一种模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法

摘要

本发明公开了一种模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法，解决现有技术中热轧钢板轧后冷却工艺无法进行有效模拟的技术问题。本发明模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法，包括：1)试验准备，将热模拟试验机淬水系统喷水管接入工作箱内，调整并固定冷却水喷头2；2)采用热电偶控温模式，获得设定的冷却开始温度和结束温度功率角平均值；3)取出热模拟工作箱内已安装的试样3，重复步骤1)；4)在冷却控制程序命令前中插入淬水系统启动开关，同时将温控系统调整为功率角控制模式；5)待试验进行到60s时，快速打开工作腔进气阀门；6)绘制步骤5)试验测定的温度时间曲线。本发明方法能模拟热轧带钢轧后层流冷却工艺，试验成本低。

权利要求

1.一种模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：

1)试验准备，将热模拟试验机淬水系统喷水管接入工作箱内，调整并固定冷却水喷头，将热电偶丝焊接在钢板试样任一面中心点上后，将试样热电偶焊接面朝下安装固定在热模拟试验机工作箱楔形卡槽内，开启热模拟试验机的真空泵，将热模拟试验机工作箱内真空度抽至低于1.0×10-2MPa后关闭真空泵；

2)利用QuikSim控制软件编制试验控制程序，按照预定工艺要求设定升温、保温及冷却工艺参数，试验全过程采用热电偶控温模式，采集试验冷却过程中的温度和功率角数据；通过试验采集的冷却过程功率角的数据，确定预定淬水快冷开始温度和预定淬水快冷结束温度的功率角值，并计算其平均值；

3)取出热模拟工作箱内已安装的试样，重复步骤1)，同时调整淬水系统淬水气压，并做好记录；

4)利用QuikSim控制软件编制试验控制程序，按照预定冷却工艺要求设定试样加热及保温过程控制参数，在淬水快冷命令前插入淬水系统启动开关，同时将温控系统调整为功率角控制模式，依据设定冷却工艺，在程序淬水冷却时间内输入步骤2)中确定的功率角平均值，淬水结束后关闭淬水系统开关，将温控系统重新调整为热电偶控制模式，根据需要设定其它冷却段工艺参数，设定采集试验全过程的温度值；

5)热模拟试验机按步骤4)中编制的试验控制程序运行，待温度到达预定淬水快冷开始温度后，快速打开进气阀门，使试样在快速冷却过程中处于大气环境，完成冷却工艺的模拟试验；

6)绘制步骤5)试验测定的全程温度时间曲线，对比试验测定的快冷结束温度与预定淬水快冷结束温度，如果两者的温度差值在±20℃以上，则根据偏高增加淬水系统气压、偏低降低淬水系统气压的原则重复步骤3)和步骤5)，调控两者的温度差值在±20℃以内。

说明书

一种模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法，具体而言，涉及一种利用Gleeble系列热模拟机模拟热轧钢板层流冷却工艺的试验方法，属于热轧工艺技术研究领域。

背景技术

[0002] 热轧钢板轧后一般均需要经过层流控制冷却，达到控制卷取温度、优化产品组织结构的目的。模拟热轧钢板轧后层流冷却工艺，需要模拟装置具备加热、淬水以及温度控制等基本能力。目前同时符合上述基本条件的模拟设备主要为各种型号及用途的模拟试验机，但如何综合利用这些试验机的基本能力有效的模拟热轧钢板轧后层流冷却工艺的试验方法国内外未见相关报道。

[0003] 美国DSI生产的Gleeble系列热模拟试验机同样具备了模拟带钢轧后层流冷却工艺的基本条件，存在的主要问题在于：由于Gleeble热模拟机加热系统采用热电偶进行闭环控制，通过热电偶反馈的温度信号自动调整电源的功率输入，实现试验过程温度的精确控制；一旦试样表面进行了淬水，水瞬间吸收了试样热电偶焊接面的局部热能，致使热电偶测试温度骤然下降，为保证试样温度的可控，热模拟试验机加热系统依据热电偶的反馈的温度信号自动瞬间加大电源功率输入，导致试样未淬水区熔断。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法，主要解决现有技术中热轧钢板轧后冷却工艺无法进行有效模拟的技术问题；本发明方法可以精确的模拟热轧钢板轧后的冷却工艺，从而为热轧钢板控冷工艺对钢的组织和性能影响研究提供了一种有效的手段，同时也为研究热轧钢板生产过程中氧化铁皮的结构及产生机理提供了试验方法，最终达到优化产品冷却工艺参数，提升产品质量的目的。

