CN103540728A - 一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，包括控轧控冷工艺，所述控轧控冷工艺中，加热温度为1150~1250℃；终轧温度为810~870℃；冷却速度为10~30℃/s；返红温度为540~600℃；矫直温度为520~580℃。还包括人工加速模拟自然时效的正交控制工艺，具体为：加热温度150~200℃，保温时间设定为0.5~5h，冷却速度控制在≤1℃/s。本发明所述的控制方法是可以模拟自然时效后钢板性能变化。实施后得到的趋势与自然时效性能变化趋势相一致，这样可以用来快速检测到钢板时效性能的变化，不影响生产节奏，也有利于供货的顺畅。
Description
技术领域
一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，属于轧钢技术领域。
背景技术
目前的轧钢技术中，钢板经过控轧控冷工艺后，下冷床堆垛，进行自然时效。轧后钢板常常强度降低，通过具体分析，发现强度降低的原因可能为：化学成分偏析引起的强度波动；钢材缺陷引起的强度降低；生产工艺不稳定引起的强度降低，检验因素引起的性能波动；钢板在放置过程中发生了性能变化，即出现的自然时效现象等。
自然时效的主要过程是：钢板轧件长期放置在自然环境中，环境变化带来温度变化反复，给构件多次造成反复的温度应力。在温度应力形成的过载下，促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。自然时效降低的残余应力不大，并且，工件经过长时间的放置，会使轧制中产生的应力集中发生塑性变形，松弛了应力轧件，使钢材的尺寸稳定性好，强度降低，并提高了钢材的韧塑性。自然时效是一种没有组织转变的过程，完全是轧材要克服本身存在的缺陷而自发的一种非热处理的转变过程。自然时效的特点是：方法简单易行，但生产周期长。占用场地大，不易管理，不能及时发现构件内的缺陷，对于大生产来说，自然时效不能及时反馈性能变化规律，影响生产节奏和供货，这就需要一种人工加速模拟自然时效的方法。
随着新一代TMCP技术及装备的推广，利用新一代超快速冷却装备开展钢种低成本生产已成为以后发展的趋势。低成本生产需要对合金元素进行减量化生产，就需要通过快速冷却细化晶粒来弥补因合金元素减少带来的强度指标损失，但这样做会使时效问题更加突出，而关于轧后钢板自然时效的问题关注较少，缺乏较系统的研究，而加速模拟自然时效的控制方法更是少有报道。基于这样的情况，通过对加速模拟自然时效的控制方法的研究，找出加速模拟试验与自然时效试验的对应关系，可以更好地为大生产服务，也有利于加快给客户供货与减少质量异议的发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种缩短实际生产获得时效性能变化的时间，有利于生产节奏的快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，包括控轧控冷工艺，还包括人工加速模拟自然时效的正交控制工艺，具体为：加热温度150～200℃，保温时间设定为0.5～5h，冷却速度控制在≤1℃/s。
本发明技术方案的进一步限定为，所述控轧控冷工艺中，加热温度为1150～1250℃；终轧温度为810～870℃；冷却速度为10～30℃/s；返红温度为540～600℃；矫直温度为520～580℃。
进一步地，采用的钢板为普碳钢，其化学成分(质量百分数)为C：0.13%～0.25%；Si：0.10%～0.40%；Mn：≤1.10%；P：≤0.015%；S：≤0.010%；Als：0.01%～0.05%；N：0.002%～0.01%；余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，采用正交工艺的钢板厚度为10～50mm。
进一步地，还包括人工加速模拟自然时效的验证步骤，具体为：
（1）人工加速模拟自然时效的冷却工艺中选取钢板厚度为10～50mm，设定温度为150～200℃，保温时间设定为0.5～5h，冷却速度控制在≤1℃/s，检测冷却后钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率；
（2）选取与步骤（1）中人工加速模拟自然时效相同的钢板，进行0天。、15天、30天、45天、60天的冷却，检测冷却后钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率；
（3）对比步骤（1）和步骤（2）中的检测到的性能数据，得出人工加速模拟自然时效的精确性。
进一步地，上述快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，包括如下步骤：
（1）选取的钢板为普碳钢，其化学成分(质量百分数)为C：0.13%～0.25%；Si：0.10%～0.40%；Mn：≤1.10%；P：≤0.015%；S：≤0.010%；Als：0.01%～0.05%；N：0.002%～0.01%；余量为Fe及不可避免的杂质；
（2）选取的钢板的厚度为10～50mm；
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度为1150～1250℃；终轧温度为810～870℃；冷却速度为10～30℃/s；返红温度为540～600℃；矫直温度为520～580℃；
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺，具体为：加热温度150～200℃，保温时间设定为0.5～5h，冷却速度控制在≤1℃/s。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，其工艺控制过程简单，易操作，对设备要求不高，验证后可较好地取得性能的变化规律，并与自然时效性能变化规律相符合；本发明通过自然时效机理模拟，可以较好的模拟自然时效性能变化规律，较大的缩短实际生产获得时效性能变化的时间，有利于生产节奏；本发明可以较快的获知某一工艺下轧后钢板时效性能变化趋势，并可采取相应的措施，减少钢板自然时效给客户带来的质量异议，通过获取自然时效变化规律，可以及时有效的对现有工艺进行优化和改进。
附图说明
