CN111707799A - 一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢铁冶金技术领域，公开了一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法。该方法包括：(1)对铸坯代表区域进行凝固组织检验，根据检验结果对铸坯代表区域进行晶区划分；(2)对钢轨进行枝晶腐蚀检验，根据检验结果对钢轨进行划分晶区；(3)对铸坯代表区域和钢轨的晶区具体位置进行对应，确定区域遗传关系。本发明所述的方法可以有效获得重轨钢轧制过程中铸坯与钢轨的区域对应关系，为钢轨质量的精细化控制提供重要参考依据。具体地，本发明所述的方法使大断面重轨钢铸坯轧制过程的区域迁移遗传得以表征，为重轨钢非金属夹杂物评级检验结果改善控制提供重要工艺实施参考，为轧制模拟计算模型的校验提供了重要依据。

Description

一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法。
背景技术
钢轨是铁路轨道的主要组成部件，在铁路运输过程中，对机车提供有效支撑及引导，需承受来自车轮的巨大垂向压力。基于我国基础建设发展需求，铁路运输正以迅猛的速度发展，并不断趋于高速化、重载化。这无疑对钢轨质量提出了更加严苛的要求。钢轨在与车轮接触的时候，承受着机车回环往复且多变的载荷，其纯净度对于钢轨疲劳寿命有着重要影响。由于钢中夹杂物对钢材基体组织连续性的阻碍作用，使得钢材在轧制加工、热处理以及使用过程中与夹杂物发生分离，导致缝隙产生，对钢材力学性能、抗腐蚀性等指标产生消极影响。
此外，基于我国基础建设发展需求，铁路运输正以迅猛的速度发展，并不断趋于高速化、重载化。钢轨规格尺寸也逐渐增大，为减少焊接接头，保证铁路钢轨更高的整体性，大规格钢轨的定尺也在增加。通过以前较小断面铸坯轧制大规格长定尺的钢轨无疑要求铸坯长度定尺更长，这造成后续热处理设备需要进行较大改造；如若铸坯断面尺寸不变，而钢轨规格尺寸变大，这对轧制过程的压缩比无疑造成影响，最终影响钢轨致密度等物性指标。
综上可知，无论是凝固末期低温析出的MnS非金属夹杂还是铸坯断面的改变，轧制过程区域遗传对二者的研究具有重要基础作用。一方面准确掌握重轨钢MnS非金属夹杂检验区域对应铸坯的具体区域对该区域的冷却凝固控制具有重要指导意义；再者，铸坯断面改变后，轧制钢轨的特定区域对应铸坯具体位置发生改变，掌握轧制过程的区域异常也为断面改变提供重要基础作用。
目前，国内外关于轧制过程遗传性的研究较多，但绝大部分集中且局限于数值模拟计算，然而受限于实物实际结果的校验，数值模型往往可能与实际偏离很大，极大的限制是计算机数值模拟仿真计算对生产实际问题研究的指导作用发挥。
例如：
中国专利CN108311544A公开了一种轧制力参数自学习方法及装置，用以自适应地根据带钢的属性与实时工况确定轧制力自学习参数，提高带钢的轧制精度。该方法包括：获取待轧制带钢的属性参数；基于待轧制带钢的厚度、宽度、终轧温度,确定待轧制带钢对应的轧制模型的第一权重系数；基于第一权重系数、待轧制带钢的炉号、流号、轧制辊号、待轧制带钢的与上一块带钢的时间间隔，确定待轧制带钢的遗传类型；如果待轧制带钢的遗传类型为短遗传类型，以与短遗传类型对应的自学习策略确定与待轧制带钢对应的轧制力自学习系数；如果待轧制带钢的遗传类型为长遗传类型，以与长遗传类型对应的自学习策略确定与待轧制带钢对应的轧制力自学习系数。但是，对于本发明所述的“一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法”并未涉及到。
论文“基于自适应网格多目标量子遗传算法的轧制规程优化”针对铝热连轧过程轧制规程优化目标的多样性问题，提出改进的混沌多目标量子遗传算法对轧制规程进行优化。该算法初始化引入混沌序列并采用量子位概率指导的实数交叉与混沌变异相结合的方法,同时采用非支配排序、自适应网格及外部解集等多目标优化策略，从而提高了寻优效率和收敛速度。以等相对负荷、末机架板形良好为目标函数，对河南某铝厂热连轧机进行轧制规程优化。仿真结果表明，优化规程的打滑因子和负荷系数优于原始规程。但是，对于本发明所述的“一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法”并未涉及到。