[0005] 本发明技术思路是，利用Gleeble热模拟机模拟热轧带钢轧后层流冷却工艺的试验方法，通过控制Gleeble热模拟机的试验流程和试验参数，实现热轧带钢轧后冷却工艺的模拟。

[0006] 本发明的技术原理如下：由于Gleeble系列热模拟试验机采用的是电阻式加热方式，控温系统采用热电偶闭环控制，通过热电偶测温反馈进行电源输入功率的自动调整，实现试验温度的精确控制。根据焦耳定律：Q＝UIt＝Pt，式中，Q为电热能，U为电压，P为功率，I为电流，t为时间；在一定电阻下，电源输入功率与输出热能存在对应关系。功率角作为间接反映电源输入功率大小的参数，在层流冷却淬水快冷过程中，通过功率角数值和淬水系统气压的合理搭配，解决热电偶控温模式下因淬水导致电源输入功率瞬间起伏、温度不可控的技术问题。

[0007] 本发明采用的技术方案是，一种模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法，该方法包括以下步骤：

[0008] 1)试验准备，将热模拟试验机淬水系统喷水管接入工作箱内，调整并固定冷却水喷头，将热电偶丝焊接在钢板试样任一面中心点上后，将试样热电偶焊接面朝下安装固定在热模拟试验机工作箱楔形卡槽内，开启热模拟的真空泵，将热模拟工作箱内真空度抽至低于1.0×10-2MPa后关闭真空泵；

[0009] 2)利用QuikSim控制软件编制试验控制程序，按照预定工艺要求设定升温、保温及冷却工艺参数，试验全过程采用热电偶控温模式，采集试验冷却过程中的温度和功率角数据；通过试验采集的冷却过程功率角的数据，确定预定淬水快冷开始温度和快冷结束温度的功率角值，并计算其平均值；

[0010] 3)取出热模拟工作箱内已安装的试样，重复步骤1)，同时调整淬水系统淬水气压，并做好记录；

[0011] 4)利用QuikSim控制软件编制试验控制程序，按照预定冷却工艺要求设定试样加热及保温过程控制参数，在淬水快冷命令前插入淬水系统启动开关，同时将温控系统调整为功率角控制模式，依据设定冷却工艺，在程序淬水冷却时间内输入步骤2)中确定的功率角平均值，淬水结束后关闭淬水系统开关，将温控系统重新调整为热电偶控制模式，根据需要设定其它冷却段工艺参数，设定采集试验全过程的温度值；

[0012] 5)热模拟试验机按步骤4)中编制的试验控制程序运行，待温度到达设定淬水快冷开始温度后，快速打开进气阀门，使试样在快速冷却过程中处于大气环境，完成冷却工艺的模拟试验；

[0013] 6)绘制步骤5)试验测定的全程温度时间曲线，对比试验快冷结束温度与试验设计目标温度，如果两者的温度差值在±20℃以上，则根据偏高增加淬水系统气压、偏低降低淬水系统气压的原则重复步骤3)和步骤5)，调控两者的温度差值在±20℃以内。

[0014] 本发明方法基于如下技术原理，由于Gleeble系列热模拟试验机采用的是电阻式加热方式，控温系统采用热电偶闭环控制，通过热电偶测温反馈进行电源输入功率的自动调整，实现试验温度的精确控制。根据焦耳定律：Q＝UIt＝Pt，式中，Q为电热能，U为电阻，P为功率，I为电流，t为时间。根据公式，在一定电阻下，电源输入功率与输出热能存在对应关系。功率角作为间接反映电源输入功率大小的参数，在层流冷却淬水快冷过程中，通过功率角数值和淬水系统气压的合理搭配，解决热电偶控温模式下因淬水导致电源输入功率瞬间起伏、温度不可控的技术问题。

[0015] 本发明方法可以高仿真度的模拟热轧钢板轧后的冷却工艺，特别是可以较好的模拟了热轧钢板后淬水快冷工艺，为热轧钢板轧后层流冷却工艺的设计及优化研究提供了手段，也为研究热轧钢板在水冷过程中生成的氧化铁皮的结构和影响因素提供了可能。

[0016] 本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法不仅可以模拟热轧带钢轧后层流冷却工艺，同时由于淬水冷却可以达到快速冷却的目的，因此该发明也为带钢超快冷却工艺的研究提供了可行的办法。2、本发明方法对试验设备结构、试样卡具无特殊要求，且对试验机其它试验功能及安全无任何影响，不增加额外的试验成本，通过优化设置试验流程拓展了试验机的研究功能。

