CN113076629B - 高强度盘条热处理工艺控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高强度盘条热处理工艺控制方法，包括：获取盘条热处理历史数据；通过线性回归方程依据历史数据建立盘条力学性能模型；基于盘条力学性能模型，以盘条化学成分、规格参数作为输入，以热处理后的盘条力学性能要求为目标建立约束条件，得出热处理工艺范围；结合盘条钢种的等温转变曲线得出最优热处理工艺。本申请的工艺控制方法可快速确定热处理生产工艺，省略大量的模拟试验和生产调试过程；连续生产时，还可根据来料成分、规格的变化动态调整热处理工艺，将不同炉批号盘条由于成分差异导致的性能波动降至最低，提高热处理盘条的性能稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及钢铁线材热处理领域，特别是涉及一种高强度盘条热处理工艺控制方法。
背景技术
桥梁缆索用镀锌钢丝、钢绞线是现代大型桥梁建造的重要材料。随着桥梁行业技术的发展，大跨度悬索桥和斜拉索桥对其主缆和斜拉索用镀锌钢丝的抗拉强度级别要求提高至1960MPa以上，同时要求满足扭转指标，即对原材料即缆索钢丝用盘条的性能指标要求相应提高。使用高强度缆索钢丝，不仅可减轻桥梁重量、降低安装和维护成本，还能提高桥梁的安全系数。因此，如何提高缆索钢丝用盘条的强度及稳定性，已成为一个亟待解决的问题。
采用传统轧后控冷的方法生产的盘条强度有限，且性能波动较大，仅适用于生产1860MPa以下产品。通过对盘条进行轧后热处理可提高盘条性能，得到组织性能均匀且稳定的高强度盘条，可满足1960MPa及更高级别桥索镀锌钢丝对盘条原料的要求。
现有技术中，专利CN 106636581A公开了一种1960MPa及以上级桥梁缆索锁锌钢丝用盘条盐浴处理方法，专利CN 110205473A公开了一种提高超高强度缆索用盘条组织均匀性的热处理方法，上述两个专利通过对热轧盘条进行奥氏体化和等温盐浴淬火，减少了盘条的强度波动，提高组织性能稳定性。通过对盘条加热至奥氏体化后，进行等温索氏体化转变来达到提高和稳定盘条性能的目的，但是在热处理生产时，针对某一新成分或新规格盘条制订热处理工艺时，通常需要进行一系列热处理模拟试验来确定相关工艺参数，并且由于实验室与热处理生产车间设备状态等条件的不同，还需要进行大量生产调试以便最终确定热处理工艺。这种传统的工艺制订方法要经过多次生产调试和检验，耗费人力、且效率低。
近年来，随着大数据分析技术开始在众多行业中发展应用，MES系统、ERP系统及协同办公平台等大数据系统都已在众多钢铁企业中得到应用。如何有效利用建立起来的大数据平台来指导生产，成为当下众多企业的一个热门研究方向。在线材盘条热处理生产方面，如何依据以往生产数据快速制订生产工艺，并对热处理过程进行动态控制以提高性能稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度盘条热处理工艺控制方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度盘条热处理工艺控制方法，包括：
(1)收集热处理产线的已有数据，生产过程数据至少包括热处理温度、盘条走线速度，检化验数据至少包括盘条化学成分、直径、力学性能数据，采用炉批号作为关键变量串联生产过程数据和检验数据，并计算热处理时间t，t＝L/V，其中L为等温槽长度，V为盘条走线速度；
(2)通过已生产产品的性能数据建立盘条性能的预测模型，以盘条化学成分、直径、热处理温度、热处理时间为输入变量，以抗拉强度和断面收缩率为目标变量，采用线性回归方式构建盘条力学性能模型；
(3)在热处理生产前，调取预生产盘条的化学成分、直径信息，将其作为输入变量，带入力学性能模型中，以力学性能要求为约束条件，求解热处理温度和热处理时间区间；
(4)结合该钢种的等温转变曲线，选定热处理温度和时间并制定热处理工艺，选定范围内的中间值为优选值。
在上述技术方案中，盘条热处理原理是对热轧盘条进行完全奥氏体化后，快速进入等温槽中进行等温索氏体相变，等温槽中的冷却介质通常有熔融盐、熔融铅、水溶液等。由于等温温度控制精确、波动小，能保证获得的索氏体组织球团细小均匀、片层间距小和索氏体化率高，从而达到同时提高盘条强度和塑性、韧性的目的。
