CN113094870B - 一种热轧宽带钢生产工艺的设计方法 - Google Patents

一种热轧宽带钢生产工艺的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热轧宽带钢生产工艺的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：1)对钢铁厂的生产数据进行统计分析，建立钢种的成份平均值、轧制工艺参数与物理力学性能平均值的对应关系计算方程；2)遵循成本最优化、力学性能满足要求的原则，根据1)所提供的方程建立钢种成份、轧制工艺的设计模型：3)根据模型计算的钢种成份、操作工艺参数目标设定值和运行的操作偏差，确定实际生产工艺组织进行生产。本发明可减少技术人员劳动量、提高自动化水平并降低合金成本。

Description

一种热轧宽带钢生产工艺的设计方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地讲，本发明涉及一种基于热轧宽带钢力学性能预报模型的钢种生产工艺设计方法。
背景技术
中国是年产粗钢量超过10亿吨的钢铁大国，钢铁广泛应用于国民生产的各个领域，随着经济的发展，客户对钢铁性能的个性化定制现象越来越多，目前钢厂都是通过设定有区别的钢铁牌号、成份、操作工艺来满足客户的个性化定制需求，而每个钢铁产品牌号都需对应一份产品质量计划(包含钢种成份及生产工艺操作要点)，这就导致产品质量计划份数越来越多，每条产线的产品质量计划份数达到几百甚至上千份，对产品质量计划的日常维护占用了钢厂职工大量的工作时间。并且这一制作质量计划和管理质量计划的工作很繁杂，包括技术研发部门制定技术操作规程、生产厂将技术操作规程进行下发，每份质量计划都需耗时2～3天，占用技术人员10多小时的工作时间才能制定并传达到操作职工手中，这份工作很耗时耗力。
中国的钢铁厂是大型企业，每条热轧卷板产线的年产量几乎都能达到100万吨以上，也即每年进行上万炉钢水的生产，每年都会积累下上万炉轧材的生产经验，因此钢铁厂在常年的生产中积累了丰富的钢种成份、操作工艺与物理力学性能的对应关系知识。钢厂一般只需轻微调整钢厂成份或操作工艺就能满足客户的物理性能个性化定制要求，且产品质量合格率几乎能达到100％，因此个性化钢种的成份及操作规程制定已经不是技术难点，完全可以交给计算机模型去自动完成这一繁杂的工作，计算机模型的计算速度快、效率高，还能对钢种的成份及操作规程进行精细化管理，把产品质量计划做的更细更全，起到减少技术人员劳动量、提高自动化水平并降低合金成本的目的。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种基于热轧宽带钢力学性能预报模型的钢种生产工艺设计方法。
本发明所针对的钢种为抗拉强度上限低于650Mpa的钢种，该类钢种约占热轧卷板总产量的80％以上，属于能稳定生产的钢种。该类钢种只需添加C、Si、Mn元素进行固溶强化，添加Nb、V、Ti微合金元素进行沉淀强化，并配合常规轧制工艺就能稳定生产，生产工艺成熟。
为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种热轧宽带钢生产工艺的设计方法，所述设计方法包括如下以下三个部分：
第一部分：
对钢铁厂近3～5年的生产数据进行统计分析，建立钢种的成份平均值、轧制工艺与物理力学性能平均值的对应关系方程。
钢种的成份包括钢种中C、Si、Mn、Cr、P、Nb、V、Ti的元素百分含量。
钢种的轧制工艺包括：轧材厚度、精轧终轧温度、卷取温度、轧材出精轧末道次的轧制速度。
物理力学性能包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率、常温冲击功。
本发明发明人根据自身所在钢厂的生产数据建立了钢种的平均值成份值、轧制工艺与物理力学性能平均值的对应关系方程。
(1)本发明总结出的热轧宽带钢力学性能随钢种成分、轧制工艺的变化规律如下：
A：C、Si、P、V、Ti这五种合金元素能提高轧材的屈服强度和抗拉强度，但会降低钢材的冲击功值。
B：Mn、Nb这两种合金元素既能提高轧材的屈服强度和抗拉强度，又能提高钢材的冲击功值。
C：轧材的屈服强度、抗拉强度、冲击功值随轧材厚度的提高而降低。
D：轧材的屈服强度、抗拉强度、冲击功值随轧材精轧终轧温度的提高而降低。
