СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ТЕРМООБРАБОТАННОГО СТАЛЬНОГО ЛИСТА
METHOD FOR DYNAMIC CONTROL OF THERMALLY TREATED STEEL SHEET PRODUCTION PROCESS

target
Настоящее изобретение относится к способу динамического регулирования процесса производства термообработанного стального листа, имеющего на линии термообработки химический состав стали и микроструктуру m, содержащую от 0 до 100% по меньшей мере одной фазы, выбранной из феррита, мартенсита, бейнита, перлита, цементита и аустенита.
Известно использование покрытых или не содержащих покрытия стальных листов для изготовления автомобилей. Для производства транспортного средства используют целый ряд групп стали. Выбор группы (типа) стали зависит от конечного применения стальной детали. Например, IF-стали (стали без свободных атомов внедрения, с небольшим количеством металлических включений) могут быть произведены для деталей, которые подвергаются воздействию внешней среды, TRIP-стали (с пластичностью, обусловленной мартенситным превращением), могут быть произведены для изготовления поперечин для сиденья и пола кузова или передних стоек кузова, и DP-стали (двухфазные стали) могут быть произведены для задних рельсовых направляющих или обвязочного бруса крыши.
В процессе производства указанных групп сталей осуществляют крайне необходимые процессы обработки стали, чтобы получить желаемую деталь, имеющую подходящие механические свойства для одного конкретного случая применения. Такими операциями обработки могут быть, например, непрерывный отжиг перед осаждением металлического покрытия или обработка путем закалки и разделения. В этих видах обработки важной является стадия охлаждения, поскольку микроструктура и механические свойства сталей зависят, главным образом, от произведенной обработки охлаждением. Обычно обработку, включающую стадию охлаждения, выбирают из числа известных видов обработки, при этом вид обработки выбирают в зависимости от группы стали.
Однако при осуществлении этих методов на линии обработки могут проявляться некоторые незапланированные отклонения. Например, может изменяться температура в печи, толщина стального листа, скорость движения стального листа на линии термообработки.
Патентный документ US 4440583 относится к способу регулируемого охлаждения стальной полосы, осуществляемому с использованием охлаждающего оборудования, содержащего множество сопел, размещенных в направлении движения полосы, при этом сопла распыляют хладагент вблизи горячей движущейся полосы, а на трубопроводе, который подает хладагент к упомянутым соплам, установлен клапан регулирования расхода. С помощью математического уравнения, в которое входит толщина полосы, начальная и конечная температуры охлаждения и необходимая скорость охлаждения, производят расчет интенсивности теплопередачи, необходимой для получения требуемой скорости охлаждения, и полученную интенсивность теплопередачи корректируют с учетом действия естественного охлаждения в двух зонах, в которых отсутствует распыление хладагента, одна из которых находится перед зоной распыления хладагента, а другая за зоной распыления. Затем определяют расход хладагента из предварительно полученного математического соотношения, в которое входит интенсивность теплопередачи, и устанавливают этот расход. Длину зоны распыления хладагента вдоль пути движения стальной полосы вычисляют, используя скорость движения полосы, начальную и конечную температуры охлаждения и необходимую скорость охлаждения. Сопла устанавливают с возможностью включения и выключения так, чтобы хладагент распылялся только из такого количества сопел, которое соответствует расчетной длине зоны распыления. Если при осуществлении регулируемого процесса охлаждения изменяется толщина полосы, интенсивность теплопередачи вычисляют повторно, исходя из указанных выше установочных параметров, для коррекции соответствующим образом расхода хладагента. В случае изменения скорости движения полосы длину зоны распыления хладагента вычисляют повторно для коррекции порядка включения-выключения сопел.
В этом способе при проявлении отклонения в процессе охлаждении интенсивность теплопередачи или длину зоны распыления хладагента вычисляют повторно для коррекции выявленного отклонения. Известный способ не учитывает характеристики стального листа, включающие химический состав, микроструктуру, свойства, текстуру поверхности и т.д. Следовательно, существует нежелательная ситуация применения одинаковой коррекции к любому типу листовой стали, даже если каждая листовая сталь имеет свои собственные характеристики. Рассмотренный способ не обеспечивает индивидуальное регулируемое охлаждение различных видов стали.
Соответственно, такая коррекция не приспособлена к одной конкретной стали и, следовательно, в конце термообработки требуемые свойства не получают. Кроме того, после обработки сталь может иметь большой разброс значений механических свойств. Наконец, даже если может быть произведена широкая номенклатура видов стали, качество обработанной стали является низким.
target
В связи с изложенным задача изобретения заключается в устранении отмеченных выше недостатков за счет обеспечения способа динамического регулирования при производстве термообработанной листовой стали, имеющей определенный химический состав стали и определенную микроструктуру m, получаемую на линии термообработки. В частности, задача заключается в регулировании обработки охлаждением, производимом непосредственно на линии обработки (в режиме онлайн), с обеспечением обработки, приспособленной к каждому стальному листу, причем такую обработку рассчитывают очень точно и в самый короткий промежуток времени для получения стального листа с ожидаемыми свойствами, которые имеют минимальный возможный разброс величин.
Поставленная задача решается посредством способа в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. Способ может также включать любые признаки пунктов 2-37 формулы.