图1为实施例1中人工模拟自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图2为实施例2中人工模拟自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图3为实施例3中人工模拟自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图4为实施例4中人工模拟自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图5为实施例5中人工模拟自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图6为实施例6中人工模拟自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图7为实施例7中人工模拟自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图8为实施例8中人工模拟自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图9为实施例1和实施例2中自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图10为实施例3和实施例4中自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图11为实施例5和实施例6中自然时效下的钢板性能变化趋势图；
图12为实施例7和实施例8中自然时效下的钢板性能变化趋势图。
具体实施方式
实施例1
本发明提供的一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，包括如下步骤：
（1）选取的钢板为普碳钢，其化学成分(质量百分数)为C：0.13%～0.25%；Si：0.10%～0.40%；Mn：≤1.10%；P：≤0.015%；S：≤0.010%；Als：0.01%～0.05%；N：0.002%～0.01%；余量为Fe及不可避免的杂质；
（2）选取的钢板的厚度为10～50mm；
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度为1150～1250℃；终轧温度为810～870℃；冷却速度为10～30℃/s；返红温度为540～600℃；矫直温度为520～580℃；
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺，具体为：加热温度150～200℃，保温时间设定为0.5～5h，冷却速度控制在≤1℃/s。
另外，本发明还包括人工加速时效与自然时效验证步骤，具体为：
（1）人工加速模拟自然时效的冷却工艺中选取钢板厚度为10～50mm，设定温度为150～200℃，保温时间设定为0.5～5h，冷却速度控制在≤1℃/s，检测冷却后钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率；
（2）选取与步骤（1）中人工加速模拟自然时效相同的钢板，进行0天。、15天、30天、45天、60天的冷却，检测冷却后钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率；
（3）对比步骤（1）和步骤（2）中的检测到的性能数据，得出人工加速模拟自然时效的精确性。
通过验证得出，采用快速冷却钢板的人工加速模拟自然时效控制方法后，检测的性能与自然时效性能变化规律一致，这样可以取代长时间的自然时效试验，及时了解检快速冷却下钢板的时效性能变化规律，有利于大生产的节奏顺畅。
下面为上述方法的具体实施例。
实施例1：一种快速冷却钢板的人工加速模拟自然时效控制方法，包括如下步骤：
（1）选取的钢板的化学成分质量百分比为：C：0.16%、Mn：0.9%、P：0.0090%、S：0.010%、Si：0.21%、Als：0.020%，N为0.0045%，余量为Fe及不可避免的杂质。
（2）所采取的钢种厚度为14mm。
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度：1200℃，终轧温度：860℃，冷却速度：15℃/s，返红温度600℃，矫直温度：580℃。
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺：温度选取150、200℃，保温时间选取0.5、1h、2h、3h、4h，冷却速度控制在≤1℃/s，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
（5）取相同的钢板进行相应的自然时效试验，进行0天、15天、30天、45天、60天的冷却，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
实施例2：一种快速冷却钢板的人工加速模拟自然时效控制方法，包括如下步骤：
（1）选取的钢板的化学成分质量百分比为：C：0.17%、Mn：0.92%、P：0.010%、S：0.008%、Si：0.25%、Als：0.030%、N为0.0050%，余量为Fe及不可避免的杂质。
（2）所采取的钢种厚度为14mm。
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度：1205℃，终轧温度：862℃，冷却速度：18℃/s，返红温度597℃，矫直温度：585℃。
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺：温度选取150、200℃，保温时间选取0.5、1h、2h、3h、4h，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
（5）取相同的钢板进行相应的自然时效试验，主要是0天、15天、30天、45天、60天，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
实施例1和实施例2的步骤（4）中，按国标对采用正交工艺后的钢板进行力学性能检测结果如表1所示，实施例1的钢板性能变化趋势如图1所示，实施例2的钢板性能变化趋势如图2所示。
