CN117324369A - 预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢材轧制技术领域，尤其是涉及一种预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法，该方法包括以下步骤：S1、获取原始铸锭横截面的高度和宽度以及中心等轴晶区的高度和宽度；S2、根据轧制方法，基于原始铸锭横截面的高度和宽度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度；S3、基于原始铸锭的高度和宽度、中心等轴晶区的高度和宽度以及第n道次轧制后的铸锭的高度和宽度，利用公式(1)～(2)，计算第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度和宽度；S4、基于第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度和宽度，计算得到第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的方框比。本发明提供的方法计算简单、响应快速。
Description
技术领域
本发明涉及钢材轧制技术领域，尤其是涉及一种预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法。
背景技术
目前，国内、外大部分钢厂均采用连铸方形坯生产，部分使用圆坯生产。钢锭和连铸坯都属于镇静钢，镇静钢因为凝固过程特点，铸锭(坯)横截面组织结构上从外到内一般分为三层，外层为细小等轴晶层(通常厚度为5-15mm)，中间为柱状晶组织，心部为粗大等轴晶区，如图1所示。
铸锭(坯)各层存在成分差异、组织差异，致密度不一致，这些差异必然导致各层间性能差异，比如强韧性、热膨胀、导热率等的差异。这些差异对普通结构材料的使用问题不大，但是对于精密机械、静音发动机、变速箱齿轮等的制造会产生较大影响，当轧制过程压下不当，造成坯料中心粗大等轴晶区变形后成为长短轴(边)长度差别较大的椭圆形、长方形的形状时(如图2)，其后用户锻造齿轮时在齿轮周向上组织会不一致，一个环形区域有些位置只有柱状晶组织，有些只有等轴晶组织，有些地方既有等轴晶区，又有柱状晶区，这种组织的不一致在齿轮渗碳、淬火热处理时会造成齿轮膨胀、收缩不均，热处理后齿轮变形超标，后续不能机加工修复，造成报废，形成巨大经济损失，用户体验差。为了满足精密齿轮制造的要求，改善用户使用体验，铸锭(坯)这种层状结构必须在轧制成材过程得到很好的控制，使得中心等轴晶区变形后得到近似圆形的形貌，如图3，中心区域(中心等轴晶区)框形长轴(边)与短轴(边)的长度比(以下称“方框比”)要控制在1.1以内(1≤方框比≤1.1)，因此，需要在轧制过程中根据铸锭(坯)的中心等轴晶区尺寸，对轧制各道次的压下制度、翻面制度进行设计、规范。
目前预测中心等轴晶区方框比的方法一般有试验类比法和数值模拟法。试验类比法是用大批量的试验坯料轧制成材，在成材的不同道次取样检测，得出各道次变形参数对中心等轴晶区方框比变化的影响，并用测得的数据进行变形类比，这种办法需要比较多的试验坯料，多次试验，对于可逆轧制可以在中间料上取样，但连轧时很难取到中间道次试样，因而操作比较困难，周期长，投入大。数值模拟法是用大型非线性有限元软件(如DEFORM-3D)模拟各道次变形，方框比的变化，找到最佳道次变形分配的方法，这种方法需要采用合理的建模，需要服务器级别的计算系统硬件支持，否则一个规格的工艺参数的模拟计算花上1个月，几十个规格、品种的工艺参数的计算得花至少几个月的时间，也不是很方便、节省。因此，研究一种新的计算简单、响应快速的预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸(方框比)的方法具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法，该方法计算简单、响应快速，能够很好地应用于现场实际生产。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法，所述方法包括以下步骤：
S1、获取原始铸锭横截面的高度和宽度以及所述原始铸锭中心等轴晶区的高度和宽度；
S2、根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度，其中，n为大于或等于1的整数；
S3、基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度、所述原始铸锭中心等轴晶区的高度和宽度以及第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度，利用公式(1)～(2)，计算第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度和宽度：
h1＝h*H1/H(1)
b1＝k*b*B1/B(2)
式中，h1代表第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度；h代表第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；当n为1时，H代表所述原始铸锭横截面的高度，当n为大于1的整数时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；当n为1时，H1代表所述原始铸锭中心等轴晶区的高度，当n为大于1的整数时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度；b1代表第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度；b代表第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；当n为1时，B代表所述原始铸锭横截面的宽度，当n为大于1的整数时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；当n为1时，B1代表所述原始铸锭中心等轴晶区的宽度，当n为大于1的整数时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度；k为所述轧制方法中孔型形状对框形影响的系数；
S4、基于所述第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度和宽度，计算得到第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的方框比。
该方法计算简单、响应快速，能够很好地应用于现场实际生产。
进一步的，所述根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度包括：
当n为1时，根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度以及所述第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数时，根据轧制方法，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度以及所述第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度。
进一步的，所述乌萨托夫宽展公式包括公式(3)～(8)：
β＝λ-w (3)
W＝10-1.269*δ*ε^0.556 (4)
λ＝h/H (5)
β＝b/B (6)
δ＝B/H (7)
ε＝H/D (8)
式中，D为轧辊工作辊径；