E：轧材的屈服强度、抗拉强度随轧材卷取温度的提高而降低，轧材的冲击功值随轧材卷取温度的提高而提高。
F：轧材的屈服强度、抗拉强度随轧材轧后冷却速度的提高而提高，轧材的冲击功值随轧材轧后冷却速度的提高而降低。在轧后冷却线设备固定的情况下，轧材的轧后冷却速度可用轧材厚度H与轧材出精轧末道次的轧制速度V的乘积来表示。
G：轧材的延伸率与抗拉强度成倒数关系，并且随C含量的降低而提高，随轧材厚度H的提高而降低，随Nb含量的提高而提高。
(2)本发明提供热轧宽带钢力学性能计算方程的适应工艺条件如下：
钢水中氮含量：30～60ppm，铸坯厚度：160～180mm；加热炉内铸坯加热时间：100～150min；加热炉出炉温度：1200～1260℃；粗轧轧制道次：5道次；中间坯厚度：32～38mm；精轧轧制道次：5～7道次；精轧进口温度：1000～1080℃；轧后冷却线有效长度：50～70m.
(3)、本发明提供的钢种的平均值成份值、轧制工艺与物理力学性能平均值的对应关系方程。
A、如果钢材成份中Ti％＞0.015％，且Nb％＞0.01％时，则以下式①～④计算轧材的屈服强度、抗拉强度、延伸率、常温冲击功：
σ屈服＝263.5+300(ωC)+50(ωSi)+80(ωMn)+400(ωP-0.015)+2000(ωNb-0.01)+1000(ωV)+2800(ωTi-0.015)+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终①；
Rm抗拉＝288.5+700(ωC)+130(ωSi)+84(ωMn)+400(ωP-0.015)+2000(ωNb-0.01)+800(ωV)+2500(ωTi-0.015)+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终 ②；
Figure BDA0002965458030000031
AK冲击功＝160-300(ωC)-30(ωSi)+50(ωMn)-200(ωP-0.015)+1000(ωNb)-150ωV-1000(ωTi-0.015)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)+0.3(T卷-640)+10(A延伸率-28) ④；
式①～④中ωC、ωSi、ωMn、ωP、ωNb、ωV、ωTi、ωCr分别对应轧材成份中C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr元素的百分含量，(％)；H厚为轧材厚度，(mm)；T终为精轧终轧温度，(℃)；T卷为卷取温度，(℃)；V终为轧材出精轧末道次的轧制速度，(m/s)；σ屈服为轧材屈服强度，(Mpa)；Rm抗拉为轧材抗拉强度，(Mpa)；A延伸率为轧材延伸率，(％)；AK冲击功为轧材的常温冲击功，(J)。
B、如果钢材中Ti％＞0.015％，且Nb％≤0.01％时，则以下式⑤～⑧计算轧材的屈服强度、抗拉强度、延伸率、常温冲击功：
σ屈服＝238.5+300(ωC)+50(ωSi)+80(ωMn)+400(ωP-0.015)+2500(ωNb)+1000ωV+2800(ωTi-0.015)+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终 ⑤；
Rm抗拉＝256.5+700(ωC)+130(ωSi)+84(ωMn)+400(ωP-0.015)+2500(ωNb)+800ωV+2500(ωTi-0.015)+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终 ⑥；
Figure BDA0002965458030000041
AK冲击功＝160-300(ωC)-30(ωSi)+50(ωMn)-200(ωP-0.015)+1000(ωNb)-150ωV-1000(ωTi-0.015)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)+0.3(T卷-640)+10(A延伸率-28) ⑧；
式⑤～⑧中ωC、ωSi、ωMn、ωP、ωNb、ωV、ωTi、ωCr分别对应轧材成份中C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr元素的百分含量，(％)；H厚为轧材厚度，(mm)；T终为精轧终轧温度，(℃)；T卷为卷取温度，(℃)；V终为轧材出精轧末道次的轧制速度，(m/s)；σ屈服为轧材屈服强度，(Mpa)；Rm抗拉为轧材抗拉强度，(Mpa)；A延伸率为轧材延伸率，(％)；AK冲击功为轧材的常温冲击功，(J)。