在盘条热处理过程中，完全奥氏体化后，决定盘条组织性能的热处理工艺参数主要为等温温度和等温时间，等温温度一般由等温介质温度即热处理温度决定，等温热处理时间一般由盘条走线速度决定。
本发明通过对不同成分与规格的盘条热处理过程数据进行分析，发现热处理后的盘条性能与来料成分、规格及热处理温度、等温热处理时间等存在一定的线性相关关系，可依据已生产数据建立力学性能预测模型。针对新成分或新规格的盘条，在热处理生产前，可根据已建立的性能模型，以化学成分、规格参数信息作为输入变量，以力学性能技术要求为约束条件，求解出热处理工艺参数即热处理温度和热处理时间的范围。
模型求解出的热处理工艺参数范围仅为需要满足性能目标要求的一个基本条件，在实际热处理生产过程中，盘条在等温槽内进行等温转变时，应尽可能达到等温转变曲线上的相变完成时间，如果实际热处理时间小于相变完成时间，就有可能导致转变不完全，残余奥氏体即有可能转变成为马氏体，马氏体为硬脆组织，此时虽然盘条强度提升了，但是盘条会因为组织中出现的马氏体而使韧塑性降低，用户后续拉拔过程中容易发生脆断，工程应用中也可能会造成严重的灾难性事故。
因此在模型求解结果的基础上，还要结合该钢种的等温转变曲线，最终确定热处理工艺的可选范围，以保证在满足性能目标要求的基础上，保证组织转变的充分进行，优选范围内的中间值作为工艺控制目标，选定热处理温度和热处理时间后，即可计算盘条走线速度，进而可确定热处理工艺。
与现有技术相比，本发明的一种高强度盘条热处理工艺控制方法在热处理前通过数据分析建立热处理盘条力学性能预测模型；基于该模型，以热处理后盘条的性能要求为目标建立约束条件，根据来料盘条的成分规格变化快速制订和调整热处理工艺，节省大量的模拟试验和生产调试。连续生产时，可对热处理后盘条性能进行预测和动态控制，当性能满足要求时，则保持原热处理工艺不变；当预测的性能不满足要求时，则根据模型动态调整热处理参数，从而使热处理后盘条的力学性能满足要求，这种情况下，可将不同炉批号盘条由于成分差异导致的性能波动降至最低，从而提高热处理盘条的性能稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例1的通过模型求解并结合等温转变曲线绘制的热处理参数范围图；
图2为本发明具体实施例2的通过模型求解并结合等温转变曲线绘制的热处理参数范围图；
图3为本发明具体实施例3的通过模型求解并结合等温转变曲线绘制的热处理参数范围图；
图4为本发明具体实施例4的通过模型求解并结合等温转变曲线绘制的热处理参数范围图；
图5为本发明具体实施例5的通过模型求解并结合等温转变曲线绘制的热处理参数范围图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高强度盘条热处理工艺控制方法，首先收集热处理产线已生产数据并构建热处理盘条性能模型，然后在热处理生产前，调取预生产盘条的化学成分、直径信息，将其作为输入变量，带入力学性能模型中，以力学性能要求为约束条件，求解热处理温度和热处理时间范围，结合该钢种的等温转变曲线，可选定热处理温度和时间并制定热处理工艺。
本实施例建立的力学性能模型中，输入变量中，盘条化学成分采用的是碳、硅、锰三种元素的重量百分比，应当说明的是，本实施例不局限于上述三种元素，采用其他元素如铝、铬、钛、钒、铌等同样适用于本实施例，本实施例所建立的力学性能模型如下：
式中，
Rm：抗拉强度，MPa；
Z：断面收缩率，％；
Ф：盘条直径，mm；
T：热处理温度，℃；
t：热处理时间，s；
[C]：盘条碳含量，％；
[Si]：盘条硅含量，％；
[Mn]：盘条锰含量，％。
基于该力学性能模型，下面给出热处理工艺控制方法实例。
需要特别说明的是，盘条热处理后的性能要求中，盘条强度和断面收缩率通常规定为某一最低值以上。但是实际生产过程中，并非强度越高越好，强度过低会导致富余量不足甚至不能满足强度级别要求，强度过高会导致盘条韧性下降，后期用户加工或拉丝过程中容易导致断丝率提高，因此热处理后的盘条强度应稳定在某一最佳范围，所以盘条强度以该最佳范围为目标进行建立约束条件。为提高盘条韧性，断面收缩率则应在最低值基础上增加一定的富余量进行修正，以修正后的断面收缩率要求进行建立约束条件。