当n为1时，h代表根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度，确定的第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；H为原始铸锭横截面的高度；B为原始铸锭横截面的宽度；b为第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数时，h代表根据轧制方法，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，确定的第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；b为第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度，其中，当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度。
进一步的，当n为大于1的整数时，所述基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度包括：
当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；
当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度。
进一步的，在步骤S3中，所述当n为大于1的整数时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度。
进一步的，在步骤S3中，当n为大于1的整数时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度。
进一步的，在步骤S3中，当n为大于1的整数时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度。
进一步的，在步骤S3中，所述当n为大于1的整数时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度。
进一步的，当孔型为圆形或箱形时，k为1；当孔型为椭圆形时，k为0.95-0.98。
进一步的，所述轧制方法中的轧制过程在两个垂直方向进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括以下一项：
(1)本发明提供的预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法计算简单、响应快速，能够很好地应用于现场实际生产。
(2)本发明提供的预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法能够高效、快速预测出铸锭中心等轴晶区变形后尺寸，不受品种和坯型规格限制，通过利用轧制变形原理并经过试验验证，计算结果能很好地与实际吻合，可以应用于指导轧制压下制度的编制，达到改善“框形”形貌的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为铸锭横截面的低倍组织图；
图2为轧制过程压下不当时得到的圆钢的低倍组织图；
图3为中心等轴晶区形貌为近似圆形的圆钢的低倍组织图；
图4为轧制过程中坯料的变形示意图；
图5为实施例1得到的圆钢的低倍组织图；
图6为实施例2得到的圆钢的低倍组织图；
图7为方坯成材过程中中心等轴晶区尺寸的计算结果和实际结果的趋势对比图；
图8为圆坯成材过程中中心等轴晶区尺寸的计算结果和实际结果的趋势对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。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。下列实施例中未注明具体条件的工艺参数，通常按照常规条件。
在本发明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发明中具体公开。
本发明提供了一种预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法，所述方法包括以下步骤：
S1、获取原始铸锭横截面的高度和宽度以及所述原始铸锭中心等轴晶区的高度和宽度；
S2、根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度，其中，n为大于或等于1的整数；
S3、基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度、所述原始铸锭中心等轴晶区的高度和宽度以及第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度，利用公式(1)～(2)，计算第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度和宽度：
h1＝h*H1/H(1)
b1＝k*b*B1/B(2)
式中，h1代表第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度；h代表第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；当n为1时，H代表所述原始铸锭横截面的高度，当n为大于1的整数时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；当n为1时，H1代表所述原始铸锭中心等轴晶区的高度，当n为大于1的整数时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度；b1代表第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度；b代表第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；当n为1时，B代表所述原始铸锭横截面的宽度，当n为大于1的整数时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；当n为1时，B1代表所述原始铸锭中心等轴晶区的宽度，当n为大于1的整数时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度；k为所述轧制方法中孔型形状对框形影响的系数；
S4、基于所述第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度和宽度，计算得到第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的方框比。
这里，轧制方法指的是将铸锭(坯)轧制成棒材的方法。
高度可以指轧制过程中，压缩方向上的长度；宽度可以指轧制过程中，宽展方向上的长度。
本发明提供的预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法计算简单、响应快速，能够很好地应用于现场实际生产。
本发明提供的方法预测方框比的关键是要比较准确的计算预测轧制时轧件的宽展，而在棒材轧制时乌萨托夫宽展公式是比较准确的，因此本发明主要介绍在乌萨托夫宽展公式计算宽展的基础上的方框比预测方法。
本发明提供了一种高效预测轧制过程铸锭(坯)中心等轴晶区变形的计算模型，能够高效、快速预测出铸锭(坯)中心等轴晶区变形后锭型偏析的方法，通过利用轧制变形原理并经过试验验证，计算结果能很好地与实际吻合，指导轧制压下制度的编制，达到改善“框形”形貌的目的。
上述预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法中，作为一种可选实施方式，所述根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度包括：