C、如果钢水中Ti％≤0.015％，且Nb％＞0.01％，则以下式
Figure BDA0002965458030000052
计算轧材的屈服强度
σ屈服＝263.5+300(ωC)+50(ωSi)+80(ωMn)+400(ωP-0.015)+2000(ωNb-0.01)+1000ωV+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终 ⑨；
Rm抗拉＝288.5+700(ωC)+130(ωSi)+84(ωMn)+400(ωP-0.015)+2000(ωNb-0.01)+800ωV+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终 ⑩；
Figure BDA0002965458030000051
AK冲击功＝160-300(ωC)-30(ωSi)+50(ωMn)-200(ωP-0.015)+1000(ωNb)-150ωV-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)+0.3(T卷-640)+10(A延伸率-28)
Figure BDA0002965458030000061
式
Figure BDA0002965458030000067
中ωC、ωSi、ωMn、ωP、ωNb、ωV、ωTi、ωCr分别对应轧材成份中C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr元素的百分含量，(％)；H厚为轧材厚度，(mm)；T终为精轧终轧温度，(℃)；T卷为卷取温度，(℃)；V终为轧材出精轧末道次的轧制速度，(m/s)；σ屈服为轧材屈服强度，(Mpa)；Rm抗拉为轧材抗拉强度，(Mpa)；A延伸率为轧材延伸率，(％)；AK冲击功为轧材的常温冲击功，(J)。
D、如果钢水中Ti％≤0.015％，且Nb％≤0.01％，则以下式
Figure BDA0002965458030000066
计算轧材的屈服强度
σ屈服＝238.5+300(ωC)+50(ωSi)+80(ωMn)+400(ωP-0.015)+2500(ωNb)+1000ωV+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终
Figure BDA0002965458030000063
Rm抗拉＝263.5+700(ωC)+130(ωSi)+84(ωMn)+400(ωP-0.015)+2500(ωNb)+800ωV+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终
Figure BDA0002965458030000064
Figure BDA0002965458030000065
AK冲击功＝160-300(ωC)-30(ωSi)+50(ωMn)-200(ωP-0.015)+1000(ωNb)-150ωV-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)+0.3(T卷-640)+10(A延伸率-28)
Figure BDA0002965458030000071
式
Figure BDA0002965458030000072
中ωC、ωSi、ωMn、ωP、ωNb、ωV、ωTi、ωCr分别对比轧材成份中C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr元素的百分含量，(％)；H厚为轧材厚度，(mm)；T终为精轧终轧温度，(℃)；T卷为卷取温度，(℃)；V终为轧材出精轧末道次的轧制速度，(m/s)；σ屈服为轧材屈服强度，(Mpa)；Rm抗拉为轧材抗拉强度，(Mpa)；A延伸率为轧材延伸率，(％)；AK冲击功为轧材的常温冲击功，(J)。
第二部分：根据第一部分所提供的方程建立钢种成份、操作工艺的自动设计模型，模型遵循成本最优化、力学性能满足要求的原则。
所述成本最优化为在满足力学性能要求的前提下，轧材的合金成本控制至最低值。
按以下步骤建立钢种成份、操作工艺的自动设计模型：