附图说明

[0017] 附图1为本发明试样安装示意图。

[0018] 附图2为本发明试验过程温度控制示意图。

[0019] 附图3为本发明实施例1不同温度功率角测定数据图。

[0020] 附图4为本发明实施例1试验模拟成功后的温度时间曲线图。

[0021] 附图5为本发明实施例2试验模拟成功后的温度时间曲线图。

[0022] 附图6为本发明实施例3试验模拟成功后的温度时间曲线图。

[0023] 图中标记说明：1-热模拟试验机配套卡具，2-热模拟试验机淬水系统喷头，3-试样，T1-模拟试样氧化开始温度，T2-模拟试样快冷结束温度。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

[0025] 参照图1，实施例中，本发明方法选用一对平面楔形热模拟试验机配套卡具1，同时将热模拟试验机淬水系统喷头2接入热模拟试验机工作箱内固定，将热电偶丝焊接在尺寸为180mm×50mm×2mm钢板试样3任一面中心点上，试样3装入热模拟试验机工作箱内的楔型卡槽内，安装试样3时，试样上的热电偶焊接面朝下，调整热模拟试验机淬水系统喷头2方向，确保热模拟试验机淬水系统喷头2喷水孔对准试样中部。

[0026] 实施例1，参照图1、2、3和4，模拟加热段时间30s，保温段30s，快冷段时间10s，缓冷段时间2分钟，快冷开始温度T1＝950℃，快冷结束温度T2＝600℃，模拟10s内将试样由950℃淬水冷却至600℃、600℃后缓冷至常温的冷却工艺。

[0027] 一种模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法，该方法包括以下步骤：

[0028] 1)试验准备，将试样热电偶焊接面朝下安装固定在热模拟试验机工作箱楔形卡槽内，开启热模拟的真空泵，将热模拟工作箱内真空度抽至低于1.0×10-2MPa后关闭真空泵；

[0029] 2)利用QuikSim控制软件编制试验控制程序，设定加热峰值温度为950℃、加热段时间30s、保温段时间30s，冷却段时间2分钟，控温模式采用热电偶控温，设定采集试验冷却过程中的温度及功率角值；完成试验后获得如图所示3的试验冷却过程功率角与温度的对应关系图，确定预定快冷开始温度950℃时的电源功率角为24.9deg，快冷结束温度600℃时的功率角为21.1deg，计算其平均值为23deg；

[0030] 3)取出热模拟工作箱内已安装的试样3，重复步骤1)，同时调整淬水系统淬水气压，并做好记录；

[0031] 4)利用QuikSim控制软件编制试验控制程序，设定试样加热及保温过程参数与步骤2)程序一致，在冷却控制程序命令前中插入淬水系统启动开关，同时将温控系统调整为功率角控制模式，设定快冷段时间为10s，在程序快冷时间段内输入步骤2)中确定的两功率角的平均值23deg，淬水结束后关闭淬水系统开关，将温控系统调整为热电偶控制模式，设定试样在2分钟内冷至常温，采集试验全过程的温度值；

[0032] 5)热模拟试验机按步骤4)中编制的试验控制程序运行，待试验进行到60s时，快速打开工作腔进气阀门，使试样在淬水冷却过程中处于大气环境，完成冷却工艺的模拟；

[0033] 6)绘制步骤5)试验测定的温度时间曲线，对比试验测定的淬水结束温度与试验设定快冷结束温度T2，如果两者的温度差值在±20℃以上，则根据偏高增加淬水系统气压、偏低降低淬水系统气压的原则重复步骤3)和步骤5)，调控两者的温度差值在±20℃以内。

[0034] 实施例2，参照图1、2和5，加热段、保温段以及缓冷段时间同实施例1，快冷开始温度T1＝900℃，结束温度T2＝650℃，模拟10s内将试样由900℃淬水冷却至650℃、650℃后缓冷至常温的冷却工艺。

[0035] 实施例2的功率角的测定步骤同实施例1，参照图3测定的结果，计算900℃和650℃功率角平均值为23deg，将实施例1中步骤4)编制的控制程序中快冷开始温度T1调整为900℃、功率角平均值调整为23deg，其它参数及操作方法同实施例1。

[0036] 实施例3，参照图1、2和6，加热段、保温段以及缓冷段时间同实施例1，快冷开始温度T1＝850℃，结束温度T2＝550℃，模拟10s内将试样由850℃淬水冷却至550℃、550℃后缓冷至常温的冷却工艺。

[0037] 实施例3的功率角的测定步骤同实施例1，参照图3测定的结果，计算850℃和550℃功率角平均值为22.1deg，将实施例1中步骤4)编制的控制程序中快冷开始温度T1调整为850℃、功率角平均值调整为22.1deg，其它参数及操作方法同实施例1。

[0038] 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。