表1：
上表中，变化值为轧后为时效性能值(即0天时效)确定，检测的性能为：屈服强度395MPa、抗拉强度528MPa、延伸率21%。
实施例3：一种快速冷却钢板的人工加速模拟自然时效控制方法，包括如下步骤：（1）选取的钢板的化学成分质量百分比为：C：0.162%、Mn：0.95%、P：0.011%、S：0.007%、Si：0.26%、Als：0.033%、N为0.0055%，余量为Fe及不可避免的杂质。
（2）所采取的钢种厚度为20mm。
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度：1215℃，终轧温度：852℃，冷却速度：22℃/s，返红温度585℃，矫直温度：580℃。
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺：温度选取150、200℃，保温时间选取0.5、1h、2h、3h、4h，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
（5）取相同的钢板进行相应的自然时效试验，主要是0天、15天、30天、45天、60天，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
实施例4：一种快速冷却钢板的人工加速模拟自然时效控制方法，包括如下步骤：（1）选取的钢板的化学成分质量百分比为：C：0.165%、Mn：1.0%、P：0.012%、S：0.008%、Si：0.18%、Als：0.033%、N为0.0040%，余量为Fe及不可避免的杂质。
（2）所采取的钢种厚度为20mm。
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度：1210℃，终轧温度：860℃，冷却速度：23.5℃/s，返红温度587℃，矫直温度：580℃。
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺：温度选取150、200℃，保温时间选取0.5、1h、2h、3h、4h，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
（5）取相同的钢板进行相应的自然时效试验，主要是0天、15天、30天、45天、60天，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
实施例3和实施例4的步骤（4）中，按国标对采用正交工艺后的钢板进行力学性能检测结果如表2所示，实施例3的钢板性能变化趋势如图3所示，实施例4的钢板性能变化趋势如图4所示。
表2：
上表中，变化值为轧后为时效性能值(即0天时效)确定，检测的性能为：屈服强度405MPa、抗拉强度533MPa、延伸率21.5%。
实施例5：一种快速冷却钢板的人工加速模拟自然时效控制方法，包括如下步骤：（1）选取的钢板的化学成分质量百分比为：C：0.16%、Mn：0.92%、P：0.013%、S：0.009%、Si：0.24%、Als：0.023%、N为0.0045%，余量为Fe及不可避免的杂质。
（2）所采取的钢种厚度为30mm。
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度：1205℃，终轧温度：840℃，冷却速度：28℃/s，返红温度570℃，矫直温度：560℃。
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺：温度选取150、200℃，保温时间选取0.5、1h、2h、3h、4h，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
（5）取相同的钢板进行相应的自然时效试验，主要是0天、15天、30天、45天、60天，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
实施例6：一种快速冷却钢板的人工加速模拟自然时效控制方法，包括如下步骤：（1）选取的钢板的化学成分质量百分比为：C：0.17%、Mn：0.97%、P：0.011%、S：0.006%、Si：0.26%、Als：0.031%、N为0.0065%，余量为Fe及不可避免的杂质。
（2）所采取的钢种厚度为30mm。
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度：1198℃，终轧温度：835℃，冷却速度：29℃/s，返红温度572℃，矫直温度：561℃。
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺：温度选取150、200℃，保温时间选取0.5、1h、2h、3h、4h，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
（5）取相同的钢板进行相应的自然时效试验，主要是0天、15天、30天、45天、60天，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
实施例5和实施例6的步骤（4）中，按国标对采用正交工艺后的钢板进行力学性能检测结果如表3所示，实施例5的钢板性能变化趋势如图5所示，实施例6的钢板性能变化趋势如图6所示。
表3：
上表中，变化值为轧后为时效性能值(即0天时效)确定，检测的性能为：屈服强度410MPa、抗拉强度539MPa、延伸率20.5%。
实施例7：一种快速冷却钢板的人工加速模拟自然时效控制方法，包括如下步骤：（1）选取的钢板的化学成分质量百分比为：C：0.15%、Mn：0.95%、P：0.012%、S：0.009%、Si：0.24%、Als：0.023%、N为0.0040%，余量为Fe及不可避免的杂质。
（2）所采取的钢种厚度为45mm。
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度：1195℃，终轧温度：821℃，冷却速度：12℃/s，返红温度560℃，矫直温度：555℃。