步骤一、根据相应的国家或行业标准以及用户的要求向模型中输入钢种的力学性能要求。
由于第一部分方程计算出的力学性能为力学性能的平均值，而力学性能实际值是离散化分布的，实际值有高有低，因此为保证实际值中的最低值仍能满足标准要求，模型中设定的力学性能要求值应大于标准规定值或用户要求值下限，设定为：
设定的屈服强度值为标准规定值或用户要求值下限的1.15倍；
设定的抗拉强度值为标准规定值或用户要求值下限的1.15倍；
设定的冲击值为标准规定值或用户要求值下限的2.35倍；
设定的延伸率为标准规定值或用户要求值下限的1.22倍。
步骤二、根据用户要求及轧钢设备能力设定轧材厚度、精轧终轧温度、卷取温度、轧材出精轧末道次的轧制速度的范围。
步骤三、根据相应的国家或行业标准以及用户的要求向模型中输入钢种成份的区间范围，该区间范围很宽泛，为了降低合金成本，并提高性能合格率，模型会在后续的计算中对该区间范围进一步自动优化。
在满足力学性能要求的前提下，根据合金成本最优化原则进行钢种成份、操作工艺的自动最优化设计，其方法为：
(1)、利用计算机强大的计算能力按第一部分的方程式将区间范围内的钢种成份、操作工艺的所有可能组合所对应生产出轧材的力学性能值全部计算出来，计算过程中，钢种成份、操作工艺的步长值如下：
所述步长值为：计算机循环计算过程中每次计算中参数的增量值；
C的步长值：0.01％；
Si的步长值：0.05％；
Mn的步长值：0.05％；
P的步长值：0.001％；
Nb、V、Ti的步长值：0.001％；
Cr的步长值：0.05％；
精轧终轧温度、卷取温度的步长值：5℃；
根据计算结果，选择出能满足力学性能要求的所有钢种成份、操作工艺参数的组合；
(2)、根据合金价格和合金元素回收率，分别计算出每提高钢水中0.001％的合金C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr浓度所需要的合金价格(元/吨钢)。然后将合金价格带入(1)步骤中能满足力学性能要求的所有钢种成份、操作工艺参数的组合中，以下式计算出每种组合的合金成本，从中优选出合金成本最低的组合，作为目标成份设定值和目标操作参数设定值。
P合金-总＝1000(ωC*PC+ωSi*PSi+ωMn*PMn+ωP*PP+ωNb*PNb+ωV*Pv+ωTi*PTi+ωCr*PCr)
上式中，P合金-总为轧材合金成本，元/吨钢；ωC、ωSi、ωMn、ωP、ωNb、ωV、ωTi、ωCr分别对应轧材成份中C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr元素的质量百分含量，％；PC、PSi、PMn、PP、PNb、Pv、PTi、PCr，分别对应每提高钢水中0.001％的合金C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr浓度所需要的合金价格，元/吨钢。
步骤四、炼钢和轧钢生产过程中，由于不可避免的操作误差，钢水成份、精轧终轧温度、卷取温度不可能精确控制至目标值，而在步骤一中，已经考虑到了炼钢成份波动，步骤一设定的目标力学性能值都是大于标准或客户要求下限的，因此即使钢水合金元素浓度稍低于目标值或精轧终轧温度、卷取温度出现波动，力学性能仍能满足标准或用户要求。
因此将钢水合金元素成份的实际控制值允许在目标值上下进行如下范围的波动：
C：±0.02％；
Si：±0.05％；
Mn、Cr：±0.1％；
P：±0.015；
Nb、V：±0.005；
Ti：±0.01％；
精轧终轧温度、卷取温度的实际值允许在目标值上下进行±20℃的波动。
第三部分、钢种成份、操作工艺的自动设计模型根据钢材销售部门提供的订单信息，读取轧材的成份、力学性能要求和轧材厚度，根据步骤二所述的方法计算出最优的钢种成份、操作工艺目标设定值和运行的操作偏差，炼钢和轧钢工序根据钢种成份、操作工艺目标设定值和运行的操作偏差进行组织生产。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)、本发明提供的方法中，采用计算机模型来完成钢种质量计划的自动设计，可通过一个计算机模型完成抗拉强度上限低于650Mpa类的所以钢种质量计划的制定，该类产品约占热轧卷板80％的产量，能替代成百上千份质量计划。钢厂销售端输入钢厂的成份、力学性能要求和轧材厚度后，模型能快速自动制定出产品质量计划(钢种生产工艺操作规程)，生产厂根据模型计算结果组织生产，比人工设计钢种质量计划(钢种生产工艺操作规程)的方法更快捷，因此效率更高，产品生产周期更短，同时能解放钢厂技术人员的劳动时间。
