CN108763637B - 一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，包括如下步骤：以不同钢种的碳素钢或合金钢的化学成分数据为依据，折算成碳当量，统计并整理各钢种的碳当量实测值和平均值变化情况，设为自变量；统计并整理各钢种的抗拉强度实测值和平均值变化情况，设为因变量；建立碳当量与抗拉强度的数学关系式，求得回归方程；修正处理，得到最优化回归方程；利用建立的碳当量和抗拉强度的最优化回归方程，来计算与预判热轧线材的抗拉强度变化。本发明的通过对热轧线材抗拉强度的预测，来给新钢种产品的选择、设计和工艺编制等提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及钢材抗拉强度计算领域，具体涉及一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法。
背景技术
随着产品设计力学性能要求的提高，研发或引进的新钢种也日益增多。但是，由于诸多因素，这些新钢种的资料或数据却不能够及时获得，这就给产品的选择、设计和工艺编制等带来了困难。
在钢材众多性能指标中，抗拉强度是衡量热轧线材产品设计和力学性能的一项重要指标参数，在一定程度上决定了材料的可使用性。在拉伸试验过程中，试样从开始拉拔到最终发生断裂，所得到的最大应力与试样原始横截面积的商，即为该检测试样的抗拉强度。通常影响热轧线材抗拉强度的因素有：一是内在因素，主要是化学成分、显微组织结构和晶粒度等；二是外在因素，主要有温度、时间、应变与应力、轧制和冷却过程等。对于热轧线材，在现有的斯太尔摩线控冷能力下，热轧线材的抗拉强度主要受钢种化学成分和热处理状态的影响。对于不同化学成分的钢种，在相同的热处理（控冷控轧）状态下，其抗拉强度的变化主要受化学成分（碳当量）的影响，而其他因素的作用可用一个修正参数修正。因此，可以通过数学公式建立碳当量与抗拉强度的关系式。
对于热轧线材的抗拉强度，首先，化学成分的影响作用是主要的。随着含碳量的增加，含碳量由0.08%左右增加到0.90%左右，抗拉强度逐渐增加，由350MPa左右逐渐增加到1350MPa左右。当增加合金元素后，将会使热轧线材的组织转变、晶粒度等发生变化，使得抗拉强度随着合金元素的添加或质量百分数的增加而增大，如V的细化晶粒作用，Cr、Mn、Si等元素的固溶强化作用等，如65#与65Mn，SWRH82A与SWRH82B。其次，显微组织的影响作用，显微组织的影响作用主要通过化学成分和生产工艺（控轧控冷）过程表现出来。化学成分对显微组织的影响，可简单概述为：随着含碳量的增加，显微组织中珠光体（索氏体）含量逐渐增加，先共析物逐渐减少，故抗拉强度相对增加。同时在生产工艺（控轧控冷）过程中，通过加工硬化、回复和再结晶等组织变化，使得热轧线材的显微组织发生变化，最终引起抗拉强度的变化。其次是外在条件，主要有两方面因素：一是轧制压缩比，小规格的轧制压缩比大于大规格的，故小规格的热轧线材组织相对更为致密，加工硬化程度更大，抗拉强度相对也较大。二是冷却速率，在一定冷却条件下，小规格的冷却速率大于大规格的，故晶粒度相对细化，抗拉强度相对也较大。第三是其他因素，如：人为误差、设备检测误差和时效性等，也将会对热轧线材的抗拉强度产生影响，但这些因素非主要因素。
同时，考虑到实际情况，如生产控制过程的不稳定性，各钢种的化学成分和显微组织结构的差异性等，都将会引起热轧线材的抗拉强度产生波动。故选择利用修正系数k来进行修正处理，来满足对热轧线材抗拉强度变化的预判。
发明内容
为了解决现有技术存在问题，本发明的主要目的在于，通过对热轧线材抗拉强度的预测，来给新钢种产品的选择、设计和工艺编制等提供技术支撑。
本发明以焊丝钢、冷镦钢、制钉材等低碳碳素钢和合金钢，帘线钢、胎圈钢、弹簧钢、桥索钢、预应力钢绞线用钢、钢丝绳用钢等中高碳碳素钢和合金钢的化学成分和力学性能数据为依据，建立碳当量与抗拉强度的关系。将各元素的作用折算成碳当量，并将其设为自变量，抗拉强度设为因变量，建立最优化回归方程。利用求得的最优化回归方程，来计算与预判热轧线材的力学性能参数——抗拉强度。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，主要包括如下步骤：
(1)以不同钢种的碳素钢或合金钢的化学成分数据为依据，并将其折算成碳当量，统计并整理各钢种的碳当量实测值和平均值变化情况，将其设为自变量；
(2)以不同钢种的碳素钢或合金钢的抗拉强度数据为依据，统计并整理各钢种的抗拉强度实测值和平均值变化情况，将其设为因变量；
(3)以得到的热轧线材碳当量和抗拉强度检测数据作比较，判断碳当量和抗拉强度是否成线性关系，如果成立则建立碳当量与抗拉强度的数学关系式，求得回归方程；
(4)考虑到其他影响因素，利用修正系数k来进行修正处理，得到最优化回归方程；
(5)利用建立的碳当量和抗拉强度的最优化回归方程，来计算与预判热轧线材的抗拉强度变化。
进一步地，步骤（1）和（2）中的钢种包括低碳钢、中碳钢和高碳钢。
进一步地，步骤（1）和（2）中的钢种根据热轧线材的产量和市场保有量进行选择，所述低碳钢包括焊丝钢、冷镦钢、制钉材；中碳钢和高碳钢包括合金钢，帘线钢、胎圈钢、弹簧钢、桥索钢、预应力钢绞线用钢、钢丝绳用钢。
进一步地，步骤（1）中的的各钢种的化学元素作用折算成碳当量，可根据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式和直读光谱仪的检测数据进行折算。
进一步地，所述步骤（1）中采用列表法统计并整理各钢种的碳当量实测值和平均值变化情况。
进一步地，步骤（2）中对热轧线材的抗拉强度进行检测的设备为微机控制电液伺服万能试验机。
进一步地，步骤（2）中采用列表法统计并整理各钢种的抗拉强度实测值和平均值变化情况。