Другая задача решается путем обеспечения рулона из листовой стали по пункту 38 формулы. Способ может также включать признаки пунктов 39 или 41 формулы.
Следующая задача решается путем обеспечения линии термообработки по пункту 42 формулы.
Наконец, задача решается за счет обеспечения компьютерного программного продукта в соответствии с пунктом 43 формулы.
Другие характерные особенности и преимущества настоящего изобретения будут понятными из нижеследующего подробного описания изобретения.
Для иллюстрации изобретения будут рассмотрены различные воплощения и не ограничивающие примеры, в частности, со ссылками на следующие кратко описанные чертежи.
Фиг. 1 - иллюстрация примера в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 2 - иллюстрация непрерывного отжига стального листа, включающего стадию нагревания, стадию выдержки стали, стадию охлаждения и стадию перестаривания.
Фиг. 3 - иллюстрация предпочтительного воплощения в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 4 - иллюстрация одного примера в соответствии с изобретением, в котором осуществляют непрерывный отжиг стального листа перед осаждением покрытия погружением в горячий расплав.
Ниже даны определения следующим обозначениям:
- СС: химический состав в процентах, в массовых процентах,
target
- m: заданная целевая микроструктура,
standard
- m: микроструктура выбранного продукта,
target
- P: заданная величина механического свойства,
i
- m: начальная микроструктура листовой стали,
- X: доля фазы в массовых процентах,
- T: температура в градусах Цельсия (°C),
- t: время (с),
- s: секунды,
- UTS: предел прочности (МПа),
- YS: предел текучести (МПа),
- металлическое покрытие на основе цинка означает металлическое покрытие, содержащее более 50% цинка,
- металлическое покрытие на основе алюминия означает металлическое покрытие, содержащее более 50% алюминия, и
- TT: термообработка и
target
x
- тепловой режим, TT, TP и TP, включает время, температуру термообработки и по меньшей мере одну скорость, выбранную из скорости охлаждения, скорости нагревания или быстроты протекания изотермической выдержки,
- режим нагревания включает время, температуру и скорость нагревания,
- режим выдержки включает время, температуру и быстроту протекания выдержки,
x
xint
- CP и CP включают время, температуру и скорость охлаждения, и
- нанофлюиды: текучая среда, содержащая наночастицы.
Название «сталь» или «листовая сталь» означает стальной лист, рулон, толстый стальной лист, имеющий состав стали, позволяющий получить деталь с пределом прочности вплоть до 2500МПа и более предпочтительно до 2000 МПа. Например, предел прочности составляет 500 МПа или более, предпочтительно составляет 1000 МПа или более, подходящий предел прочности - 1500 МПа или более. Используется широкий диапазон химического состава, поскольку способ в соответствии с изобретением может быть применен к любой марке стали.
target
Настоящее изобретение относится к способу динамического регулирования процесса производства термообработанного стального листа, имеющего химический состав стали и микроструктуру m, содержащую от 0 до 100% по меньшей мере одной фазы из феррита, мартенсита, бейнита, перлита, цементита и аустенита, на линии термообработки, содержащей участок нагревания, участок выдержки и участок охлаждения, оборудованный системой охлаждения, причем осуществляется предварительно заданная термообработка ТТ, включающая по меньшей мере стадии нагревания, выдержки и охлаждения, при этом способ включает:
А. этап контроля, на котором по меньшей мере один датчик регистрирует любое отклонение, происходящее в процессе термообработки ТТ,
target
target
В. этап расчета, осуществляемый при выявлении отклонения в процессе ТТ, в результате чего определяют новый тепловой режим TP для получения m с учетом выявленного отклонения, при этом указанный этап расчета включает:
x
x
target
soaking
cooling
x
x
x
1) подэтап расчета, на котором путем варьирования охлаждающей способности производят расчет новых режимов охлаждения CP, исходя из процесса термообработки ТТ и начальной микроструктуры m листовой стали для получения m, режима нагревания и режима выдержки, включающих T и T, при этом стадию охлаждения ТТ рассчитывают повторно, используя указанные CP, для установления новых тепловых режимов TP, каждый из которых соответствует микроструктуре m,
target
target
target
x
x
target
2) этап выбора, на котором выбирают один тепловой режим TP для получения микроструктуры m, при этом TP выбирают из расчетных тепловых режимов TPтак, чтобы микроструктура mбыла почти такая же, как иm и
target
С. этап новой термообработки, на котором TP реализуется на стальном листе, находящемся на линии термообработки.
target
target
i
Безотносительно к какой-либо теории представляется, что при использовании способа в соответствии с настоящим изобретением можно корректировать любое отклонение, возникающее в процессе термообработки, за счет обеспечения индивидуальной термообработки, включающей индивидуальный режим охлаждения, который зависит от каждого обрабатываемого стального листа. Таким образом, рассчитывают новый конкретный тепловой режим TP за короткий период времени расчета, учитывая m, в частности, доли всех фаз в режиме охлаждения, m(включая дисперсию микроструктуры вдоль стального листа) и отклонение. Следует отметить, что способ в соответствии с настоящим изобретением принимает во внимание расчет термодинамически стабильных фаз, т.е. феррита, аустенита, цементита и перлита, и термодинамически метастабильных фаз, т.е. бейнита и мартенсита. В результате может быть получен стальной лист, имеющий ожидаемые свойства с минимумом дисперсии свойств.
x
target
i
Предпочтительно, микроструктуры m, m и m фаз определены по меньшей мере одним из параметров, выбранный из: размер, форма и химический состав.