(2)、本发明提供的钢种成份和操作工艺自动设计模型遵循成本最优化、力学性能满足要求的原则，利用了计算机强大的计算能力，把标准范围内的所有成份和操作工艺组合全部计算一遍后，在满足力学性能要求的前提下，优先出了轧材的合金成本最低方案，这么庞大的计算量不是人类所能完成的，由于计算机模型的计算过程更精细和准确，计算机模型所优先出的方案也比普通钢厂技术人员所设计方案的合金成本要更低，能降低钢厂的生产成本，提高钢厂效益。
(3)、本发明提供的钢种成份和操作工艺自动设计模型的计算过程中考虑到了轧材厚度对轧材力学性能的影响，也即是针对每一个轧材厚度都制定一份钢种的成份和操作工艺，如此精细的工作是无法通过传统文字版钢种质量计划所完成的，也即是计算机模型所制定的钢种成份和操作工艺更精细，能降低合金成本并提高产品性能合格率。
(4)、本发明提供的钢材力学性能计算规律和计算方法是根据钢厂多年来大规模工业生产的经验建立的，已经有过上百万吨钢材以上的生产经历的验证，计算结果的实用性强，稳定性高。
附图说明
图1为本发明钢种生产工艺设计方法示意图。
具体实施方式
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
如图1所示，某钢厂的热轧卷板产线的年产量约230万吨，钢厂的设备工艺参数为：钢水中氮含量：30～60ppm，铸坯厚度：175mm；加热炉内铸坯加热时间：100～150min；加热炉出炉温度：1200～1260℃；粗轧轧制道次：5道次；中间坯厚度：32～38mm；精轧轧制道次：5～7道次；精轧进口温度：1000～1080℃；轧后冷却线有效长度：62m。
通过统计该热轧卷板线近3年来共约6万批轧材的生产数据，得出钢种的成份平均值、轧制工艺与物理力学性能平均值的对应关系方程，如本发明的发明内容中的
Figure BDA0002965458030000103
式，包括不同合金元素含量情况下轧材的屈服强度、抗拉强度、延伸率、常温冲击功与轧材厚度、钢材成份、轧钢操作参数之间的关系。
根据
Figure BDA0002965458030000102
式方程建立钢种成份、操作工艺的自动设计模型，模型遵循成本最优化、力学性能满足要求的原则。
所述成本最优化为在满足力学性能要求的前提下，轧材的合金成本控制至最低值。
模型将国家标准规定(或用户要求)的区间范围内的钢种成份、操作工艺的所有可能组合所对应生产出轧材的力学性能全部计算出来，根据计算结果，选择出能满足力学性能要求的所有钢种成份、操作工艺参数的组合，然后将合金价格带入能满足力学性能要求的每一种钢种成份、操作工艺参数的组合中，计算出每种组合的合金成本，从中优选出合金成本最低的组合，作为目标成份设定值和目标操作参数设定值。
结合炼钢过程中钢水合金元素成份控制误差和轧钢过程中的精轧温度、卷取温度控制误差形成钢种成份及操作工艺规程，炼钢厂及轧钢厂根据规程进行工业生产。
例如：某客户需求以下成份及性能要求的钢材，如下表1所示：
表1、客户对钢材力学性能和钢水合金元素成份的特殊要求
Figure BDA0002965458030000111
钢厂的设备参数为：钢厂轧钢工序的精轧终轧温度范围为：870～900℃，卷取温度范围为：600～650℃；轧材出精轧末道次的轧制速度的范围如下表2所示；
表2、轧材出精轧末道次的轧制速度
Figure BDA0002965458030000112
Figure BDA0002965458030000121
将表1、2中的数据以及卷取温度范围和终轧温度范围输入进钢水成份、操作工艺自动设计模型中后，模型按照发明内容中的第二部分步骤二所述，将力学性能要求进行进一步修订，修订后的力学性能目标值如下表3所示：
表3、客户要求及修订后的力学性能目标值
Figure BDA0002965458030000122
Figure BDA0002965458030000131
然后根据合金价格和合金元素回收率，分别计算出每提高钢水中0.001％的合金C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr浓度所需要的合金价格(元/吨钢)，如下表4所示，并输入钢水成份、操作工艺自动设计模型中。
