[发明专利]一种预测弹簧钢加热过程氧化层厚度的计算方法

说明书

本发明公开了一种预测弹簧钢加热过程氧化层厚度的计算方法，根据氧化增重实验，依次确定了升温阶段氧化层计算模型、保温阶段氧化层计算模型，并通过设定加热炉内工艺参数，以热连轧实际过程中炉内气氛、加热温度和加热时间的实时数据，作为输入参数，通过钢件表面氧化层厚度模型计算公式，可以实时预测表层氧化层的厚度的变化，从而达到调整工艺参数控制氧化层厚度，改善弹簧钢棒线材表面质量问题，为棒线材的高质量表面控制技术提供一种新的开发方向。具有简单、快捷的特点，对企业现场的实际生产具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，具体为一种预测弹簧钢加热过程氧化层厚度的计算方法。

背景技术

弹簧钢被广泛应用于各种机械、仪器、仪表、交通、石油化工等领域。随着弹簧钢使用工况的越来越苛刻，对弹簧钢表层质量的要求也越来越严格。钢铁表面的氧化铁皮对产品的质量影响很大。一方面，氧化铁皮起着保护基体免锈蚀的作用,另一方面也需要在酸洗时容易除去，否则在轧制过程中会被压入钢材表面，经酸洗后就会在钢材表面留下深浅不一的小坑，严重影响了产品的质量。因此，控制加热过程中产生的氧化层厚度显得尤为重要。

目前关于钢件氧化层厚度的研究多集中在保温阶段。中国专利CN101879530A公开了一种热连轧带钢表面氧化铁皮厚度软测量方法，通过建立厚度预测模型，从过程机数据库中在线调用合金成分、工艺参数、实时温度参数及时间参数，作为参数输入，进行热连轧过程氧化铁皮厚度预测。此方法仅针对保温过程有效，且测量精确度不够。而目前，对于从理论计算表征加热及保温全过程氧化层厚度的研究很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预测弹簧钢加热过程氧化层厚度的计算方法，以热连轧实际过程中炉内气氛、加热温度和加热时间的实时数据，作为输入参数，实现实时预测氧化层厚度的变化，从而达到调整工艺参数控制氧化层厚度，改善弹簧钢棒线材表面质量问题。其针对加热及保温阶段氧化规律不同而进行分别计算的方法，实现了全过程、高精度预测氧化层厚度，可降低生产成本，生产高表面质量弹簧钢棒线材,为棒线材的高质量表面控制技术提供新的开发方向。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种预测弹簧钢加热过程氧化层厚度的计算方法，包括以下步骤：

S1：通过热重分析实验，确定在升温及保温条件下氧化增重与时间的关系曲线；

S2：升温阶段氧化层计算：氧化动力学的速率规律用阿累尼乌斯公式表达：

ΔWⁿ＝K·t (1)

式中，ΔW为单位面积氧化铁皮的增重Kg/m²；K为氧化速率常数kg/(m²·s)；t为氧化时间，s；

其中：K＝K₀·e^-Q/RT (2)

式(2)中，Q为钢种的激活能，J/mol；T为加热温度；R为气体常数8.314J/(mol·k)；K₀为频率因子；

式(3)中，n为反应级数；

将公式(2)带入公式(1)并对等式两边进行对数变换得到公式(3)；以lnt为横坐标，ln(ΔW)为纵坐标得到时间与单位面积氧化增重曲线，进行线性拟合，得到直线的斜率1/n，确定反应级数n；将n代入公式(3)，并以1/T为横坐标，ln(ΔW)为纵坐标得到温度倒数值与单位面积氧化增重曲线，进行线性拟合，得到直线的斜率-Q/R，确定氧化激活能Q，线性方程截距为lnt+lnK₀，确定频率因子K₀；