进一步地，步骤（3）中采用作图法统计并比较各钢种的碳当量和抗拉强度的平均值变化情况。
本发明的有益效果是：
1、通过对热轧线材抗拉强度的预测，来给新钢种产品的选择、设计和工艺编制等提供技术支撑。
2、本发明通过对回归计算公式的计算值与抗拉强度平均值的比较，两者相对误差较小，最大绝对误差为40MPa，最大相对误差为4.0%。
3、通过修正系数k（0.95~1.05）的修正处理，可以满足对热轧线材抗拉强度的预测，以及抗拉强度变化范围的预判。
附图说明
图1低碳钢和低碳合金钢碳当量与抗拉强度的检测数据；
图2中高碳钢和中高合金钢碳当量与抗拉强度的检测数据；
图3低碳热轧线材的计算值与平均值的比较；
图4中高碳热轧线材的计算值与平均值的比较。
具体实施方式
为了便于本领域内技术人员理解，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。
一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，主要包括如下步骤：
(1)以不同钢种的碳素钢或合金钢的碳当量数据为依据，统计并整理各钢种的碳当量实测值。统计数据结果见表1和表2。
表1 低碳热轧线材的碳当量与抗拉强度的检测数据
表2 中高碳热轧线材的碳当量与抗拉强度的检测数据
(2)以不同钢种的碳素钢或合金钢的抗拉强度数据为依据，统计并整理各钢种的抗拉强度实测值。统计数据结果见表1和表2。
(3)以不同钢种的平均碳当量和平均抗拉强度数据为样本，做散点图，见图1和图2。比较发现，热轧线材的平均抗拉强度与平均碳当量之间存在线性数学关系，故可以利用线性回归数据处理。
(4)考虑到其他影响因素，如生产控制过程的不稳定性，各钢种的化学成分和显微组织结构的差异性等，都将会引起热轧线材的抗拉强度产生波动。故利用修正系数k来进行修正处理，以保证抗拉强度的检测结果在抗拉强度预判的范围内变化。具体见表3和表4，图3和图4。
表3 抗拉强度计算值与平均值的比较
表4 修正处理后的抗拉强度变化
(5)利用建立的碳当量和抗拉强度的最优化回归方程，来计算与预判热轧线材的抗拉强度变化。公式如下：
低碳：
，r=0.9849
中高碳：
，r=0.9855
式中：
为抗拉强度，单位MPa；CE为碳当量，单位%；k为修正系数，取值0.95~1.05；r为相关系数。
本发明所述的热轧线材抗拉强度计算与预判方法，通过对最优化回归计算公式的计算值与抗拉强度平均值的比较，两者相对误差较小，最大绝对误差为40MPa，最大相对误差为4.0%。同时，通过修正系数k（0.95~1.05）的修正处理，可以满足对热轧线材抗拉强度的预测，以及抗拉强度变化范围的预判。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
步骤（1）以不同钢种的碳素钢或合金钢的化学成分数据为依据，并将其折算成碳当量，统计并整理各钢种的碳当量实测值和平均值变化情况，并将其设为自变量；
步骤（2）以不同钢种的碳素钢或合金钢的抗拉强度数据为依据，统计并整理各钢种的抗拉强度实测值和平均值变化情况，并将其设为因变量；
步骤（3）比较得到的热轧线材碳当量和抗拉强度数据，判断碳当量和抗拉强度是否成线性关系，如果成立则建立碳当量与抗拉强度的数学关系式，求得回归方程；
步骤（4）考虑到其他影响因素，利用修正系数k来进行修正处理，得到最优化回归方程；
步骤（5）利用建立的碳当量和抗拉强度的最优化回归方程，来计算与预判热轧线材的抗拉强度变化，公式如下：
低碳：
，r=0.9849
中高碳：
，r=0.9855
式中：
为抗拉强度，单位MPa；CE为碳当量，单位%；k为修正系数，取值0.95~1.05；r为相关系数。
2.如权利要求1中所述的一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，其特征在于，步骤（1）和（2）中的钢种包括低碳钢、中碳钢和高碳钢。
3.如权利要求2中所述的一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，其特征在于，步骤（1）和（2）中的钢种，根据热轧线材的产量和市场保有量进行选择，所述低碳钢包括焊丝钢、冷镦钢、制钉材；中碳钢和高碳钢包括合金钢，帘线钢、胎圈钢、弹簧钢、桥索钢、预应力钢绞线用钢、钢丝绳用钢。
4.如权利要求1中所述的一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，其特征在于，步骤（1）中的各钢种的化学元素作用折算成碳当量，根据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式和直读光谱仪的检测数据进行折算。
5.如权利要求1中所述的一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，其特征在于，所述步骤（1）中采用列表法统计并整理各钢种的碳当量实测值和平均值变化情况。
6.如权利要求1中所述的一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，其特征在于，步骤（2）中对热轧线材的抗拉强度进行检测的设备为微机控制电液伺服万能试验机。
7.如权利要求1中所述的一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，其特征在于，所述步骤（2）中采用列表法统计并整理各钢种的抗拉强度实测值和平均值变化情况。
8.如权利要求1中所述的一种热轧线材抗拉强度的计算与预判方法，其特征在于，所述步骤（3）中采用作图法统计并比较各钢种的碳当量和抗拉强度的平均值变化情况。
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