表4、每提高钢水中0.001％的合金C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr浓度所需要的合金价格(元/吨钢)
Figure BDA0002965458030000132
钢种成份、操作工艺自动设计模型将表1(用户要求)的区间范围内的钢种成份、钢厂轧钢工序的精轧终轧温度范围、卷取温度温度范围、轧材出精轧末道次的轧制速度的所有可能组合所对应产生的力学性能全部计算出来，根据计算结果，选择出能满足力学性能要求的所有钢种成份、操作工艺参数的组合，然后将表4合金价格带入能满足力学性能要求(表3)的每一种钢种成份、操作工艺参数的组合中，计算出每种组合的合金成本，从中优选出合金成本最低的组合，作为目标成份设定值和目标操作参数设定值。优选出的在满足力学性能要求下，合金成本最低的钢水目标成份设定值和目标操作参数设定值如下表5所示：
表5、模型自动优选出的钢水目标成份设定值和目标操作参数设定值
Figure BDA0002965458030000141
结合炼钢过程中钢水合金元素成份控制误差和轧钢过程中的精轧温度、卷取温度控制误差形成钢种成份及操作工艺规程，如下表6所示，炼钢厂及轧钢厂根据规程进行工业生产。
表6、钢种成份及操作工艺规程
Figure BDA0002965458030000142
Figure BDA0002965458030000151
采用表6的工艺规程生产的轧材力学性能全部满足用户要求，力学性能统计如下表7所示。
表7、模型计算出的轧材目标力学性能和生产出轧材的实际力学性能
Figure BDA0002965458030000152
采用本发明提供的方法中，采用计算机模型来完成钢种质量计划(钢种生产工艺操作要点)的自动设计，钢厂销售端输入钢厂的成份、力学性能要求和轧材厚度后，模型能快速自动制定出产品质量计划，生产厂根据模型计算结果组织生产，比人工设计钢种质量计划的方法更快捷，因此效率更高，产品从销售人员接订单到成品出库只花费了3天时间，产品生产周期大大缩短，同时能解放钢厂技术人员的劳动时间。
由于计算机模型的计算过程更精细和准确，计算机模型所优先出的方案也比普通钢厂技术人员所设计方案的合金成本要更低，能降低钢厂的成产成本，提高钢厂效益。模型累计使用后，经统计，合金成本平均降低值为5～8元/吨钢，轧材物理力学性能合格率由99.5％提高至99.8％，年创效益1200～1800万元。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种热轧宽带钢生产工艺的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：
1)对钢铁厂的生产数据进行统计分析，建立钢种的成份平均值、轧制工艺参数与物理力学性能平均值的对应关系计算方程；
2)遵循成本最优化、力学性能满足要求的原则，根据1)所提供的方程建立钢种成份、轧制工艺参数的设计模型：
3)根据钢种成份、操作工艺参数目标设定值和运行的操作偏差，确定实际生产工艺组织进行生产；
钢种的成份包括钢种中C、Si、Mn、Cr、P、Nb、V和Ti的元素百分含量；钢种的轧制工艺参数包括：轧材厚度、精轧终轧温度、卷取温度和轧材出精轧末道次的轧制速度；物理力学性能包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率和常温冲击功；
钢种的成份平均值、轧制工艺参数与物理力学性能平均值的对应关系方程如下：
A、如果钢材成份中Ti％＞0.015％，且Nb％＞0.01％时；
则轧材的屈服强度σ屈服的计算公式为：
σ屈服＝263.5+300(ωC)+50(ωSi)+80(ωMn)+400(ωP-0.015)+2000(ωNb-0.01)+1000(ωV)+2800(ωTi-0.015)+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终
轧材的抗拉强度Rm抗拉的计算公式为：
Rm抗拉＝288.5+700(ωC)+130(ωSi)+84(ωMn)+400(ωP-0.015)+2000(ωNb-0.01)+800(ωV)+2500(ωTi-0.015)+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终
轧材的延伸率A延伸率的计算公式为：