Предпочтительно ТТ дополнительно включает стадию предварительного нагревания. Более предпочтительно ТТ дополнительно включает стадию нанесения покрытия методом погружения в расплав, стадию перестаривания или стадию разделения.
target
Предпочтительно целевая микроструктура m включает:
- 100% аустенита,
- от 5 до 95% мартенсита, от 4 до 65% бейнита, остальное - феррит,
- от 8 до 30% остаточного аустенита, от 0,6 до 1,5% углерода в твердом растворе, остальное - феррит, мартенсит, бейнит, перлит и/или цементит,
- от 1 до 30% феррита и от 1 до 30% бейнита, от 5 до 25% аустенита, остальное - мартенсит,
- от 5 до 20% остаточного аустенита, остальное - мартенсит,
- феррит и остаточный аустенит,
- остаточный аустенит и интерметаллические фазы,
- от 80 до 100% мартенсита и от 0 до 20% остаточного аустенита,
- 100% мартенсита,
- от 5 до 100% перлита и от 0 до 95% феррита и
- по меньшей мере, 75% равноосного феррита, от 5 до 20% мартенсита и бейнит в количестве, соответствующем 10% или менее.
Листовая сталь может быть любого типа из следующих сталей: DP-сталь (двухфазная сталь), TRIP - сталь (сталь с пластичностью, обусловленной мартенситным превращением ), Q&P-сталь (подвергнутая термической обработке, включающей закалку и стадию разделения (с перераспределением углерода)), TWIP-сталь (с пластичностью, обусловленной двойникованием), CFB-сталь (с безуглеродистой бейнитной структурой), PHS-сталь (закаленная под прессом), TRIPLEX-сталь, DUPLEX-сталь и DP HD-сталь (двухфазная сталь с высокой пластичностью).
Химический состав зависит от каждой листовой стали. Например, химический состав DP-стали может включать:
0,05 < C < 0,3%,
0,5 ≤ Mn < 3,0%,
S ≤ 0,008%,
P ≤ 0,080%,
N ≤ 0,1%,
Si ≤ 1,0%,
остальное - железо и неизбежные примеси в результате этой обработки.
target
Фиг. 1 иллюстрирует пример, соответствующий изобретению, в котором термообработка ТТ осуществляется на листовой стали, находящейся на линии термообработки, и такая листовая сталь должна иметь химический состав СС и микроструктуру m.
В соответствии с настоящим изобретением на этапе А) выявляется любое возникшее во время термообработки отклонение. Предпочтительно отклонение обусловлено изменением технологического параметра, выбранного из температуры печи, температуры листовой стали, количества газа, состава газа, температуры газа, скорости движения листа стали вдоль технологической линии, а также нарушением работы линии термообработки, изменением в ванне для нанесения покрытия, осуществляемого путем погружения в расплав, изменением излучательной способности листовой стали и изменением толщины стального листа.
Температурой печи может быть температура нагревания, температура выдержки, температура охлаждения и температура перестаривания стали.
Температура листовой стали может быть измерена в любой момент времени термообработки в различных местах линии термообработки, например:
- на участке нагревания, на котором предпочтительно размещена пламенная нагревательная печь (DFF), радиационная трубчатая печь (RTF), электрическая печь сопротивления или индукционная печь,
- на участке охлаждения, в частности, при струйном охлаждении, в системе водяного охлаждения или в носке печи (перед ванной для покрытия),
- на изотермическом участке, на котором предпочтительно находится электрическая печь сопротивления.
Для выявления изменения температуры в качестве детектора может быть использован пирометр или сканирующее устройство.
2
2
2
2
x
Обычно процессы термообработки могут осуществляться в окислительной атмосфере, т.е. в атмосфере, содержащей окисляющий газ, например, O, CO или CO. Они также могут быть выполнены в нейтральной атмосфере, то есть в атмосфере, содержащей нейтральный газ, например: N, Ar, He или Xe. Эти процессы могут также осуществляться в восстановительной атмосфере, т.е. в атмосфере, содержащей восстановительный газ, например, H или HN.
Изменение количества газа может быть зарегистрировано барометром.
Скорость движения стального листа на технологической линии может быть определена с помощью лазерного детектора.
Например, нарушениями функционирования линии термической обработки могут быть нарушения:
- в пламенной нагревательной печи: совсем не работает горелка,
- в радиационной трубчатой печи: не работает радиационная труба,
- в электрической печи: не работает электрический нагревательный элемент,
- на участке охлаждения: не функционирует некоторое количество охлаждающих струй.
В таких случаях в качестве детектора может быть использован пирометр, барометр, потребление электричества (счетчик электроэнергии) или фотографическая камера.
