济钢厚板组织-性能项目结题报告.ppt

轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(东北大学),中厚板热轧过程组织性能预测的研究结题报告,一、项目完成的主要内容及过程,1、建立了描述济钢厚板轧制及层流冷却过程中的温度和 组织演变的物理冶金学模型。,2、建立了济钢厚板的轧制工艺数据库；通过热轧实验及热模拟实验确定了温度场和组织演变模型的关键参数，获得了适用于济钢厚板生产的工艺参数。,3、通过回归方法和神经元网络建立了描述济钢厚板的组织性能对应关系模型，包括预报厚板冲击功的神经元网络模型。,1.1 项目完成的主要内容,1）2004年6月2004年12月，现场调查和采集数据，编写各模块基础程序，建立轧制工艺数据库。 2）2004年122005年6月，第一次实验室轧制实验及热模拟实验，确立各模块的关键参数，建立了针对612mm厚板的屈服强度、抗拉强度的预测模型。 3）2005年62005年12月，第二次实验室轧制实验，建立了1240mm厚钢板的组织性能模型，包括屈服强度、抗拉强度、延伸率、冲击功的预测模型；完善软件各部分功能和完成软件界面设计。,一、项目完成的主要内容及过程,1.2 项目完成的主要过程,二、项目的主要创新点,2.1 厚板轧制过程温度变化的智能化预报模型,2.2 厚板常温冲击功的预报模型,二、项目的主要创新点,2.3 针对济钢厚板生产工艺，建立组织性能预测模型,厚板的轧制及冷却工艺 实验室模拟厚板热轧实验 钢种Q235、Q345、Q460的热模拟热轧实验,二、项目主要创新点,三、组织性能预报的建模思路,3.1 组织性能预报基本思路,3.2 组织性能预报的基本思路（针对济钢厚板）,三、组织性能预报的建模思路,三、组织性能预报的建模思路,3.3 模型的建立,温度场模块：各阶段换热系数的确定 组织演变： a)加热奥氏体晶粒尺寸变化模型 b)轧制过程静态、动态及亚动态再结晶动力学方程，沉淀析出动力学模型 c)奥氏体向铁素体（F）、珠光体（P）和贝氏体（B）转变的动力学方程 d）组织性能对应关系模型：强度、延伸率、冲击功各影响参数的确定,三、组织性能预报的建模思路,3.4 需要调整的参数表,表1 各模块需要调整的参数,四、实验室模拟热轧实验结果,实验室轧机基本参数：轧辊直径450mm,最大轧制力4000KN，轧制速度01.5m/s;辊缝最大开口度170mm;电机功率400KW;冷却速度0400/s,实验室轧制实验使用设备,四、实验室模拟热轧实验结果,表1 钢种的化学成分,表2 轧制的工艺参数,表3 轧制的工艺规程,四、实验室模拟热轧实验结果,四、实验室模拟热轧实验结果,4.1 终轧温度对组织的影响,(a) (b) (c) 不同终轧温度对晶粒大小的影响 a,790；b，810；c，900,终轧温度对组织和性能的影响(Q345B) a屈服强度 b常温冲击功,四、轧制实验结果,4.1 终轧温度对组织和性能的影响,（a） (b) (c) 终轧产品厚度对微观组织的影响 (a)6.5mm； (b)12mm； (c)16mm,四、实验室模拟热轧实验结果,4.2 产品厚度对显微组织的影响（Q345B）,a 冷却速度随板厚变化情况 b 性能随终轧厚度的变化,四、实验室模拟热轧实验结果,4.3 产品厚度对强度的影响（Q345B）,（a） (b) (c) 轧后冷却速度对Q345B微观组织的影响 (a)1.52.3 K/s (b)4.0 K/s (c)6.0 K/s,四、实验室模拟热轧实验结果,4.4 层流冷却速度对产品微观组织的影响（Q345B）,四、实验室模拟热轧实验结果,4.5 层流方式实验,轧后层流冷却段的冷却方式可分为三种：a)前段冷却 b)后段冷却 c)两段冷却,轧后层流冷却方式示意图,(a) (b) (c) 轧后层流冷却方式对组织的影响 (a)后段冷却 (b)两段冷却 (c)前段冷却,四、轧制实验结果,4.6 层流方式对微观组织的影响（钢种Q345B）,(a) (b) (c) 轧后层流冷却方式对组织的影响 (a)强度 (b)延伸率 (c)常温冲击功,四、实验室模拟热轧实验结果,4.7 层流冷却方式对性能的影响（Q345B）,五、C-Mn钢组织演变模拟计算结果,5.1 轧制全程温度模拟(FDM),利用前述的组织演变模型及热模拟和轧制实验结果对各参数的调整，模拟济钢厚板热轧过程材料在变形过程中温度、再结晶分数、晶粒尺寸、轧制力、位错密度等的变化。