论文“棒材轧制椭圆孔型的多种群遗传优化”针对目前棒材连轧孔型全域优化问题，提出了多种群遗传算法，可以解决标准遗传算法存在的全域收敛差问题，并结合某钢厂连轧棒材椭圆孔的几何参数进行了多种群遗传算法优化分析。采用刚塑性有限元法模拟优化前后的两道次连轧过程，并分析了连轧过程轧制力的变化情况。结合Matlab曲线拟合和符号积分方法，计算优化前后的轧制能耗并进行比较。同时，借助实际铅件轧制过程的轧制力测试结果，较好地验证了模拟结果的可靠性。结果表明：优化后的孔型可以有效地降低轧制能耗和轧辊的轧制压力。但是，对于本发明所述的“一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法”并未涉及到。
CN107597841B公开了一种全万能四辊成品孔型轧制钢轨的方法，其包括如下步骤：矩形钢坯经过若干道次开坯粗轧后开坯；经万能粗轧孔型和粗轧边孔型往复轧制若干道次；经精轧边孔型精确控制尺寸；经万能成品孔型通过调整辊缝控制尺寸，万能成品孔型钢轨头辊辊缝设在轨头角部圆弧处。由于增加终轧道次高度方向的直接压缩量，钢轨轧件前端和尾端轨高尺寸变化减小，钢轨顶面受工具限制，形状和表面光洁度得到保证，终轧道次弯曲控制可以通过高向压下量进行调整。但是，对于本发明所述的“一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法”并未涉及到。
CN110579473A公开了一种金属材料中枝晶组织的自动全视场定量统计分布表征方法。本发明基于深度学习的方法，对枝晶组织特征图谱进行标记、训练,获得对应的目标检测模型，实现了全视场自动的枝晶组织中心的自动识别和标记，并结合图像处理方法，快速获得了较大范围内的所有枝晶组织的全视场形貌、位置、数量、间距等特征参数，实现了金属材料中枝晶组织的定量统计分布表征，方法具有准确、自动、高效以及定量统计分布表征信息量大的特点，较常规的单一视场的枝晶组织的特征尺寸的测量更具统计上的代表性。但是，对于本发明所述的“一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法”并未涉及到。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法，该方法可以有效获得重轨钢轧制过程中铸坯与钢轨的区域对应关系，为钢轨质量的精细化控制提供重要参考依据。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法，该方法包括以下步骤：
(1)对铸坯代表区域进行凝固组织检验，根据检验结果对铸坯代表区域进行晶区划分；
(2)对钢轨进行枝晶腐蚀检验，根据检验结果对钢轨进行划分晶区；
(3)对铸坯代表区域和钢轨的晶区具体位置进行对应，确定区域遗传关系。
优选地，在步骤(1)中，所述铸坯代表区域为铸坯枝晶腐蚀代表区域。
优选地，在步骤(1)中，所述凝固组织检验的检验方法为：将铸坯代表区域试样浸没于温度为23-27℃、浓度为36-38质量％的盐酸溶液中进行试样深腐蚀。
优选地，在步骤(1)中，试样深腐蚀的腐蚀时间为35-45min。
优选地，在步骤(1)中，对铸坯代表区域进行晶区划分时，将铸坯代表区域划分为激冷层、柱状晶、混晶和等轴晶。
优选地，在步骤(2)中，所述枝晶腐蚀检验的检验方法为：将钢轨试样浸没于温度为23-27℃、浓度为36-38质量％的盐酸溶液中进行试样深腐蚀。
优选地，在步骤(2)中，试样深腐蚀的腐蚀时间为35-45min。
优选地，在步骤(2)中，对钢轨进行划分晶区时，将钢轨划分为激冷层、柱状晶、混晶和等轴晶。
优选地，该方法用于检测炼钢厂生产的大断面重轨钢连铸坯及铸坯轧制的钢轨。
优选地，所述重轨钢的型号为U71Mn、U75V或U78CrV。
