CN114682632A

CN114682632A - 汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法

Info

Publication number: CN114682632A
Application number: CN202011593723.9A
Authority: CN
Inventors: 李源
Original assignee: Tangshan University
Current assignee: Tangshan University
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2022-07-01

Abstract

本发明公开了一种汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法，该方法包括：构建空冷计算模型以及水冷计算模型，其中：水冷计算模型中的水冷换热系数γ采用如下公式获得：

其中，w/(m²·℃)；Q_w为单管平均喷水流量，L/min；t_g为钢板表面温度，℃；Ψ(u)为钢板运动速度修正系数，m/s；当带钢在层冷轨道上的运行速度小于10m/s时，Ψ(u)＝1；当带钢在层冷轨道上的运行速度大于10m/s时，有速度修正公式Ψ(u)＝(v_av/v₀)^B；B为速度影响参数,取0.025；v_av为实际速度,m/s；v₀为基准速度，10m/s。B暂时取值0.025。

Description

汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法

技术领域

本发明涉及热轧钢控冷工艺技术领域，尤其涉及一种汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法。

背景技术

双相钢是一种由马氏体、奥氏体或贝氏体与铁素体基体两相组织构成的钢。一般将铁素体与马氏体相组织组成的钢称为双相钢,双相钢是低碳钢或低合金高强度钢经临界区热处理或控制轧制后而获得，根据不同的性能要求，可通过低温卷曲和中温卷曲两种冷却工艺获取。

在常规的热连轧生产线中，钢坯由加热炉拖出后粗除磷，粗轧后切去头尾，在进入精轧机组前，完成精除磷，精轧后的带钢经层冷系统降温后卷曲。

双相钢的低温卷曲冷却工艺过程为：终轧后的带钢在层冷系统中空冷一段时间，待大部分奥氏体转变成铁素体，然后利用层流水冷却设备快速冷却，促使带钢温度低于马氏体相变温度Ms点，最后将带钢在100～300℃范围内低温卷曲。为防止组织中回火马氏体和贝氏体等其它杂质相生成，低温卷曲温度通常设定在300℃以下。低温卷曲工艺可减少Mo，V等贵重合金元素的添加，对降低生产成本大有好处，但其对冷却系统的要求较高，需明确冷却系统的长度，模式等参数。

双相钢的中温卷曲冷却工艺过程为：在带钢的合金成分设计中适当加入Mn，Mo等增大奥氏体的淬透性的合金元素，终轧后的钢板在冷却过程中将率先完成奥氏体向铁素体的大部分相变，然后在介于奥氏体向铁素体和奥氏体向贝氏体间“窗口”通过卷曲设备卷曲。为增加残留奥氏体向马氏体转变的动力以及确保微观组织冷却形成马氏体和铁素体双相，位于“窗口卷曲”的带钢将通过层流水冷却设备快速冷却。

上述的无论是低温还是中温冷却均需先后经历空冷和水冷。

虽然，现有技术中已提供了一些用于设计新产线(冷却段)以及改造旧产线以用于生产上述双向钢的冷却模型公式，然而，基于这些冷却模型公式而计算出的结果大多不准确，其原因主要在于：

水冷模型公式所引用的水冷换热系统的取值不准确。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：

一种汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法，构建空冷计算模型以及水冷计算模型，其中：水冷计算模型中的水冷换热系数γ采用如下公式获得：