Изменение толщины листа стали может быть выявлено с помощью лазера или ультразвукового датчика.
i
target
soaking
cooling
x
x
x
x
x
Если обнаружено отклонение, то путем варьирования охлаждающей способности с помощью расчета определяют новые режимы охлаждения на основе ТТ и m для получения m, при этом производят повторный расчет режима нагревания, режима выдержки стали, включающих T и T, и стадии охлаждения ТТ с использованием упомянутой CP для получения новых режимов TP, при этом каждый режим TP соответствует микроструктуре m. Вычисление CP в изобретенииосновано на тепловых и металлургических характеристиках листовой стали, в отличие от традиционных способов, в которых принимаются во внимание только тепловые характеристики.
soaking
x
x
standard
x
target
x
Фиг. 2 иллюстрирует процесс непрерывного отжига листовой стали, включающий стадию нагревания, стадию выдержки, стадию охлаждения и стадию перестаривания. Регистрируют отклонение D вследствие изменения величины T. В этой связи производят расчет режима CPи, следовательно, определяют TP так, что TP, который выбирают из TP, обеспечивает получение микроструктуры m, причем, как показано, только для первой стадии охлаждения на фиг. 2. В этом примере полученный путем расчета режим CP включает также вторую стадию охлаждения (не показано).
x
2
2
Предпочтительно на стадии В.1) охлаждающая способность системы охлаждения изменяется от минимума до максимальной величины или от максимума до минимальной величины. Например, система охлаждения использует по меньшей мере одну охлаждающую струю по меньшей мере один охлаждающий душ или по меньшей мере оба средства охлаждения. Предпочтительно система охлаждения включает по меньшей мере одну струю охлаждения, при этом охлаждающая струя распыляет текучую среду, которая представляет собой газ, водосодержащую жидкость или их смесь. Например, газ выбирают из воздуха, HN, H, N, Ar, He, водяного пара или смеси указанных газов. Водосодержащую жидкость выбирают, например, из воды или нанофлюидов.
3
3
3
3
Предпочтительно охлаждающие струи распыляют газ с расходом в интервале от 0 до 350000 Нм/час. Количество струй охлаждения, распыляемых на участке охлаждения, зависит от линии термообработки и может изменяться в пределах от 1 до 25, предпочтительно от 1 до 20, выгодно от 1 до 15 и более предпочтительно от 1 до 5. Расход зависит от количества струй охлаждения. Например, расход одной охлаждающей струи находится в интервале от 0 до 50000 Нм/час, предпочтительно от 0 до 40000 Нм/час и более предпочтительно от 0 до 20000 Нм/час.
В случае использования на участке охлаждения охлаждающих струй изменение охлаждающей способности основано на изменении расхода. Например, для одной охлаждающей струи 0 Нм3/час соответствует 0% охлаждающей способности, а расход 40000 Нм3/час соответствует 100% охлаждающей способности.
3
3
Таким образом, например, охлаждающая способность одной охлаждающей струи изменяется от 0 Нм/час, т.е. от 0%, до 40000 Нм/час, т.е. до 100%. Минимальная и максимальная охлаждающая способности могут иметь любую величину в интервале от 0 до 100%. Например, минимальная величина составляет 0%, 10%, 15% или 25%. Максимальная величина, например, составляет 80%, 85%, 90% или 100%.
Если участок охлаждения содержит по меньшей мере 2 охлаждающие струи, охлаждающая способность каждой охлаждающей струи может быть одинаковой или различной. Это означает, что каждая охлаждающая струя может быть сформирована и настроена независимо одна от другой. Например, если участок охлаждения использует 11 охлаждающих струй, охлаждающая способность трех первых охлаждающих струй может составлять 100%, охлаждающая способность следующих четырех струй может составлять 45%, и охлаждающая способность последних четырех может составлять 0%.
Например, изменение охлаждающей способности может происходить с приращением в интервале от 5 до 50%, предпочтительно от 5 до 40%, более предпочтительно от 5 до 30%, выгодно - от 5 до 20%. Приращение охлаждающей способности составляет, например, 10%, 15% или 25%.
Если участок охлаждения содержит по меньшей мере 2 охлаждающие струи, приращение охлаждающей способности каждой охлаждающей струи может быть одинаковым или различным. Например, на стадии В.1) приращение охлаждающей способности для всех охлаждающих струй может составлять 5%. В другом воплощении приращение охлаждающей способности может составлять 5% для трех первых струй, 20% для следующих четырех струй и 15% для последних четырех струй. Предпочтительно приращение охлаждающей способности для каждой охлаждающей струи является различным, например, 5% для первой струи, 20% для второй струи, 0% для третьей струи, 10% для четвертой струи, 0% для пятой струи, 35% для шестой струи и т.д.