本发明所述的方法可以有效获得重轨钢轧制过程中铸坯与钢轨的区域对应关系，为钢轨质量的精细化控制提供重要参考依据。具体地，本发明所述的方法使大断面重轨钢铸坯轧制过程的区域迁移遗传得以表征，为重轨钢非金属夹杂物评级检验结果改善控制提供重要工艺实施参考，为轧制模拟计算模型的校验提供了重要依据。
附图说明
图1是铸坯枝晶腐蚀代表区域示意图；
图2是轨头方向的区域对应关系；
图3是轨底方向的区域对应关系。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明所述的基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法，包括以下步骤：
(1)对铸坯代表区域进行凝固组织检验，根据检验结果对铸坯代表区域进行晶区划分；
(2)对钢轨进行枝晶腐蚀检验，根据检验结果对钢轨进行划分晶区；
(3)对铸坯代表区域和钢轨的晶区具体位置进行对应，确定区域遗传关系。
在本发明所述方法中，在步骤(1)中，所述铸坯代表区域为铸坯枝晶腐蚀代表区域(如图1所示)。通过本发明所述的方法得到的区域遗传关系如图2和图3所示。
在具体实施方式中，在步骤(1)中，所述凝固组织检验的检验方法为：将铸坯代表区域试样浸没于温度为23-27℃(例如可以为23℃、24℃、25℃、26℃或27℃)、浓度为36-38质量％(例如可以为36质量％、37质量％或38质量％)的盐酸溶液中进行试样深腐蚀。
在步骤(1)中，所述试样深腐蚀的腐蚀时间为35-45min；具体地，例如可以为35min、36min、37min、38min、39min、40min、41min、42min、43min、44min或45min；优选地，步骤(1)中，所述试样深腐蚀的腐蚀时间为37-42min。
在本发明所述方法中，在步骤(1)中，对铸坯代表区域进行晶区划分时，将铸坯代表区域划分为激冷层、柱状晶、混晶和等轴晶。
在具体实施方式中，在步骤(2)中，所述枝晶腐蚀检验的检验方法为：将钢轨试样浸没于温度为23-27℃(例如可以为23℃、24℃、25℃、26℃或27℃)、浓度为36-38质量％(例如可以为36质量％、37质量％或38质量％)的盐酸溶液中进行试样深腐蚀。
在步骤(2)中，试样深腐蚀的腐蚀时间为35-45min；具体地，例如可以为35min、36min、37min、38min、39min、40min、41min、42min、43min、44min或45min；优选地，步骤(2)中，所述试样深腐蚀的腐蚀时间为40-45min。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，对钢轨进行划分晶区时，将钢轨划分为激冷层、柱状晶、混晶和等轴晶。
在具体实施方式中，该方法用于检测炼钢厂生产的大断面重轨钢连铸坯及铸坯轧制的钢轨。所述重轨钢的型号为U71Mn、U75V或U78CrV。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
本实施例用于说明采用本发明所述的方法检测某炼钢厂生产的大断面(280mm x380mm)U71Mn重轨钢连铸坯及铸坯轧制的钢轨。
获得了铸坯柱状晶区截止于距离铸坯窄边45mm位置处，而钢轨轨头区域柱状晶组织截止于距离踏面10mm处，即钢轨踏面至距离踏面10mm区域对应铸坯窄面至距离窄面45mm区域。同样，铸坯距离窄面45-94mm区域为混晶区，对应钢轨距离踏面10-18mm区域，重轨钢钢轨夹杂检验的距离踏面10-15mm对应铸坯距离窄面45-62mm区域，要对重轨钢夹杂检测评级结果加以控制则需要对铸坯距离窄面45-62mm区域凝固区间加以控制。距离铸坯窄面94-190mm区域为等轴晶区，对应钢轨等轴晶区起始于距离踏面21mm区域，即距离踏面21mm以下区域至轨腰中心均为等轴晶区。
实施例2
本实施例用于说明采用本发明所述的方法检测某炼钢厂生产的大断面(280mm x380mm)U75V重轨钢连铸坯及铸坯轧制的钢轨。
