 征企业的经营管理水平。它对提高企业的经济效益起着重要的作用，尤其在市 场经济条件下，提高成材率是降低生产成本。增强企业竞争力的重要措施之 一d 中板的坯料设计与剪切工艺优化是以提高成品钢板的宏观的力学性能、轧 机生产效率、成材率和降低生产成本为目标的，即根据成品钢板尺寸、钢种、 供货要求，在满足现场工艺、设备安全的前提下，以最大成材率为目的确定合 理的展宽比、压缩比、连铸坯断面规格、坯料长度、下料块数、切边量、切头 尾量以及倍尺数等参数。 中板生产计划管理与合理生产用时是以提高中板厂的生产率、作业率为目 标，即根据合理的坯料尺寸、剪切工艺、变形规程和每天的纯作业时间来安排 和调度每班组的生产计划，在轧前即可预报出各生产班组的产量以及每天三个 班组总产量、作业率、生产率和生产用时等技术经济指标，从而使各班组之间 生产任务的分配和衔接更加合理，生产秩序更加有条不紊，更加有利于中板生 产厂家的生产效率