,轧 制 过 程 温 度 变 化 曲 线,五、C-Mn钢组织演变模拟计算结果,BP网络模型对厚板温度的预报 a 断面平均温度（线性回归和FEM） b 断面平均温度（BP和FEM） c 表面温度(BP和FEM ）,5.2 轧制全程温度模拟(神经元网络),五、C-Mn钢组织演变模拟计算结果,冷却方式对18mm厚板温度分布的影响 a 缓冷 b 前段急冷 c 后段急冷,5.3 层流冷却方式对厚板温度场的影响(FDM),五、厚板组织演变模拟计算结果,钢坯在加热炉中加热时，初始晶粒尺寸取决于加热温度、升温速率、保温时间以及钢的等效碳当量等因素。右图示出了奥氏体晶粒尺寸随加热温度的变化,加热过程奥氏体晶粒尺寸变化曲线,5.4 加热过程中奥氏体晶粒尺寸变化,五、厚板组织演变模拟计算结果,粗轧阶段细化晶粒的效果非常明显，可以将奥氏体晶粒尺寸从出加热炉的几百m细化到粗轧结束后的4050m(Q345B)；而精轧的细化效果没粗轧明显，由粗轧的40m下降到20m左右(Q345B)。图中还示出了Q460的奥氏体晶粒变化图。,轧制过程奥氏体晶粒尺寸变化曲线,5.5 轧制过程中奥氏体晶粒尺寸变化,对于C-Mn钢，厚板在粗轧过程中由于温度较高，道次间隙时间较长，所以发生静态再结晶较为完全，而NbV钢（Q460）由于固溶于钢中微合金元素的牵制作用，发生静态再结晶较为困难，所以再结晶不完全。,变形过程中再结晶分数的变化曲线,五、厚板组织演变模拟计算结果,5.6 轧制过程中再结晶分数变化,5.7 厚板厚向上的组织演变结果,五、厚板组织演变模拟计算结果,轧制过程中奥氏体晶粒大小及静态再结晶分数变化(Q345B) a奥氏体晶粒大小 b 静态再结晶分数,五、厚板组织演变模拟计算结果,轧制过程中动态再结晶分数及铁素体晶粒大小变化 a 动态再结晶分数 b 铁素体晶粒大小,5.7 厚板厚向上的组织演变结果（Q345B）,在热变形过程中，金属未变形前位错密度一般为 左右 ，热变形后位错密度会急剧上升，可以达到 左右。随着道次间再结晶的发生，位错密度会逐渐降低。,变形过程中位错密度的变化曲线,五、厚板组织演变模拟计算结果,5.8 位错密度演变结果（Q345B）,轧制力(KN)随温度的变化(C-Mn),五、厚板组织演变模拟计算结果,5.9 轧制力预报结果(Q345B),耦合流变应力模 型和再结晶组织演变 模型对厚板轧制过程 中轧制力的预报。,相变过程组织分数随温度的变化情况 (Q235B),五、厚板组织演变模拟计算结果,对于冷却中的相变过程，济钢厚板主要发生的是AF，AP，最终的组织为FP组织，也有少量的贝氏体存在。,5.10 相变过程组织演变的模拟,五、厚板组织演变模拟计算结果,5.11 组织演变结果验证（Q235B,Q345B,16MnR,Q460）,厚板组织组成预报结果 a 奥氏体晶粒尺寸 b 铁素体晶粒尺寸 c 最终相组成,六、性能预报效果及分析,6.1 强度的预报,对4个钢种热轧状态下的屈服和抗拉强度进行了预报，实测值和预报值的相对误差在8%以内。,热轧C-Mn及微合金钢强度的预报,6.2 延伸率的预报,对4个钢种热轧状态下的延伸率进行了预报，其绝对误差56在2 以内，95在5以内。,六、性能预报效果及分析,热轧C-Mn及微合金钢延伸率的预报,六、性能预报效果及分析,6.3 冲击功的预报,利用神经元网络和物理冶金学模型相结合的方法对济钢厚板的4个钢种的常温冲击功进行了预报,其绝对误差在30J以内。,热轧C-Mn及微合金钢常温冲击功的预报,六、性能预报效果及分析,6.4 性能预报完成对照,6.5 Charpy V型缺口冲击功影响因素分析（Q345B）,六、性能预报效果及分析,C和Mn含量对Charpy冲击功的影响,S和Mn含量对Charpy冲击功的影响,6.5 Charpy V型缺口冲击功影响因素分析,六、性能预报效果及分析,P和S含量对Charpy冲击功的影响,C含量和抗拉强度对Charpy冲击功的影响,六、性能预报效果及分析,6.5 Charpy V型缺口冲击功影响因素分析,铁素体晶粒尺寸和铁素体分数对Charpy冲击功的影响,终轧温度和冷却速度对Charpy冲击功的影响,七、结论,1）建立了描述济钢厚板轧制过程的组织性能预报系统，系统软件界面友好，操作简便。,2）该软件实现了对济钢厚板加热、轧制和冷却过程的组织演变模拟计算。利用人工神经网络和物理冶金学模型相结合的方法实现了对冲击功的预报，提高了性能预报的精度。,3）离线计算结果表明，该软件具有较高的预报精度，能为济钢厚板制定合理的工艺制度，开发新产品提供指导。最终达到提高效率，节约成本的目的。,谢 谢 大 家 ！,