获得了铸坯柱状晶区截止于距离铸坯窄边43mm位置处，而钢轨轨头区域柱状晶组织截止于距离踏面9mm处，即钢轨踏面至距离踏面9mm区域对应铸坯窄面至距离窄面43mm区域。同样，铸坯距离窄面43-98mm区域为混晶区，对应钢轨距离踏面8-20mm区域，重轨钢钢轨夹杂检验的距离踏面10-15mm对应铸坯距离窄面45-67mm区域，要对重轨钢夹杂检测评级结果加以控制则需要对铸坯距离窄面45-67mm区域凝固区间加以控制。距离铸坯窄面98-190mm区域为等轴晶区，对应钢轨等轴晶区起始于距离踏面23mm区域，即距离踏面23mm以下区域至轨腰中心均为等轴晶区。
实施例3
本实施例用于说明采用本发明所述的方法检测某炼钢厂生产的大断面(320mm x410mm)U78CrV重轨钢连铸坯及铸坯轧制的钢轨。
获得了铸坯柱状晶区截止于距离铸坯窄边40mm位置处，而钢轨轨头区域柱状晶组织截止于距离踏面8mm处，即钢轨踏面至距离踏面8mm区域对应铸坯窄面至距离窄面40mm区域。同样，铸坯距离窄面40-86mm区域为混晶区，对应钢轨距离踏面8-23mm区域，重轨钢钢轨夹杂检验的距离踏面10-15mm对应铸坯距离窄面45-65mm区域，要对重轨钢夹杂检测评级结果加以控制则需要对铸坯距离窄面45-65mm区域凝固区间加以控制。距离铸坯窄面86-205mm区域为等轴晶区，对应钢轨等轴晶区起始于距离踏面22mm区域，即距离踏面22mm以下区域至轨腰中心均为等轴晶区。
上述实施例说明，采用本发明所述的方法后，大断面重轨钢铸坯轧制过程的区域迁移遗传得以表征，为重轨钢非金属夹杂物评级检验结果改善控制提供了重要工艺实施参考，为轧制模拟计算模型的校验提供了重要依据。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于凝固组织区域对应的重轨轧制区域遗传表征方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)对铸坯代表区域进行凝固组织检验，根据检验结果对铸坯代表区域进行晶区划分；
(2)对钢轨进行枝晶腐蚀检验，根据检验结果对钢轨进行划分晶区；
(3)对铸坯代表区域和钢轨的晶区具体位置进行对应，确定区域遗传关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述铸坯代表区域为铸坯枝晶腐蚀代表区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述凝固组织检验的检验方法为：将铸坯代表区域试样浸没于温度为23-27℃、浓度为36-38质量％的盐酸溶液中进行试样深腐蚀。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，试样深腐蚀的腐蚀时间为35-45min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，对铸坯代表区域进行晶区划分时，将铸坯代表区域划分为激冷层、柱状晶、混晶和等轴晶。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述枝晶腐蚀检验的检验方法为：将钢轨试样浸没于温度为23-27℃、浓度为36-38质量％的盐酸溶液中进行试样深腐蚀。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，试样深腐蚀的腐蚀时间为35-45min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，对钢轨进行划分晶区时，将钢轨划分为激冷层、柱状晶、混晶和等轴晶。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法用于检测炼钢厂生产的大断面重轨钢连铸坯及铸坯轧制的钢轨。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述重轨钢的型号为U71Mn、U75V或U78CrV。
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