其中，w/(m²·℃)；Q_w为单管平均喷水流量，L/min；t_g为钢板表面温度，℃；Ψ(u)为钢板运动速度修正系数，m/s；当带钢在层冷轨道上的运行速度小于10m/s时，Ψ(u)＝1；当带钢在层冷轨道上的运行速度大于10m/s时，有速度修正公式Ψ(u)＝(v_av/v₀)^B；B为速度影响参数,取0.025；v_av为实际速度,m/s；v₀为基准速度，10m/s。B暂时取值0.025；

k₁为喷管修正系数，其取值关系如下所示：

k₂为水温修正系数，其取值关系如下所示：

k₂＝1.075-0.00214t_s-2.9432E^-5t_s ²

其中，t_s为冷却水的温度，℃。

优选地，水冷计算模型采用如下公式：

其中，t_g'为带钢水冷后的温度，℃；t_g为带钢初始温度，℃；t_s为冷却水的温度，℃；h为带钢的厚度，m；Δt为水冷时间，h；ρ_B为带钢的密度，kg/m³；C_B为带钢的比热，kJ/(kg·℃)；γ为水冷换热系数，w/(m²·℃)。

优选地，空冷计算模型采用如下公式：

其中，ΔT_k为空冷温降，℃；σ为斯蒂芬—波尔茨曼常数，取值为5.67，W/m²/K⁴；θ为带钢的辐射率，带钢表面具有氧化铁皮时为0.8，平滑的表面为0.55～0.65；t_g为带钢初始温度，℃；ρ_B为带钢的密度，t/m³；C_B为带钢的比热，kJ/(kg·℃)；h为带钢的厚度，m；t_k为空冷时间，s。

优选地，基于所述的水冷计算模型以及所述的空冷计算模型，并采用如下公式计算出带钢生产线中冷却系统的长度l：

其中，l为层冷系统的有效长度，m；v_g为带钢的运行速度，m/s；t_i为空冷时间，s；m为空冷段数；t_j为水冷时间，s；n为水冷段数。

与现有技术相比，本发明公开的汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法的有益效果是：

本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1为某厂1880热轧生产线冷却设备布置图。

图2为按照本发明所提供的方法计算获得的冷却生产线配置下的需要生产DP600带钢的冷却工艺路线图。

图3为按照本发明所提供的计算方法获得改造后的需要生产DP600带钢冷却设备布置图。

图4为按照本发明所提供的方法计算获得改造后的需要生产DP600带钢的冷却工艺路线图。

附图标记：

10-流冷却系统；11-粗层冷系统；12-精层冷系统；20-超快冷装置。

具体实施方式

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。

本发明公开的实施例公开了一种汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法。

热轧双相钢在层冷辊道上运行时，将经历空气冷却和水冷却两个阶段，带钢在精轧出口进入层冷系统前，经历一段时间空冷，空冷过程的温降模型如下所示：

其中，ΔT_k为空冷温降，℃；σ为斯蒂芬—波尔茨曼常数，取值为5.67，W/m²/K⁴；θ为带钢的辐射率，表面氧化铁皮较多时为0.8，比较平滑的表面为0.55～0.65；t_g为带钢初始温度，℃；ρ_B为带钢的密度，t/m³；C_B为带钢的比热，kJ/(kg·℃)；h为带钢的厚度，m；t_k为空冷时间，s。

在水冷过程中，带钢的温降模型如下所示：

其中，t_g'为带钢水冷后的温度，℃；t_g为带钢初始温度，℃；t_s为冷却水的温度，℃；h为带钢的厚度，m；Δt为水冷时间，h；ρ_B为带钢的密度，kg/m³；C_B为带钢的比热，kJ/(kg·℃)；γ为水冷的换热系数，w/(m²·℃)。

无论使用低温卷曲生产工艺，还是中温卷曲生产工艺，重要的是知道双相钢在层冷辊道运行过程中的热交换系数，本发明通过试验研究，给出了双相钢在层冷系统中与冷却水的热交换系数计算公式如下所示：

其中，γ为表面综合换热系数，w/(m²·℃)；Q_w为单管平均喷水流量，L/min；t_g为钢板表面温度，℃；Ψ(u)为钢板运动速度修正系数，m/s。当带钢在层冷轨道上的运行速度小于10m/s时，Ψ(u)＝1；当带钢在层冷轨道上的运行速度大于10m/s时，有速度修正公式Ψ(u)＝(v_av/v₀)^B。其中，B为速度影响参数,一般可取0.025；v_av为实际速度,m/s；v₀为基准速度，10m/s。B暂时取值0.025。k₁为喷管修正系数，其取值关系如下所示：

k₂为水温修正系数，其取值关系如下所示：

k₂＝1.075-0.00214t_s-2.9432E^-5t_s ² (5)