来料盘条主要化学成分为：C0.87％、Si0.28％、Mn0.78％，规格为Ф14mm，热处理后盘条强度要求为1350MPa以上，最佳范围设定为1370-1380MPa，断面收缩率要求为35％以上，修正后要求为38％以上。
1、将盘条成分、直径参数带入已构建的模型表达式(1)、(2)中，建立约束条件如下：
1370≤1090.222-20.686×14-0.608×T+0.057×t+521.764×0.87+250.576×0.28+436.355×0.78≤1380
229.176+0.342×14-0.121×T-0.007×t-150.776×0.87+2.253×0.28-1.283×0.78≥38
求解可得，468.9℃≤T≤514.4℃，t≤419.0s，模型求解的工艺参数范围如图1中所标示。
2、结合该钢种的等温转变曲线，可得热处理温度及热处理时间的可选范围如图1所示，选定范围内的中间值，即热处理温度T为509℃，热处理时间t为340s。
3、根据热处理时间t为340s，计算盘条走线速度V为1.9m/min，最终得到的热处理工艺即为热处理温度为509℃，盘条走线速度为1.9m/min。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，来料盘条主要化学成分为：C0.86％、Si0.88％、Mn0.50％，规格为Ф14mm，热处理后盘条强度要求为1360MPa以上，最佳范围设定为1380-1390MPa，断面收缩率要求为36％以上，修正后要求为40％以上。
1、将盘条成分、直径参数带入已构建的模型表达式(1)、(2)中，建立约束条件如下：
1380≤1090.222-20.686×14-0.608×T+0.057×t+521.764×0.86+250.576×0.88+436.355×0.50≤1390
229.176+0.342×14-0.121×T-0.007×t-150.776×0.86+2.253×0.88-1.283×0.50≥40
求解可得，490.2℃≤T≤528.8℃，t≤345.0s，模型求解的工艺参数范围如图2中所标示。
2、结合该钢种的等温转变曲线，可得热处理温度及热处理时间的可选范围如图2所示，选定范围内的中间值，即热处理温度T为523℃，热处理时间t为280s。
3、根据热处理时间t为280s，计算盘条走线速度V为2.3m/min，最终得到的热处理工艺即为热处理温度为523℃，盘条走线速度为2.3m/min。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，来料盘条主要化学成分为：C0.92％、Si1.15％、Mn0.50％，规格为Ф13mm，热处理后盘条强度要求为1480MPa以上，最佳范围设定为1500-1510MPa，断面收缩率要求为30％以上，修正后要求为33％以上。
1、将盘条成分、直径参数带入已构建的模型表达式(1)、(2)中，建立约束条件如下：
1500≤1090.222-20.686×13-0.608×T+0.057×t+521.764×0.92+250.576×1.15+436.355×0.50≤1510
229.176+0.342×13-0.121×T-0.007×t-150.776×0.92+2.253×1.15-1.283×0.50≥33
求解可得，489.6℃≤T≤519.5℃，t≤251.7s，模型求解的工艺参数范围如图3中所标示。
2、结合该钢种的等温转变曲线，可得热处理温度及热处理时间的可选范围如图3所示，选定范围内的中间值，即热处理温度T为513℃，热处理时间t为200s。
3、根据热处理时间t为200s，计算盘条走线速度V为3.3m/min，最终得到的热处理工艺即为热处理温度为513℃，盘条走线速度为3.3m/min。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，来料盘条主要化学成分为：C0.92％、Si1.16％、Mn0.50％，规格为Ф14mm，热处理后盘条强度要求为1460Mpa以上，最佳范围设定为1480-1490MPa，断面收缩率要求为30％以上，修正后要求为33％以上。