当n为1时，根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度以及所述第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数时，根据轧制方法，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度以及所述第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度。
上述预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法中，作为一种可选实施方式，所述乌萨托夫宽展公式包括公式(3)～(8)：
β＝λ-w (3)
W＝10-1.269*δ*ε^0.556 (4)
λ＝h/H (5)
β＝b/B (6)
δ＝B/H (7)
ε＝H/D (8)
式中，D为轧辊工作辊径；
当n为1时，h代表根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度，确定的第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；H为原始铸锭横截面的高度；B为原始铸锭横截面的宽度；b为第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数时，h代表根据轧制方法，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，确定的第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；b为第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度，其中，当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度。
这里，可以根据H和压下量得到h，然后将h代入公式(3)～(8)，计算得到b。
D(轧辊工作辊径)是和轧辊名义直径、孔型形状、压下量等相关的参数，根据轧制程序很容易可计算得出，D(轧辊工作辊径)的计算方法为本技术领域公知常识。
上述预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法中，作为一种可选实施方式，当n为大于1的整数时，所述基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度包括：
当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；
当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度。
上述预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法中，作为一种可选实施方式，在步骤S3中，所述当n为大于1的整数时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度。
上述预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法中，作为一种可选实施方式，在步骤S3中，当n为大于1的整数时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度。
上述预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法中，作为一种可选实施方式，在步骤S3中，当n为大于1的整数时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度。
上述预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法中，作为一种可选实施方式，在步骤S3中，所述当n为大于1的整数时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度。
上述预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法中，作为一种可选实施方式，当孔型为圆形或箱形时，k为1；当孔型为椭圆形时，k为0.95-0.98。
上述预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法中，作为一种可选实施方式，所述轧制方法中的轧制过程在两个垂直方向进行。
下面结合具体实施例和对比例对本发明作进一步详细地描述。
下述实施例中：
假设去掉轧件(铸锭)头尾区域，轧件(铸锭)为刚体，轧制在两个垂直方向进行，变形完全对称。因为变形对称，可以假定在两个垂直变形的方向各质点只在其对应的轴上运动(不考虑延伸)。垂直方向压缩时，纵轴上的点向原点运动，横轴上的点因为宽展的原因远离原点运动，反之水平方向压缩时，横轴上的点向原点运动，纵轴上的点远离原点运动。再者，假设轧件(铸锭)完全对称，位于对称中心的点保持对称中心，那么中心点的位移始终为零。如图4，原始坯料(蓝色实线所示)：高*宽＝H*B，其中心等轴晶区(蓝色虚线所示)：高*宽＝H1*B1；原始坯料变形后，变为(红色实线所示)：高*宽＝h*b，中心等轴晶区变形后(红色虚线所示)高*宽＝h1*b1。
实施例1
本实施例提供了一种预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法，该方法包括以下步骤：
S1、获取原始铸锭横截面的高度和宽度以及所述原始铸锭中心等轴晶区的高度和宽度。
S2、当n为1时，根据轧制方法中的压下量，基于所述原始铸锭横截面的高度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度以及所述第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，利用乌萨托夫宽展公式(公式(3)～(8))，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，根据轧制方法中的压下量，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；当n为大于1的整数且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，根据轧制方法中的压下量，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；当n为大于1的整数时，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度以及所述第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，利用乌萨托夫宽展公式(公式(3)～(8))，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度：
β＝λ-w (3)
W＝10-1.269*δ*ε^0.556 (4)
λ＝h/H (5)
β＝b/B (6)
δ＝B/H (7)
ε＝H/D (8)
式中，D为轧辊工作辊径；