В предпочтительном воплощении системы охлаждения настроены в зависимости от фазового превращения и независимо одна от другой. Например, если система охлаждения использует 11 охлаждающих струй, охлаждающая способность трех первых охлаждающих струй может быть приспособлена для определенного фазового превращения, охлаждающая способность следующих четырех может быть приспособлена для превращения аустенита в перлит, а охлаждающая способность последних четырех может быть приспособлена для превращения аустенита в бейнит. В другом воплощении приращение охлаждающей способности для каждой охлаждающей струи может быть различным.
soaking
soaking
Предпочтительно на стадии В.1) T является заданной величиной, находящейся в интервале от 600 до 1000°С. Например, величина T может составлять 700°С, 800°С, или 900°С, в зависимости от обрабатываемой листовой стали.
soaking
soaking
В другом предпочтительном воплощении величина T изменяется в интервале от 600°С до 1000°С. Например, величина T в зависимости от типа листовой стали может составлять от 650°С до 750°С, или от 800°С до 900°С.
soaking
В том случае, если величина T изменяется после проведения стадии В.1), осуществляют субэтап дополнительного вычисления, на котором:
soaking
а. T варьируется в предварительно заданном интервале величин от 600 до 1000°С и
soaking
x
i
standard
cooling
x
x
x
x
b. для каждой измененной величины Tрассчитывают новые режимы CP охлаждения, исходя из TT и m, для получения m и T, при этом стадию охлаждения ТТ рассчитывают повторно, используя указанные CP для определения новых тепловых режимов TP, при этом каждый режим TP соответствует микроструктуре m.
x.
soaking
x
x
При использовании способа в соответствии с настоящим изобретением для расчета режима CP принимается во внимание изменение T. В результате для каждой температуры выдержки определяют множество новых режимов CP охлаждения и, следовательно, новых тепловых режимов TP.
X,
x
Предпочтительно рассчитывают по меньшей мере 10 CP более предпочтительно по меньшей мере 50, приемлемо по меньшей мере 100 и более предпочтительно по меньшей мере 1000. Например, количество полученных расчетом режимов CP находится в интервале от 2 до 10000, предпочтительно от 100 до 10000, более предпочтительно от 1000 до 10000.
target
target
target
x
x
target
target
x
На этапе В.2) выбирают один режим TP для получения m, при этом TP выбирают из TP, причем выбирают так, что микроструктура m приближается к m в максимальной степени. Предпочтительно, разность между долями фаз, присутствующих в m и m, составляет ±3%.
x
x
target
На этапе В.2) предпочтительно, если по меньшей мере двум CP соответствуют одинаковые m, и выбранный режим TP имеет минимальную охлаждающую способность, которая является допустимой.
soaking
target
target
soaking
target
x
В случае изменения T выгодно, если выбранный режим TP для получения m дополнительно включает величину T, при этом TP выбирают из числа TP.
released,
i
target
На этапе В.2) энтальпию H  выделившуюся в промежутке между структурами m и m, предпочтительно рассчитывают так, что:
released
ferrite
ferrite
martensite
martensite
bainite
bainite
pearlite
pearlite
cementite
cementite
austenite
austenite
H = (X * H) + (X * H) + (X * H) + (X * H) + (H + X) + (H+ X)
X - доля фазы.
Без привязки к какой-либо теории следует отметить, что Н представляет собой энергию, которая выделяется при фазовом превращении на протяжении всего теплового цикла. Считают, что некоторые фазовые превращения являются экзотермическими и некоторые - эндотермическими. Например, превращение феррита в аустенит в режиме нагревания является эндотермическим процессом, в то время как превращение аустенита в перлит в режиме охлаждения - экзотермический процесс.
x
В предпочтительном воплощении на этапе В.2) производят расчет всего теплового цикла CPтак, что:
ре
р
realeased
-1
-1
-3
-1
где С - удельная теплоёмкость фазы (Дж⋅кг⋅К), ρ: удельный вес стали (г⋅м), Е: толщина стали (м), ϕ: тепловой поток (конвективный и радиационный, Вт), H (Дж⋅кг), T: температура (°C) и t: время (с).
xint
xint
xint
X
xint.
x
xint,
released
xint
xint.
Предпочтительно на этапе В.2) путем расчета определяют по меньшей мере одну промежуточную микроструктуру mстали, соответствующую промежуточным тепловому режиму CPи энтальпии H В этом случае CP определяют путем расчета большого числа CP Таким образом, предпочтительно CPпредставляет собой общий итог расчета всех CPа H - итоговая величина всех H. В этом предпочтительном воплощении периодически производят расчет режима CP Например,этот режим рассчитывают каждые 0,5 секунды, предпочтительно каждые 0,1 секунды или менее.
int1
int2
xint1
xint2
xint1
xint2
x
released
x
xint
xint
xint
Фиг. 3 иллюстрирует предпочтительное воплощение, в котором на этапе В.1), производят расчет m и m и соответствующих режимов CPи CP, а также H и H. При этом для расчета CP определяют величину H  при осуществлении всего теплового цикла. В рассматриваемом воплощении для определения CP рассчитывают большое количество (т.е. более 2) CP, mи H (не показано).
target
target
target
В предпочтительном воплощении перед проведением этапа А.1) выбирают по меньшей мере одно заданное механической свойство P из предела текучести YS, предела прочности UTS, относительного удлинения при разрыве, раздачи отверстия и способности к деформации. В этом варианте предпочтительно, чтобы m рассчитывалось на основе P.
x
Безотносительно к какой-либо теории предполагается, что указанные заданные характеристики листовой стали определяются технологическими параметрами, применяемыми в процессе производства стали. В связи с этим на этапе В.1) при расчете CP принимаются во внимание технологические параметры, примененные к листовой стали перед поступлением на линию термообработки. Например, технологические параметры включают по меньшей мере один, выбранный из степени обжатия при холодной прокатке, температуры сматывания полосы в рулон, режима охлаждения выпускного рольганга, температуры охлаждения и скорости охлаждения рулона.
