在加热或冷却钢条之后确定铁素体相组分 |
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| 申请号 | CN201480025062.6 | 申请日 | 2014-04-04 | 公开(公告)号 | CN105408505B | 公开(公告)日 | 2017-08-08 |
| 申请人 | 首要金属科技奥地利有限责任公司; | 发明人 | B.林泽尔; A.里姆纳; R.布格; R.林斯博德; J.米科塔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于在治金系统中加热 钢 条（2）之后或当冷却钢条（2）时确定 铁 素体相组分xα的方法。该方法包括以下工艺步骤：测量钢条（2）的宽度W1和 温度 T1，其中，钢条（2）在测量期间包含铁素体相组分xα1；加热或冷却钢条（2），其中，当加热时在钢条（2）中至少部分地发生从铁素体状态α进入奥氏体状态γ的相转变，并且当冷却时在钢条（2）中至少部分地发生从奥氏体状态γ进入铁素体状态α的相转变；测量至少部分转变的钢条（2）的宽度W和温度T；确定公式（I）的铁素体相组分，其中，T0是参考温度，以及αα和αγ是铁素体和奥氏体的线性 热膨胀 系数，。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于在加热或冷却钢条（2）之后确定铁素体相组分xα的方法，具有方法步骤： |
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| 说明书全文 | 在加热或冷却钢条之后确定铁素体相组分技术领域背景技术[0002] 现有技术中已知的方法是使用已知为巴克豪森（Barkhausen）噪声的方法或者通过测量磁滞而确定钢条中的相组分。另一已知方法是使用已知为事后分析的方法确定相组分，包括采取样本、准备样本并且对所准备的样本进行冶金学分析的步骤。事后分析使得关于在冷却或加热区域中存在的工艺条件的结论能够被间接地（即经过结构）取得。 [0003] 测量巴克豪森噪声或测量磁滞的缺点在于，测量头必须被移动非常靠近该条。通常不存在于冶金系统中的额外测量装置也是必须的。这导致设备和人员的相当多的额外费用。 [0004] 事后分析的缺点在于，仅能够在钢条制造之后很长时间才取得关于达到物化结构的所要求特性的结论。在事后分析期间的长时间延迟意味着，其无法用于在钢条制造期间瞬时状况的受调节平衡——例如用于由于钢水包改变而减缓铸造速度，这在连续铸造系统中伴随钢条通过冷却区域的吞吐速度的减小。 发明内容[0005] 本发明的目标在于克服现有技术的缺点，并且详述用于在加热或冷却钢条之后确定铁素体相组分的方法、计算机程序产品和装置，由此能够确定铁素体相组分： [0006] －在线地，即不中断正在进行的操作， [0007] －快速地，即在用于测量和评估的短时间内， [0008] －采用可能的最简单机构，即没有昂贵的测量装置， [0009] －没有复杂的评估，以及 [0010] －具有足够高的精确度。 [0012] 具体而言，该方法具有以下方法步骤： [0013] －测量钢条的宽度W1和温度T1，其中，该钢条在测量期间具有铁素体相组分xα1； [0014] －加热或冷却钢条，其中，在加热期间从铁素体状态α至奥氏体状态γ的相转变至少部分地发生在钢条中，并且在冷却期间从奥氏体状γ至铁素体状态α的相转变至少部分地发生在钢条（2）中； [0015] －测量所述至少部分地转变的钢条的宽度W和温度T； [0016] －通过以下公式确定铁素体相组分xα， [0017] [0018] 其中， [0019] T0是参考温度以及 [0020] αα和αγ是铁素体和奥氏体的线性热膨胀系数。 [0021] 在这种情形中——通常在热轧机中奥氏体精轧（其中，在最后轧制道次期间钢条在最后的轧钢机架中具有完全的奥氏体结构）钢条之后立刻或者在冷却（其中，该钢条在冷却之后具有完全铁素体结构）钢条之后马上——测量钢条的宽度W1和温度T1，其中，钢条具有铁素体相组分xα1。