[发明专利]一种基于模型控制的钢板淬火冷却方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁行业的淬火领域，特别涉及一种基于模型控制的钢板淬火冷却方法。

背景技术

钢板的淬火工艺，一般适合厚板，即对轧制后重新加热至完全奥氏体状态的厚板进行急冷处理，使钢材产生马氏体相变和贝氏体相变，从而使其具有高韧性、高强度和良好焊接性能，淬火是调整材料组织性能的关键工艺，对生产具有稳定力学性能和良好板形的高强度厚板至关重要。其中，淬火机是关键设备，其对钢板的冷却方式一般采用上下喷射、喷淋的冷却方式。由于厚板淬火过程中，钢板表面被水雾包围，钢板的温度、板形检测困难，无法闭环控制，只能通过预设定的方式来控制，即根据用户对产品性能的要求确定目标冷速，通过预设定冷却水量和钢板走速的方式来控制冷速达到目标，而如何制定目标冷速，以及如何设定水量和走速才能使钢板在达到目标冷速的同时获得稳定的性能和良好的板形，一直是厚板淬火机控制的难点。

专利CN1840723，公开了一种屈服强度1100MPa以上超高强度钢板及其制造方法，对终轧温度介于860～920℃之间的钢板以不低于约20℃/s的冷却速率在线淬火，至低于约200～400℃的淬火终止温度。但是该方案只是解决了淬火冷速目标制定的问题，并没有提及淬火机如何实现这些目标。

专利CN2334511，公开了一种用于中厚钢板或钢带热轧后的冷却装置，其特点是水喷嘴与气喷嘴配合使用，可形成四种使用方式，能实现由空冷到淬火的系列冷却强度，调节范围大，可实现无阶梯调节。可大幅度地提高钢板或钢带的屈服强度和抗拉强度，而延伸率和冲击韧性不降低。但是该方案是针对淬火装置结构的发明或改进，并不涉及控制淬火机的冷却方法。

专利SU 1708871，公开了一种厚板热处理方法，通过细化组织来增强钢板的力学性能，根据辅助表达式进行水冷和空冷的循环冷却，从Ar3(90-130℃)的水冷开始，钢板的整个制造过程为加热、轧制、循环冷却。但是该方案提出的是与淬火有关的热处理方法，与淬火机的控制无关。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模型控制的钢板淬火冷却方法，通过建立控制模型来实现对钢板淬火时的冷却控制。

本发明提供一种基于模型控制的钢板淬火冷却方法，适用于钢板在淬火机上的淬火，包括以下步骤：

获取所述钢板的各元素比例以及目标硬度，将所述钢板的各元素比例输入建立的临界冷却速度模型，计算输出各金相组织成分对应的各临界冷却速度；

建立与所述各临界冷却速度对应的金相组织硬度模型，将所述临界冷却速度、钢板的各元素比例以及各金相组织比例输入所述金相组织硬度模型，计算输出金相组织硬度；根据所述金相组织硬度模型确定的金相组织硬度与金相组织比例的对应关系，确定所述目标硬度对应的金相组织比例，将所述目标硬度及其对应的金相组织比例输入所述金相组织硬度模型，计算输出目标冷速；

将获取的所述淬火机的辊道速度、板坯厚度输入建立的钢板走速模型，计算输出钢板走速；

建立钢板温度模型，所述钢板温度模型根据所述钢板的相关参数、所述钢板走速相对应的钢板运行时间，计算所述钢板的实时温度，并计算所述钢板在所述淬火机各区域内的平均冷却速度；

根据淬火机各区域的上下喷水量建立水量优化模型，当所述钢板温度模型输出的平均冷却速度不符合所述目标冷速时，所述水量优化模型改变上下喷水量以调整所述钢板的平均冷却速度。

所述方法还包括板形修正步骤：

2.1、获取所述钢板的翘曲度；

2.2、建立钢板换热系数修正模型，根据所述钢板翘曲度以及预定规则对所述钢板的上下表面的换热系数进行修正。

所述临界冷却速度模型为：

logV＝K-(A·C％+B·Mn％+D·Ni％+E·Cr％+F·Mo％+G·Pa)

其中，K、A、B、D、E、F、G为回归系数，根据试验数据回归得出；C、Mn、Ni、Cr、Mo分别为碳、锰、镍、铬、钼元素的百分含量；

Pa为奥氏体化参数：T为温度，R为理想气体常数，ΔH为过程的激活能，t为时间。

所述临界冷却速度模型的回归系数见下表：

其中，Mn、Mo为锰、钼元素的百分含量；

上表中的各临界冷却速度的含义见下表：

所述金相组织硬度模型包括基本金相组织硬度模型和混合金相组织硬度模型，所述基本金相组织硬度模型为：

Hv_M＝127+949·C％+27·Si％+11·Mn％+8·Ni％+16·Cr％+21·logv