x
В другом воплощении при расчете CP принимаются во внимание технологические параметры, которые будут применены при обработке листовой стали на линии термообработки. Например, указанные технологические параметры включают по меньшей мере один из скорости движения стального листа на линии, расчетной температуры горячей листовой стали, нагревательной способности участков нагревания, температуры нагревания и температуры выдержки, охлаждающей способности участков охлаждения, температуры охлаждения и температуры перестаривания.
cooling
Предпочтительно T представляет собой температуру ванны, если после участка охлаждения расположен участок нанесения покрытия методом погружения в расплав. Предпочтительно ванна заполнена расплавом на основе алюминия или цинка. В предпочтительном воплощении ванна на основе алюминия содержит менее 15% Si, менее 5,0% Fe, при необходимости от 0,1 до 8,0% Mg и от 0,1 to 30,0% Zn, остальное - Al.
В другом предпочтительном воплощении ванна на основе цинка содержит 0,01-8,0% Al, при необходимости 0,2-8,0% Mg, остальное - Zn.
Ванна с расплавом может также содержать используемые по усмотрению добавочные примеси и остаточные элементы от питающих слитков или в результате прохождения листовой стали через ванну с расплавом. Например, добавочные примеси выбирают из Sr, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Zr или Bi, при этом массовое содержание каждого дополнительного элемента составляет менее 0,3 мас. %. Остаточным элементом от питающих слитков или вследствие нахождения листовой стали в ванне с расплавом может быть железо с содержанием до 5,0 мас.%, предпочтительно 3,0 мас.%.
cooling
q
В другом предпочтительном воплощении T представляет собой температуру закалки Tq. Конечно, для листовой Q&P-стали важной температурой обработки путем закалки и разделения является температура T.
cooling
Предпочтительно T находится в интервале от 150 до 800°С.
Каждый раз, когда на линию термообработки поступает новый стальной лист, автоматически осуществляется новый этап В.2) расчета. При этом способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет приводить режим охлаждения в соответствие с каждым стальным листом, даже если на линию термообработки поступает одинаковый тип стали, поскольку действительные характеристики каждого типа стали во многих случаях отличаются. Новый стальной лист может быть подвергнут контролю, при этом измеряют и предварительно выбирают новые характеристики стального листа. Например, датчик контролирует качество сварного соединения между двумя рулонами.
Предпочтительно при поступлении стального листа на линию термообработки адаптация теплового режима осуществляется на первых метрах листа для того, чтобы избежать значительного изменения технологического процесса.
Предпочтительно во время термической обработки производится автоматический расчет, чтобы проверить, возникло ли какое-либо отклонение. В рассматриваемом воплощении расчет периодически проводят, чтобы проверить, появилось или нет небольшое отклонение. В этой связи следует отметить, что порог чувствительности детектора иногда слишком высокий, и, следовательно, незначительное отклонение не всегда обнаруживается. Автоматический расчет, осуществляемый, например, каждые несколько секунд, не основан на пределе чувствительности детектора. Поэтому, если расчет показывает необходимость проведения такой же термической обработки, осуществляемой на линии обработки, термообработка ТТ не будет изменена. Если расчет указывает на проведение иной обработки вследствие появления незначительного отклонения, режим обработки изменяется.
x
i
target
xint1
xint4
xint1
xint4,
xint1
xint4,
realeased
x
x
target
Фиг. 4 иллюстрирует один пример в соответствии с изобретением, в котором осуществляют непрерывный отжиг стального листа перед осаждением покрытия путем погружения в расплав. При использовании способа в соответствии с настоящим изобретением, если проявляется отклонение D, посредством расчета определяют режим TP, исходя из m, выбранного продукта, ТТ и m. В рассматриваемом примере производят расчеты промежуточных тепловых режимов от CP до CP, соответствующих микроструктурам от m до m и энтальпиям от H до H и определяют H для получения режима CP и, следовательно, TP. На фиг. 4 иллюстрируется режим TP.
target
При использовании способа в соответствии с настоящим изобретением, если появилось отклонение, осуществляют новую стадию режима TP термообработки стального листа.
target
В результате производят рулон листовой стали, относящейся к указанным выше типам стали, а именно, DP, TRIP, Q&P, TWIP, CFB, PHS, TRIPLEX, DUPLEX и DP HD, при этом полученный рулон характеризуется стандартным отклонением механических свойств между двумя любыми точками вдоль рулона, составляющим 25 МПа или менее, предпочтительно 15 МПа или менее, более предпочтительно 9 МПа или менее. В этой связи, безотносительно к какой-либо теории, можно полагать, что способ, включающий этап В.1) расчета, учитывает дисперсию микроструктуры стального листа вдоль рулона. Таким образом, примененный к листовой стали режим TP обеспечивает однородность микроструктуры и, кроме того, механических свойств.
target
Предпочтительно механические свойства выбирают из предела текучести YS, предела прочности UTS или относительного удлинения при разрыве. Низкая величина стандартного отклонения обусловлена точностью расчетного режима TP.