当n为1时，h代表根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度，确定的第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；H为原始铸锭横截面的高度；B为原始铸锭横截面的宽度；b为第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数时，h代表根据轧制方法，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，确定的第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；b为第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度，其中，当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度。
S3、基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度、所述原始铸锭中心等轴晶区的高度和宽度以及第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度，利用公式(1)～(2)，计算第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度和宽度：
h1＝h*H1/H(1)
b1＝k*b*B1/B(2)
式中，h1代表第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度；h代表第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；当n为1时，H代表所述原始铸锭横截面的高度；当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度；当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；当n为1时，H1代表所述原始铸锭中心等轴晶区的高度；当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度；当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度；b1代表第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度；b代表第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；当n为1时，B代表所述原始铸锭横截面的宽度；当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度；当n为1时，B1代表所述原始铸锭中心等轴晶区的宽度；当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度；当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度；当所述轧制方法中孔型形状为圆形或箱形时，k为1；当孔型形状为椭圆形时，k为0.97。
S4、基于所述第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度和宽度，计算得到第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的方框比。
采用本实施例提供的方法预测规格为300X400mm的方坯铸锭(中心方框尺寸长*宽＝210*130mm)经16道次平立轧制成φ80mm20CrMnTi圆钢过程中中心等轴晶区尺寸变化情况，轧制过程中的布置方式、孔型形状以及中心等轴晶区尺寸变化情况如表1所示。
表1
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预测结果：300x400mm方坯经16道次平立轧制中心区域(中心等轴晶区)尺寸长轴为37.8mm，短轴为33.65mm，长短轴之比(方框比)为1.12。
按照表1所示的轧制方法将300X400mm方坯(中心方框尺寸长*宽＝210*130mm)铸锭经16道次平立轧制成φ80mm20CrMnTi圆钢，φ80mm20CrMnTi圆钢的低倍组织图如图5所示，现场取样测量φ80mm20CrMnTi圆钢中心区域(中心等轴晶区)尺寸长轴38mm，短轴34mm，长短轴之比为1.118，预测值与实际值非常接近，长短轴比偏差小。
实施例2
本实施例提供的预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法与实施例1基本相同，不同之处在于，在步骤S3中，当孔型形状为椭圆形时，k为0.975。
采用本实施例提供的方法预测φ390mm圆坯(中心方框尺寸φ210mm)铸锭经16道次平立轧制成φ80mm20CrMnTi圆钢过程中中心等轴晶区尺寸变化情况，轧制过程中的布置方式、孔型形状以及中心等轴晶区尺寸变化情况如表2所示。
表2
预测结果：φ390mm圆坯经16道次平立轧制中心区域(中心等轴晶区)尺寸长轴为43.96mm，短轴为39.45mm，长短轴之比(方框比)为1.11。
按照表2所示的轧制方法将φ390mm圆坯(中心方框尺寸φ210mm)铸锭经16道次平立轧制成φ80mm20CrMnTi圆钢，φ80mm20CrMnTi圆钢的低倍组织图如图6所示，现场取样测量φ80mm20CrMnTi圆钢中心区域(中心等轴晶区)尺寸长轴43mm，短轴38mm，长短轴之比为1.13，预测值与实际值非常接近，长短轴比偏差小。
实施例3
将规格为300mm*400mm的方坯投入生产，轧制成圆钢，成材后取样低倍检验，测量记录中心框(中心等轴晶区)长轴尺寸和短轴尺寸，与根据现场轧制数据采用实施例1提供的预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法计算的数据进行比较，结果如图7所示，横轴表示圆钢规格，纵轴表示中心框(中心等轴晶区)特征尺寸，单位为mm，图7中从左至右对应钢材规格从/>到/>可以看出方坯成材方框尺寸(中心等轴晶区长轴尺寸和短轴尺寸)的计算结果和实际结果趋势一致，差别在较小范围以内，经过试验验证实施例1提供的预测方法可以很好的预测轧制过程中轧件中心等轴晶区方框尺寸的变化，可以为现场提供压下制度设计的指导。
实施例4
将φ390mm圆坯投入生产，轧制成圆钢，成材后取样低倍检验，测量记录中心框(中心等轴晶区)长轴尺寸和短轴尺寸，与根据现场轧制数据采用实施例2提供的预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法计算的数据进行比较，结果如图8所示，横轴表示圆钢规格，纵轴表示中心框(中心等轴晶区)特征尺寸，单位为mm，图8中从左至右对应钢材规格从/>到/>可以看出圆坯成材方框尺寸的计算结果和实际结果趋势一致，差别在较小范围以内，经过试验验证实施例2提供的预测方法可以很好的预测轧制过程中轧件中心等轴晶区方框尺寸(中心等轴晶区长轴尺寸和短轴尺寸)的变化，可以为现场提供压下制度设计的指导。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、获取原始铸锭横截面的高度和宽度以及所述原始铸锭中心等轴晶区的高度和宽度；
S2、根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度，其中，n为大于或等于1的整数；
S3、基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度、所述原始铸锭中心等轴晶区的高度和宽度以及第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度，利用公式(1)～(2)，计算第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度和宽度：
h1＝h*H1/H(1)
b1＝k*b*B1/B(2)