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺：温度选取150、200℃，保温时间选取0.5、1h、2h、3h、4h，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
（5）取相同的钢板进行相应的自然时效试验，主要是0天、15天、30天、45天、60天，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
实施例8：一种快速冷却钢板的人工加速模拟自然时效控制方法，包括如下步骤：（1）选取的钢板的化学成分质量百分比为：C：0.17%、Mn：0.85%、P：0.013%、S：0.007%、Si：0.28%、Als：0.032%，N为0.0055%，余量为Fe及不可避免的杂质。
（2）所采取的钢种厚度为45mm。
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度：1195℃，终轧温度：821℃，冷却速度：11.2℃/s，返红温度557℃，矫直温度：551℃。
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺：温度选取150、200℃，保温时间选取0.5、1h、2h、3h、4h，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
（5）取相同的钢板进行相应的自然时效试验，主要是0天、15天、30天、45天、60天，检测钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
实施例7和实施例8的步骤（4）中，按国标对采用正交工艺后的钢板进行力学性能检测结果如表4所示，实施例7的钢板性能变化趋势如图7所示，实施例8的钢板性能变化趋势如图8所示。
表4：
上表中，变化值为轧后为时效性能值(即0天时效)确定，检测的性能为：屈服强度393MPa、抗拉强度535MPa、延伸率23%。
实施例1～8中，分别对钢种厚度为14mm、20mm、30mm和45mm的钢板进行了自然时效性能检测，检测结果如表5所示，实施例1和实施例2中对钢种厚度为14mm的钢板进行了自然时效性能检测后的钢板性能曲线图如图9所示，实施例3和实施例4中对钢种厚度为20mm的钢板进行了自然时效性能检测后的钢板性能曲线图如图10所示，实施例5和实施例6中对钢种厚度为30mm的钢板进行了自然时效性能检测后的钢板性能曲线图如图11所示，实施例7和实施例8中对钢种厚度为45mm的钢板进行了自然时效性能检测后的钢板性能曲线图如图12所示，：
表5：
由表可知，采取的快速冷却钢板的人工加速模拟自然时效控制方法后，其检测的力学性能变化规律与自然时效下钢板性能变化规律一致，可以取代长时间的自然时效试验，对生产节奏有很大意义。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，包括控轧控冷工艺，其特征在于，还包括人工加速模拟自然时效的正交控制工艺，具体为：加热温度150~200℃，保温时间设定为0.5~5h，冷却速度控制在≤1℃/s。
2.根据权利要求1所述的一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，其特征在于，所述控轧控冷工艺中，加热温度为1150~1250℃；终轧温度为810~870℃；冷却速度为10~30℃/s；返红温度为540~600℃；矫直温度为520~580℃。
3.根据权利要求1所述的一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，其特征在于，采用的钢板为普碳钢，其化学成分(质量百分数)为C：0.13%~0.25%；Si：0.10%~0.40%；Mn：≤1.10%；P：≤0.015%；S：≤0.010%；Als：0.01%~0.05%；N：0.002%~0.01%；余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，其特征在于，采用正交工艺的钢板厚度为10~50mm。
5.根据权利要求1所述的一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，其特征在于，还包括人工加速模拟自然时效的验证步骤，具体为：
（1）人工加速模拟自然时效的冷却工艺中选取钢板厚度为10~50mm，设定温度为150~200℃，保温时间设定为0.5~5h，冷却速度控制在≤1℃/s，检测冷却后钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率；
（2）选取与步骤（1）中人工加速模拟自然时效相同的钢板，进行0天、15天、30天、45天、60天的冷却，检测冷却后钢板的屈服强度、抗拉强度和延伸率；
（3）对比步骤（1）和步骤（2）中的检测到的性能数据，得出人工加速模拟自然时效的精确性。
6.根据权利要求1所述的一种快速冷却钢板自然时效的人工加速模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）选取的钢板为普碳钢，其化学成分(质量百分数)为C：0.13%~0.25%；Si：0.10%~0.40%；Mn：≤1.10%；P：≤0.015%；S：≤0.010%；Als：0.01%~0.05%；N：0.002%~0.01%；余量为Fe及不可避免的杂质；
（2）选取的钢板的厚度为10~50mm；
（3）进行控轧控冷工艺，控轧控冷工艺中的参数为：加热温度为1150~1250℃；终轧温度为810~870℃；冷却速度为10~30℃/s；返红温度为540~600℃；矫直温度为520~580℃；
（4）采用人工加速模拟自然时效的正交控制工艺，具体为：加热温度150~200℃，保温时间设定为0.5~5h，冷却速度控制在≤1℃/s。
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2013
- 2013-09-25 CN CN201310442558.0A patent/CN103540728B/zh active Active
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