Предпочтительно рулон покрывают металлическим покрытием на основе цинка или на основе алюминия.
Предпочтительно в промышленном производстве стандартное отклонение механических свойств между двумя рулонами, изготовленными из листовой стали, относящейся к указанным выше типам стали, включающим стали типа DP, TRIP, Q&P, TWIP, CFB, PHS, TRIPLEX, DUPLEX и DP HD, составляет 25 МПа или менее, предпочтительно 15 МПа или менее, более предпочтительно 9 МПа или менее.
Предпочтительно в промышленном производстве стандартное отклонение механических свойств между двумя рулонами, изготовленными из листовой стали, относящейся к сталям типа DP, TRIP, Q&P, TWIP, CFB, PHS, TRIPLEX, DUPLEX, DP HD, измеренными последовательно и произведенными на одной и той же линии, составляет 25 МПа или менее, предпочтительно 15 МПа или менее, более предпочтительно 9 МПа или менее.
target
Для реализации режима TP используется линия термообработки, которая осуществляет способ в соответствии с настоящим изобретением. Например, линия термообработки содержит печь непрерывного отжига, печь для закалки под прессом, камерную печь для отжига или линию закалки.
target,
Настоящее изобретение относится, наконец, к компьютерному программному продукту, содержащему по меньшей мере металлургический модуль, модуль оптимизации и тепловой модуль, которые взаимодействуют для определения режима TPпри этом модули содержат команды, которые затем реализуются посредством компьютера, осуществляя способ в соответствии с настоящим изобретением.
x
target,
Металлургический модуль прогнозирует микроструктуру (m, m включая метастабильные фазы: бейнит и мартенсит, и стабильные фазы: феррит, аустенит, цементит и перлит), точнее говоря, доли фаз вдоль всей линии термообработки и прогнозирует кинетику превращения фаз.
Тепловой модуль прогнозирует температуру листовой стали в зависимости от оборудования, используемого для термообработки (представляющего собой, например, печь непрерывного отжига), геометрических характеристик полосы и параметров технологического процесса, включающих охлаждающую способность, нагревательную способность, режим изотермической выдержки, а также энтальпию H, отведенную или затраченную в тепловом режиме при фазовых превращениях.
target
target
Модуль оптимизации определяет наилучший тепловой режим для получения микроструктуры m, т.е. режим TP согласно способу, соответствующему настоящему изобретению, используя при этом металлургический и тепловой модули.
Изобретение ниже будет раскрыто в результатах испытаний, проведенных исключительно для предоставления информации. Эти результаты испытаний не следует рассматривать как ограничивающие изобретение.
Примеры
В приведенных ниже примерах была выбрана двухфазная сталь марки DP780GI, имеющая следующий химический состав:
C (%)
Mn (%)
Si (%)
Cr (%)
Mo (%)
P (%)
Cu (%)
Ti (%)
N (%)
0,145
1,8
0,2
0,2
0,0025
0,015
0,02
0,025
0,06
Холодная прокатка обеспечила степень обжатия 55% с получением толщины листа 1,2 мм.
target
target
cooling
Целевая микроструктура m содержит 12% мартенсита, 58% феррита и 30% бейнита, что соответствует следующим параметрам P : YS - 460 MPa и UTS - 790 MPa. Должна быть также достигнута температура охлаждения T равная 460°C для осуществления покрытия погружением в расплав с использованием ванны с цинковым расплавом. Такая температура должна быть достигнута с точностью +/-2°C, чтобы гарантировать хорошую способность к покрытию в ванне с расплавом цинка.
Термообработка ТТ листовой стали включает следующие стадии:
- стадию предварительного нагревания, на которой стальной лист в течение 37,5 секунды нагревают от температуры окружающей среды до 680°С.
- стадию нагревания, на которой стальной лист в течение 40 секунд нагревают от 680°С до 780°С,
soaking
- стадию выдержки, на которой стальной лист в течение 24,4 секунды выдерживают при температуре T равной 780°С,
x
- стадию охлаждения, на которой стальной лист охлаждают с помощью 11 охлаждающих струй, распыляющих HN, характеристики которых представлены ниже в таблице
Номер струи
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Скорость охлаждения (°C/сек)
10
10
9
5
9
22
50
18
18
21
11
Время (с)
1,89
1,89
1,89
1,89
1,68
1,8
1,8
1,63
1,63
1,63
1,63
T(°C)
754
734
718
708
693
653
563
533
504
481
463
Охлаждающая способность (%)
0
0
0
0
0
0
28
100
100
100
100
- нанесение покрытия методом погружения в ванну с расплавом цинка при температуре 460°C,
- охлаждение стального листа до достижения верхним валком температуры 300°С в течение 27,8 секунды, и
- охлаждение стального листа при температуре окружающей среды.
soaking
Пример 1: отклонение параметра T
soaking
target1
target
x,
i
target
soaking
cooling
В том случае, если температура T уменьшилась от 780°С до 765°С, определяют новый тепловой режим TP для достижения m, принимая во внимание указанное отклонение. В связи с этим для стали марки DP780GI рассчитывают множество тепловых режимов CP исходя из ТТ и m для достижения m, а также режим нагревания и режим выдержки, включающий параметры T и T.