这个铁素体相组分xα1从工艺管理充分地已知的（例如在奥氏体精轧之后，xα1＝0），或者通过根据现有技术用于确定相组分的方法一次性确定。优选地以非接触方式做出用于确定宽度W1和温度T1的两种测量，例如通过光学宽度测量或高温计。为了最大可能的精确度，对两种测量有利的是大约同时对——通常未切割——的条的相同区段做出。随后加热钢条（例如在加热区域中），或者冷却钢条，例如在冷却区域中。 [0022] 在冷却期间，钢条的结构至少部分地从奥氏体状态γ（即从奥氏体）转变为铁素体状态α（例如转变为铁素体或马氏体…）。在加热期间，钢条的结构至少部分地从铁素体状态α转变为奥氏体状态γ。 [0023] 在加热或冷却钢条之后，再次确定至少部分地转变的钢条的宽度W和温度T。在此对两种测量也有利的是大约同时对条的相同区段做出。 [0024] 最终，由公式确定铁素体相组分xα， [0025] [0026] 其中为了确定铁素体相组分xα、以及宽带W1和W、温度T1和T，仅使用钢条的少许物理参数，诸如奥氏体的线性热膨胀函数αγ以及铁素体的线性热膨胀函数αα。这些函数通常假定作为线性的；它们的参数——在文献中主要称作线性热膨胀系数——对于本领域技术人员是已知的，例如来自http://www.memory-metalle.de/html/03_knowhow/PDF/MM_04_properties_d.pdf或http://www.attempo.com/Daten/Kernmaterialien.pdf。最终，T0包括通常20℃的参考温度。 [0027] 在本发明的实施例的替代形式中，使用所谓的空间热膨胀系数替代线性热膨胀系数。在这样的情形中，经由冷却期间钢条的长度和宽度的变化而取得关于铁素体相组分的结论。 [0028] 本发明使得结构的转变组分能够在线确定，即在冶金系统的正在进行的操作期间，具有充分高的精确度并且基本上通过在冶金系统中通常已存在的机制。此外，能够由以上公式容易地且快速地评估相组分事件——在被观测工艺步骤期间增大或减小。 [0029] 由如权利要求2中所请求保护的方法覆盖实际中的大类应用区域。具体而言，在用于在加热钢条之后确定铁素体相组分xα的方法中，执行以下方法步骤： [0030] －测量钢条的宽度W1和温度T1，其中，钢条在测量期间完全在具有xα1＝1的铁素体状态； [0031] －加热钢条，其中，至少部分地发生了从铁素体状态α进入奥氏体状态γ的相转变； [0032] －测量至少部分地转变的钢条的宽度W和温度T； [0033] －通过以下公式确定铁素体相组分xα [0034] 。 [0035] 在这个方法中，假设钢条初始地完全处于铁素体状态；如果在冷却区域（例如层状冷却区域）中测量宽度W1和温度T1之前、优选在其之前立即冷却钢条，这个是通常的情形。 [0036] 在通过退火加热钢条的技术上重要的情形中，在退火期间和/或退火之后测量至少部分地转变的钢条的宽度W和温度T。 [0037] 在退火期间，尤其有利的是设置（优选地根据闭环控制）退火持续时间和/或在在退火期间的退火温度为铁素体相组分xα的函数。 [0038] 退火持续时间能够经由条通过退火炉的速度而容易地设置。然而应该在此注意的是，条的通过速度也改变了通过退火炉的吞吐量。采用退火炉与快速冷却区域的直接联接操作，通过改变条的通过速度也改变了快速冷却（也淬火）期间的速度。 [0039] 退火温度通常由燃烧器设置。 [0040] 例如在连续退火炉中的中间临界退火期间，为了铁素体相组分xα的较小和快速校正，能够改变通过速度，并且在此之后能够立即调节退火温度，因为退火温度能够自然地比通过速度更缓慢地改变。 [0041] 随后条的通过速度连续地回调至期望的速度，其中，与此平行地调整退火温度，使得实际的相组分xα尽可能精确地对应于所需要的相组分。 [0042] 无论如何，根据开环或闭环控制设置退火持续时间和/或退火温度使得实际的结构成分能够被设置为所需要的结构成分。如果根据闭环控制设置退火持续时间和/或退火温度，尤其精确地实现了目标结构。