1、将盘条成分、直径参数带入已构建的模型表达式(1)、(2)中，建立约束条件如下：
1500≤1090.222-20.686×13-0.608×T+0.057×t+521.764×0.92+250.576×1.15+436.355×0.50≤1510
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求解可得，492.6℃≤T≤522.5℃，t≤251.9s，模型求解的工艺参数范围如图4中所标示。
2、结合该钢种的等温转变曲线，可得热处理温度及热处理时间的可选范围如图4所示，选定范围内的中间值，即热处理温度T为516℃，热处理时间t为188s。
3、根据热处理时间t为188s，计算盘条走线速度V为3.5m/min，最终得到的热处理工艺即为热处理温度为516℃，盘条走线速度为3.5m/min。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，来料盘条主要化学成分为：C0.86％、Si0.89％、Mn0.49％，规格为Ф13mm，热处理后盘条强度要求为1350MPa以上，最佳范围设定为1390-1400MPa，断面收缩率要求为35％以上，修正后要求为38％以上。
1、将盘条成分、直径参数带入已构建的模型表达式(1)、(2)中，建立约束条件如下：
229.176+0.342×13-0.121×T-0.007×t-150.776×0.86+2.253×0.89-1.283×0.49≥38
1390≤1090.222-20.686×13-0.608×T+0.057×t+521.764×0.86+250.576×0.89+436.355×0.49≤1400
求解可得，504.7℃≤T≤543.0℃，t≤341.5s，模型求解的工艺参数范围如图5中所标示。
2、结合该钢种的等温转变曲线，可得热处理温度及热处理时间的可选范围如图5所示，选定范围内的中间值，即热处理温度T为535℃，热处理时间t为240s。
3、根据热处理时间t为240s，计算盘条走线速度V为2.7m/min，最终得到的热处理工艺即为热处理温度为535℃，盘条走线速度为2.7m/min。
上述实施例1-5为采用本发明中的方法制订的盘条热处理工艺，省去由于盘条成分、规格等变化而需要进行的大量生产调试。另外，连续生产过程中，针对不同炉批号盘条的成分差异，采用此方法微调热处理工艺，通过此方法对热处理过程进行动态控制后，同一牌号的盘条强度波动由原来的53MPa降低至30MPa以内，提高了热处理盘条的性能稳定性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (1)
1.一种高强度盘条热处理工艺控制方法，其特征在于：包括：
步骤1、获取热处理生产线的历史数据，所述历史数据包括：盘条的化学成分、直径和力学性能数据以及热处理时的热处理温度、盘条走线速度以及热处理时间；
所述热处理时间满足：
t=L/V
其中：t为热处理时间，L为等温槽长度，V为盘条走线速度；
步骤2、建立盘条力学性能模型，采用线性回归方程式以盘条化学成分、直径、热处理温度、热处理时间为输入变量，以盘条的抗拉强度和断面收缩率为目标变量建立盘条力学性能模型；
所述盘条力学性能模型为：
；
其中：：抗拉强度；/>：断面收缩率；/>：盘条直径；/>：热处理温度；/>：热处理时间；/>：盘条碳含量；/>：盘条硅含量；/>：盘条锰含量；
步骤3、获取预热处理盘条的化学成分和直径数据，将其代入所述盘条力学性能模型中，以盘条力学性能要求为约束条件，得出符合要求的热处理温度和热处理时间的区间；
步骤4、结合盘条钢种的等温转变曲线，进一步缩小热处理温度和热处理时间的区间，选取区间范围内的中间值为最优值。
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