x
x
x
target
target
target
x
x
target
target1
Стадия охлаждения термообработки ТТ была рассчитана повторно, используя упомянутый режим CP для получения новых тепловых режимов TP. После определения TP был выбран один режим TP для получения m, при этом упомянутый режим TP был выбран из повторно рассчитанных режимов TP так, что m почти соответствует m. Тепловой режим TPвключает следующие стадии:
soaking
- стадию выдержки, на которой стальной лист выдерживают в нагретом состоянии при температуре выдержки Tравной 765°С в течение 24,4 секунды вследствие отклонения на участке выдержки линии термообработки,
1
- стадию охлаждения СР, включающую
x
- стадию охлаждения, на которой стальной лист охлаждают с помощью 11 охлаждающих струй, распыляющих HN, характеристики которых представлены ниже в таблице
Номера струй
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Скорость охлаждения(°C/сек)
9
9
10
15
32
28
31
11
10
7
8
Время (с)
1,89
1,89
1,89
1,89
1,68
1,8
1,8
1,63
1,63
1,63
1,63
T(°C)
742
725
706
679
625
574
518
500
483
472
459
Охлаждающая способность (%)
0
0
0
25
50
50
45
45
45
45
45
- нанесение покрытия методом погружения в ванну с расплавом цинка при температуре 460°C,
- охлаждение стального листа до достижения верхним валком температуры 300°С в течение 27,8 секунды, и
- охлаждение стального листа при температуре окружающей среды.
Пример 2: стальной лист, имеющий другой состав стали
На линию термообработки поступил новый лист стали марки DP780, поэтому автоматически был осуществлен этап расчета, исходя из приведенного ниже нового СС:
C(%)
Mn(%)
Si(%)
Cr(%)
Mo(%)
P(%)
Cu(%)
Ti(%)
N(%)
0,153
1,830
0,225
0,190
0,0025
0,015
0,020
0,025
0,006
target2
target
target2
Новый тепловой режим TP был рассчитан для получения микроструктуры m с учетом нового состава СС. Режим TP включает следующие стадии:
- стадию предварительного нагревания, на которой стальной лист в течение 37,5 секунды нагревают от температуры окружающей среды до 680°С.
- стадию нагревания, на которой стальной лист в течение 40 секунд нагревают от 680°С до 780°С,
soaking
- стадию выдержки, на которой стальной лист в течение 24,4 секунды выдерживают в нагретом состоянии при температуре T равной 780°С,
3
- стадию охлаждения CP, охарактеризованную в следующей таблице
Номер струи
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Скорость охлаждения (°C/сек)
17
17
9
6
6
6
38
30
18
17
10
Время (с)
2,2
2,2
2,2
2,2
1,96
2,1
2,1
1,9
1,9
1,9
1,9
T(°C)
737
705
688
677
667
655
586
537
508
481
464
Охлаждающая способность (%)
100
100
30
0
0
0
100
100
100
100
100
- нанесение покрытия методом погружения в ванну с расплавом цинка при температуре 460°C,
- охлаждение стального листа до достижения верхним валком температуры 300°С в течение 26,8 секунды, и
- охлаждение стального листа при температуре окружающей среды.
target1
target2
В таблице 1 приведены свойства стали, полученной с использованием TT, TP иTP.
TT
TP<sub>target1</sub>
TP<sub>target2</sub>
Ожидаемые свойства
Полученная T<sub>cooling</sub> (°C)
461
458
462
460
Микроструктура, полученная в конце теплового режима
X<sub>martensite</sub>: 12% X<sub>ferrite</sub>: 55% X<sub>bainite</sub>: 33%
X<sub>martensite</sub>: 12% X<sub>ferrite</sub>: 61% X<sub>bainite</sub>: 27%
X<sub>martensite</sub>: 14% X<sub>ferrite</sub>: 55% X<sub>bainite</sub>: 32%
X<sub>martensite</sub>: 12% X<sub>ferrite</sub>: 58% X<sub>bainite</sub>: 30%
Отклонение микроструктуры относительно m<sub>target</sub>
X<sub>martensite</sub>: 0% X<sub>ferrite</sub>: 3% X<sub>bainite</sub>: 3%
X<sub>martensite</sub>: 0% X<sub>ferrite</sub>: 3% X<sub>bainite</sub>: 3%
X<sub>martensite</sub>: 2% X<sub>ferrite</sub>: 3% X<sub>bainite</sub>: 2%
-
YS (МПа)
453,5
465
462
460
Отклонение YS относительно P<sub>target</sub> (МПа)
6,5
5
2
-
UTS (МПа)
786,8
790
804
790
Отклонение UTS относительно P<sub>target</sub> (МПа)
3,2
0
14
-
target1
target2
target
При использовании способа в соответствии с настоящим изобретением можно регулировать термообработку ТТ, когда появляется отклонение параметра или когда на линию термообработки поступает новый стальной лист, имеющий иной состав стали СС. За счет применения новых тепловых режимов TP и TP становится возможным получить стальной лист, обладающий желаемыми необходимыми свойствами, при этом каждый режим TP приведен точно в соответствие с каждым отклонением параметра.