采用退火持续时间的闭环控制设置，在所需要的相组分和实际的相组分xα之间做出所需要的-真实的比较，其中，继续退火直至实际的相组分xα尽可能精确地对应于所需要的相组分。采用设置了退火温度的闭环控制，作为所需要的相组分和真实的相组分xα之间的所需要的-真实的比较的函数，退火温度被调整直至实际的相组分xα尽可能精确地对应于所需要的相组分。 [0043] 由权利要求7包含用于在钢条冷却之后确定铁素体相组分的创新性方法的另外的技术重要的特别情形。具体而言，执行以下方法步骤： [0044] －测量钢条的宽度W1和温度T1，其中，钢条在测量期间完全处于具有xα1＝0的奥氏体状态； [0045] －冷却钢条，其中，从奥氏体状态γ进入铁素体状态α的相转变至少部分地发生在钢条中； [0046] －测量至少部分地转变的钢条的宽度W和温度T； [0047] －通过以下公式确定铁素体相组分xα [0048] [0049] 这个特别情形尤其发生在钢条在奥氏体状态被精轧时，即钢条以奥氏体状态离开精轧链的最后轧钢支架并且随后被冷却。 [0050] 尤其有利的是，钢条在宽度W1和温度T1测量之前被热轧制、优选是在宽度W1和温度T1测量之前立即被热轧制。在实施例的优选形式中，防止了在热轧制与W1和T1测量之间从奥氏体状态的部分相转变。 [0051] 通常在宽度W1和温度T1的测量之后在冷却区域中冷却钢条。 [0052] 在热轧制期间，能够有利的是，在卷绕之前立即采取对至少部分地转变的钢条的宽度W和温度T的测量。然而，这些测量也能够在先前发生，例如在冷却区域中冷却期间或之后。 [0053] 如果在冷却区域中冷却期间设置冷却作为以这种方式确定的铁素体相组分xα的函数，相转变尤其能够被精确地设置。 [0054] 在最简单情形中，根据开环控制设置冷却区域。根据闭环控制尤其精确地控制相转变，即通过所需要的-真实的比较，其中，铁素体相组分的所需要的数值与实际的数值之间的偏差用于设置冷却区域。这使得冷却区域中的转变程度即使在过渡操作条件之下能够被精确地预先规定。 [0055] 根据开环控制或优选地根据闭环控制，使用冷却持续时间和/或冷却强度能够设置冷却例如作为铁素体相组分xα的函数。 [0056] 一种用于执行本发明方法的计算机程序产品，在至少部分相转变之前宽度W1和温度T1的数值、在至少部分相转变之后钢条的宽度W和温度的数值以及钢条的物理参数能够被供应给该计算机程序产品，该计算机程序产品具有用于计算铁素体相组分xα的计算模块： [0057]。 [0058] 因此，该计算机程序产品能够装载到执行本发明方法的计算机中，例如在冶金系统中。 [0059] 用于在加热钢条或在冷却区域中冷却钢条之后确定铁素体相组分xα的装置，尤其用于执行本发明方法，具有： [0060] －用于测量T1的第一温度测量装置以及用于测量W1的第一宽度测量装置； [0061] －用于测量T的第二温度测量装置以及用于测量W的第二宽度测量装置，其中，第一温度测量装置和第一宽度测量装置布置在加热或冷却区域之前，并且第二温度测量装置和第二宽度测量装置布置在加热或冷却区域之后；以及 [0062] －计算单元，用于确定铁素体相组分 [0063] [0065] 如果冷却区域具有含有设置装置的至少一个冷却喷嘴或者加热区域具有含有设置装置的至少一个加热元件，在本发明装置的操作期间就有可能影响相转变，其中，计算单元为了发送信号目的连接至设置装置，使得能够设置铁素体相组分。 [0066] 设置装置能够被配备在冷却区域中作为阀门，例如具有旋转驱动的球阀，其中，冷却媒介（例如水、空气、或含有空气的水）流过该阀门。在实施例的另一形式中，能够例如设置离心泵的速度，例如通过其能够设置冷却媒介的压力。 [0068] 用于设置退火炉中的退火温度的设置装置能够被配备作为阀门，例如具有旋转驱动的球阀，其中，氧载体（通常为空气或氧气）或燃料（例如加热油、天然气等）流过该阀门。氧载体和燃料在燃烧器中燃烧。自然地，设置装置对于氧载体和燃料能够存在于每种情形中，使得例如氧气和燃料之间的体积比能够保持恒定（例如接近化学计量比）。 [0069] 有利的是在计算单元和设置装置之间存在开环控制装置。为了高精确度，有利的是当闭环控制装置布置在这两者之间时。 [0070] 有利的是，沿钢条的输送方向的加热或冷却区域具有至少两个区段，其中，第一温度测量装置和第一宽度测量装置布置在每个区段之前，并且第二温度测量装置和第二宽度测量装置布置在每个区段之后，以及每个区段具有用于确定铁素体相组分xα的计算单元。这使得相转变即使在加热或冷却区域的区段内也能够确定。 [0071] 尤其有利的是，每个冷却区域具有含有设置装置的至少一个冷却喷嘴，以及计算单元为了发送信号目的连接至设置装置，使得能够在冷却区域中设置铁素体相组分。这使得冷却区域内的相转变能够被相当明确地影响，例如根据开环或闭环控制设置。 [0073] 从以下非限制性示例性实施例给出的描述显现了当前发明的其他优点和特征，其中，在以下附图中： [0074] 图1 示出了具有用于执行本发明方法的装置的热轧机的一部分的侧视图和地面平面图； [0075] 图2 示出了具有用于执行本发明方法的装置的变形体的热轧机的一部分的侧视图； [0076] 图3 示出了用于钢条的中间临界退火的连续退火炉中的温度曲线的示意图。 具体实施方式[0077] 图1示出了用于制造钢条的热轧机的后部部分。具体而言，在热轧机中生产由材料CK60制成的、具有2mm厚度和1800 mm宽度的钢条2。钢条2在未完全示出的精轧链的最后轧钢支架1中精轧，在TFM＝800℃的温度下处于奥氏体状态，并且以例如6至8 m/s的输运速度离开最后轧钢支架1。在精轧之后，立即由第一温度测量装置4a、具体而言为高温计检测钢条2的温度T1。同时，由在此配备作为相机的第一宽度测量装置5a检测钢条2的宽度W1。随后，在冷却区域6中冷却钢条2，由此钢条2的结构中的奥氏体相组分γ至少部分地转变为铁素体相组分α。本发明的目标是确定在冷却区域6中或者在冷却区域之后（例如在卷绕机3中卷绕之前）确定转变 的程度。为此，钢条2沿由箭头所示方向移动穿过冷却区域6并且在这个过程期间被冷却。条2由未被附加示出的多个冷却喷嘴冷却。在冷却区域6之后，由第二温度测量装置4b、具体而言为高温计或热相机、以及第二宽度测量装置5b检测钢条2的温度T和宽度W。随后由卷绕机3将钢条卷为盘卷。 [0078] 知道在冷却之前和之后在条的至少两个点处的温度和宽度、以及在整个奥氏体初始状态的先决条件和铁素体和奥氏体的线性热膨胀系数之下，使得铁素体相组分xα能够被确定。这个过程将被概述如下： [0079] 钢条的宽度w作为温度T的函数由w＝w0[1+α(T－T0)]给出，其中，w0对应于在通常20℃的参考温度T0下钢条的宽度，并且α是线性热膨胀系数。自然地，能够使用更高阶多项式方法，取代线性方法。 [0080] 因为奥氏体相γ具有与铁素体相α(i)的线性热膨胀系数αα(i)不同的线性热膨胀系数αγ，具有铁素体相（i）的组分xα(i)和奥氏体相γ的组分xγ的钢条的宽度能够以混合方法而写为以下公式 [0081] [0082] 如果进一步假设，在冷却期间钢条中仅存在一个铁素体相α（通常为铁素体），则之前的表达式简化为 [0083] [0084] 进一步已知的，奥氏体相和所有铁素体相之和总是等于1，即 [0085] [0086] 如果仅存在一个铁素体相， 则适用。 [0087] 对于仅具有一个铁素体相的情形，因此以下公式适用 [0088] [0089] 因此以下公式适用于铁素体相组分 [0090] 。 [0091] 在奥氏体轧制期间在温度T1下钢条的宽度W1由以下式子给出 [0092] [0093] 其中，αγ是奥氏体的线性热膨胀系数。 [0094] 通过组合最后两个方程，以下公式适用 [0095] [0096] 具体而言，对于w1＝1.8m和αγ＝1*10-51/K（参见http://www.memory-metalle.de/html/03_knowhow/PDF/MM_04_properties_d.pdf）和αα＝6*10-61/K（参见http://www.attempo.com/Daten/Kernmaterialien.pdf），在T＝400℃和宽度w＝1.7923 m下从最后方程得到了xα＝20％的铁素体相组分。 [0097] 图2示出了用于制造钢条2的另一热轧机的后部部分的另一侧视图。第一和第二温度测量装置4a和4b的测得温度数值T1和T、以及第一和第二宽度测量装置5a和5b的测得宽度数值W1和W象征性示出在该图中。测得的数值T1、T、W1和W在计算单元9中处理，其中，考虑到钢的其他物理参数，确定了铁素体相组分xα的实际数值。一方面实际数值示出在配备作为显示器的输出单元12中，另一方面实际数值供应至闭环控制装置11，其通过与铁素体相组分xα之和的所需要的数值进行所需要的-实际的比较而计算未示出的闭环控制偏差。取决于闭环控制偏差，闭环控制装置输出至少一个设置数值u，其在实际环境下被供应至作为设置装置8的电动机M。取决于设置数值u，电动机M改变其速度，这进而影响冷却媒介的压力，冷却媒介由离心泵14供给至冷却区域6的个体冷却喷嘴7。通过这种布置，确保钢条2中的铁素体相组分之和的实际数值在很大程度上对应于所需要的数值，并且这样做基本上独立于热轧机的操作控制中的瞬时改变。两个宽度测量装置5a、5b在该实施例形式中配备作为在条2下方的所谓行扫描相机。未示出的是两个鼓风机，其被配备作为高温计4a、4b中的压缩空气喷嘴。 [0098] 图3作为示例示出了在用于制造高强度和高延性（TRIP）钢冷轧条的所谓连续退火炉中的温度管理的示意图。在系统的输入区域中，测量存在于初始状态A中的钢条2的宽度W1和温度T1。这个由第一宽度测量装置5a和第一温度测量装置4a完成。在初始状态A中，钢条2包含铁素体和 珠光体相组分。随后，钢条2被引入配备作为退火炉的加热区域15中，其中，钢条被加热。在加热区域15中，钢条由分布在加热区域的纵向范围之上的多个燃烧器16加热，通过其铁素体结构组分部分地转变为奥氏体结构。在退火期间，钢条存在于中间状态B下，其特征在于铁素体和奥氏体相的共存。在以限定的通过速度穿过连续退火炉期间设置退火温度以使得在冷却之前钢条中实际的奥氏体组分尽可能精确地对应于所需要的数值。 在加热区域15的端部处，再次测量处于中间状态B的钢条2的宽度W和温度T；这由第二宽度测量装置5b和第二温度测量装置4b来完成。根据用于在加热钢条之后确定铁素体相组分xα的方法、考虑到W、W1、T、T1而确定实际的奥氏体组分，其中，奥氏体相和所有铁素体相之和总是等于1。随后在快速冷却区域6中冷却钢条2，使得在已冷却的钢条2中设置具有残留奥氏体岛的优选铁素体-贝氏体（如果可能的话具有马氏体残留组分）结构。在冷却区域6端部之后，立即测量以末端状态C存在的钢条2的宽度W2和温度T2；这由第三宽度测量装置5c和第三温度测量装置4c完成。根据用于在冷却钢条之后确定铁素体相组分xα的方法、考虑W1、T1、W2和T2而确定已冷却钢条2中的相组分。 [0099] 尽管已经由优选的示例性实施例更详细地示出并描述了本发明，但是本发明不受限于所公开的示例，并且能够由本领域技术人员从此获得其他变形体，而不脱离本发明的保护范围。 [0100] 附图标记列表 [0101] 1 轧钢支架 [0102] 2 钢条 [0103] 3 卷绕机 [0104] 4 温度测量装置 [0105] 4a、4b、4c 第一、第二和第三温度测量装置 [0106] 5 宽度测量装置 [0107] 5a、5b、5c 第一、第二和第三宽度测量装置 [0108] 6 冷却区域 [0109] 7 冷却喷嘴 [0110] 8 设置装置 [0111] 9 计算单元 [0112] 11 闭环控制装置 [0113] 12 输出单元 [0114] 14 离心泵 [0115] 15 加热区域 [0116] 16 燃烧器 [0117] α 线性热膨胀系数 [0118] T 温度 [0119] u 设置数值 [0120] W 宽度 [0121] x 相组分 [0122] xα 铁素体相组分 [0123] xγ奥氏体相组分 [0124] A 初始状态：铁素体和珠光体 [0125] B 中间状态：中间临界区域（铁素体和奥氏体共存） [0126] C 末端状态：铁素体、贝氏体、马氏体以及残留的奥氏体 |
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