其中，t_s为冷却水的温度，℃。

由上述计算过程可知，在双相钢的控冷过程中，需要配套的层冷设备段长度为：

应该说明的是：

基于上述的空冷模型以及水冷模型，不但可以计算出层冷设备段的长度，还可以在已知设备长度下，可计算出带钢的相关参数以及冷却设备的相关参数。

本发明的优势在于：

1、在旧有生产线(轧线)中，可以通过本发明所提供的方法，验证现有层冷系统配置模式是否满足低温或中温卷曲双相钢的生产，如果不满足需要重点在什么位置增加冷却设备。

2、在新生产线(轧线)中，可以根据产品大纲中的双相钢分类，按极限产品的生产工艺要求，结合新厂房的布置和炼钢车间的实际情况，在选定低温或中温卷曲工艺后，使用本发明的所提供的方法，配置层流冷却系统。

3、在已具备生产双相钢的生产线(轧线)中，通过本发明所提供的方法，可以优化组合双相钢不同厚度、不同出口速度下的冷却工艺路径，优化实际生产效率。

如图1至图4所示，下面以某厂旧有1880热轧生产线为例说明利用本发明所提供的方法所获得的指导结果：

某厂旧有1880热轧生产线，其设计之初以生产普碳钢Q195、Q235、Q345为主，年产量为350万吨，为了适应市场的需要，计划新增双相钢DP600生产。现有轧线的布局如图1所示，现有层流冷却系统10为粗层冷系统11和精层冷系统12，其中粗层冷系统11的水量为1080m³/h，其正常水压的工作范围内，单根极管的水量为15～25L/min；精层冷系统12的水量为1680m³/h，其正常水压的工作范围内，单根极管的水量为15～21L/min。

所用冷却水的温度为38℃。为降低生产成本，计划采用低温卷曲的生产工艺，其目标产品和工艺路线如下表所示，以生产8mm厚的DP600为例，按预期的冷却工艺，在现有轧线配置上，采用本发明所提供的方法，得到的冷却工艺路线如下图2所示：

某厂1880生产汽车用双相钢的计划控冷工艺表

由图2可知，在原有1880的冷却系统配置下，无法按预期生产8mm厚的DP600双相钢，因为快速冷却区的冷却能力不够，导致双相钢在弛豫时间后，无法按计划快速冷却到280℃，若想保证此钢种的生产，需在原有层流冷却设备后，再次基于本发明所提供的方法，计算出所需要增大的冷却能力，计算结果为：加设单根极管水冷为25～40L/min超快冷装置20，其位置布局如图3所示，采用改进后的冷却系统，生产DP600双向钢的冷却工艺路线如图4所示。

此外，尽管已经在本发明中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法，其特征在于，构建空冷计算模型以及水冷计算模型，其中：水冷计算模型中的水冷换热系数γ采用如下公式获得：

k₁为喷管修正系数，其取值关系如下所示：

k₂为水温修正系数，其取值关系如下所示：

k₂＝1.075-0.00214t_s-2.9432E^-5t_s ²

其中，t_s为冷却水的温度，℃。

2.根据权利要求1所述的汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法，其特征在于，水冷计算模型采用如下公式：

3.根据权利要求2所述的汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法，其特征在于，空冷计算模型采用如下公式：

4.根据权利要求3所述的汽车用热轧双相钢的控冷工艺设计方法，其特征在于，基于所述的水冷计算模型以及所述的空冷计算模型，并采用如下公式计算出带钢生产线中冷却系统的长度l：