式中，h1代表第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度；h代表第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；当n为1时，H代表所述原始铸锭横截面的高度，当n为大于1的整数时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；当n为1时，H1代表所述原始铸锭中心等轴晶区的高度，当n为大于1的整数时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度；b1代表第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度；b代表第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；当n为1时，B代表所述原始铸锭横截面的宽度，当n为大于1的整数时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；当n为1时，B1代表所述原始铸锭中心等轴晶区的宽度，当n为大于1的整数时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度；k为所述轧制方法中孔型形状对框形影响的系数；
S4、基于所述第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度和宽度，计算得到第n道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的方框比。
2.根据权利要求1所述的预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法，其特征在于，所述根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度包括：
当n为1时，根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，基于所述原始铸锭横截面的高度和宽度以及所述第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数时，根据轧制方法，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度和宽度以及所述第n道次轧制后的铸锭横截面的高度，利用乌萨托夫宽展公式，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度。
3.根据权利要求1所述的预测轧制过程铸锭中心等轴晶区尺寸的方法，其特征在于，所述乌萨托夫宽展公式包括公式(3)～(8)：
β＝λ-w (3)
W＝10-1.269*δ*ε^0.556 (4)
λ＝h/H (5)
β＝b/B (6)
δ＝B/H (7)
ε＝H/D (8)
式中，D为轧辊工作辊径；
当n为1时，h代表根据轧制方法，基于所述原始铸锭横截面的高度，确定的第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；H为原始铸锭横截面的高度；B为原始铸锭横截面的宽度；b为第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数时，h代表根据轧制方法，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，确定的第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度；b为第n道次轧制后的铸锭横截面的宽度，其中，当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度。
4.根据权利要求2所述的预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法，其特征在于，当n为大于1的整数时，所述基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度包括：
当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度；
当所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，基于第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度，确定第n道次轧制后的铸锭横截面的高度。
5.根据权利要求1所述的预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述当n为大于1的整数时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的高度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度。
6.根据权利要求1所述的预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法，其特征在于，在步骤S3中，当n为大于1的整数时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，H1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的高度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度。
7.根据权利要求1所述的预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法，其特征在于，在步骤S3中，当n为大于1的整数时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的高度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B代表在进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度，所述进行第n道次轧制前铸锭横截面的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭横截面的宽度。
8.根据权利要求1所述的预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述当n为大于1的整数时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度或宽度，包括：
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式不同时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的高度；
当n为大于1的整数，且所述第n道次轧制的布置方式与所述第n-1道次轧制的布置方式相同时，B1代表在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度，所述在进行第n道次轧制前铸锭中心等轴晶区的宽度为第n-1道次轧制后的铸锭中心等轴晶区的宽度。
9.根据权利要求1所述的预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法，其特征在于，当孔型为圆形或箱形时，k为1；当孔型为椭圆形时，k为0.95-0.98。
10.根据权利要求1所述的预测轧制过程铸坯中心等轴晶区尺寸的方法，其特征在于，所述轧制方法中的轧制过程在两个垂直方向进行。
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