Figure FDA0003616143130000011
轧材的常温冲击功AK冲击功的计算公式为：
AK冲击功＝160-300(ωC)-30(ωSi)+50(ωMn)-200(ωP-0.015)+1000(ωNb)-150ωV-1000(ωTi-0.015)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)+0.3(T卷-640)+10(A延伸率-28)
B、如果钢材中Ti％＞0.015％，且Nb％≤0.01％时；
则轧材的屈服强度σ屈服的计算公式为：
σ屈服＝238.5+300(ωC)+50(ωSi)+80(ωMn)+400(ωP-0.015)+2500(ωNb)+1000ωV+2800(ωTi-0.015)+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终
轧材的抗拉强度Rm抗拉的计算公式为：
Rm抗拉＝256.5+700(ωC)+130(ωSi)+84(ωMn)+400(ωP-0.015)+2500(ωNb)+800ωV+2500(ωTi-0.015)+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终
轧材的延伸率A延伸率的计算公式为：
Figure FDA0003616143130000021
轧材的常温冲击功AK冲击功的计算公式为：
AK冲击功＝160-300(ωC)-30(ωSi)+50(ωMn)-200(ωP-0.015)+1000(ωNb)-150ωV-1000(ωTi-0.015)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)+0.3(T卷-640)+10(A延伸率-28)
C、如果钢水中Ti％≤0.015％，且Nb％＞0.01％；
则轧材的屈服强度σ屈服的计算公式为：
σ屈服＝263.5+300(ωC)+50(ωSi)+80(ωMn)+400(ωP-0.015)+2000(ωNb-0.01)+1000ωV+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终
轧材的抗拉强度Rm抗拉的计算公式为：
Rm抗拉＝288.5+700(ωC)+130(ωSi)+84(ωMn)+400(ωP-0.015)+2000(ωNb-0.01)+800ωV+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终
轧材的延伸率A延伸率的计算公式为：
Figure FDA0003616143130000031
轧材的常温冲击功AK冲击功的计算公式为：
AK冲击功＝160-300(ωC)-30(ωSi)+50(ωMn)-200(ωP-0.015)+1000(ωNb)-150ωV-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)+0.3(T卷-640)+10(A延伸率-28)
D、如果钢水中Ti％≤0.015％，且Nb％≤0.01％；
则轧材的屈服强度σ屈服的计算公式为：
σ屈服＝238.5+300(ωC)+50(ωSi)+80(ωMn)+400(ωP-0.015)+2500(ωNb)+1000ωV+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终
轧材的抗拉强度Rm抗拉的计算公式为：
Rm抗拉＝263.5+700(ωC)+130(ωSi)+84(ωMn)+400(ωP-0.015)+2500(ωNb)+800ωV+80(ωCr)-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)-0.7(T卷-640)+H厚*V终
轧材的延伸率A延伸率的计算公式为：
Figure FDA0003616143130000041
轧材的常温冲击功AK冲击功的计算公式为：
AK冲击功＝160-300(ωC)-30(ωSi)+50(ωMn)-200(ωP-0.015)+1000(ωNb)-150ωV-7.5(H厚-8)-0.7(T终-870)+0.3(T卷-640)+10(A延伸率-28)
上式中，ωC、ωSi、ωMn、ωP、ωNb、ωV、ωTi、ωCr分别对应轧材成份中C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr元素的质量百分含量，％；H厚为轧材厚度，mm；T终为精轧终轧温度，℃；T卷为卷取温度，℃；V终为轧材出精轧末道次的轧制速度，m/s；σ屈服为轧材屈服强度，Mpa；Rm抗拉为轧材抗拉强度，Mpa；A延伸率为轧材延伸率，％；AK冲击功为轧材的常温冲击功，J；
所述成本最优化为在满足力学性能要求的前提下，轧材的合金成本控制至最低值；设计模型的建立步骤如下：
步骤2-1)根据相应的国家或行业标准以及用户的要求向模型中输入钢种的力学性能要求，设定原则为：
设定的屈服强度值为标准规定值或用户要求值下限的1.15倍；
设定的抗拉强度值为标准规定值或用户要求值下限的1.15倍；
设定的常温冲击功值为标准规定值或用户要求值下限的2.35倍；
设定的延伸率为标准规定值或用户要求值下限的1.22倍；
步骤2-2)根据用户要求及轧钢设备能力设定轧材厚度、精轧终轧温度、卷取温度、轧材出精轧末道次的轧制速度的范围；
步骤2-3)根据相应的国家或行业标准以及用户的要求向模型中输入钢种成份的区间范围；
在满足力学性能要求的前提下，根据合金成本最优化原则进行钢种成份、操作工艺参数的最优化计算，其计算方法为：
(1)、按1)的方程式将区间范围内的钢种成份、操作工艺参数的所有可能组合所对应生产出轧材的力学性能值全部计算出来；根据计算结果，选择出能满足力学性能要求的所有钢种成份、操作工艺参数的组合；
(2)、根据合金价格和合金元素回收率，分别计算出每提高钢水中0.001％的合金C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr浓度所需要的合金价格，单位为元/吨钢，然后将合金价格带入(1)中能满足力学性能要求的所有钢种成份、操作工艺参数的组合中，以下式计算出每种组合的合金成本，从中优选出合金成本最低的组合，作为目标成份设定值和目标操作参数设定值；
P合金-总＝1000(ωC*PC+ωSi*PSi+ωMn*PMn+ωP*PP+ωNb*PNb+ωV*PV+ωTi*PTi+ωCr*PCr)
上式中，P合金-总为轧材合金成本，元/吨钢；ωC、ωSi、ωMn、ωP、ωNb、ωV、ωTi、ωCr分别对应轧材成份中C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr元素的质量百分含量，％；PC、PSi、PMn、PP、PNb、PV、PTi、PCr，分别对应每提高钢水中0.001％的合金C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr浓度所需要的合金价格，元/吨钢；
运行的操作偏差是指炼钢和轧钢生产过程中，将钢水成份的实际控制值允许在目标设定值上下进行如下范围的波动：
C：±0.02％；
Si：±0.05％；
Mn、Cr：±0.1％；
P：±0.015；
Nb、V：±0.005；
Ti：±0.01％；
精轧终轧温度、卷取温度的实际值允许在目标设定值上下进行±20℃的波动。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，钢种的成份平均值、轧制工艺参数与物理力学性能平均值的对应关系计算方程的适应工艺条件如下：
钢水中氮含量：30～60ppm，铸坯厚度：160～180mm；加热炉内铸坯加热时间：100～150min；加热炉出炉温度：1200～1260℃；粗轧轧制道次：5道次；中间坯厚度：32～38mm；精轧轧制道次：5～7道次；精轧进口温度：1000～1080℃；轧后冷却线有效长度：50～70m。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，计算过程中钢种成份、操作工艺的步长值如下：
C的步长值：0.01％；
Si的步长值：0.05％；
Mn的步长值：0.05％；
P的步长值：0.001％；
Nb、V、Ti的步长值：0.001％；
Cr的步长值：0.05％；
精轧终轧温度、卷取温度的步长值：5℃；
所述步长值为计算机循环计算过程中每次计算中参数的增量值。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述热轧宽带钢的钢种为抗拉强度低于650Mpa的钢种。
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