本發(fā)明屬于鋼鐵冶金工業(yè)彈簧扁鋼生產(chǎn)，涉及一種兼顧高尺寸精度與高強度的彈簧扁鋼軋制生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
1、彈簧鋼作為工業(yè)領(lǐng)域中的重要材料，其產(chǎn)品形態(tài)多樣，主要包括棒材、線材、板材及扁鋼。其中，扁鋼以其廣泛的應(yīng)用范圍和需求量大的特點，成為彈簧鋼中的佼佼者。常見的扁鋼牌號有60si2mn、50crv4、51crv4、52crmov4等，它們被廣泛應(yīng)用于汽車、鐵路、航空、國防等多個領(lǐng)域，發(fā)揮著舉足輕重的作用。近年來，隨著我國企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的不斷升級換代以及汽車工業(yè)的快速發(fā)展，彈簧鋼的需求量呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢。特別是彈簧扁鋼，其市場需求量更是持續(xù)攀升。據(jù)預(yù)測，到2025年，每年彈簧扁鋼的需求量將達到800萬噸，其中汽車彈簧扁鋼的需求量約為300萬噸。這一數(shù)據(jù)充分說明了彈簧扁鋼在市場上的重要地位和發(fā)展?jié)摿Α?/p>
2、在汽車工業(yè)中，隨著環(huán)境保護和節(jié)能減排要求的日益提高，汽車輕量化已成為不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。板簧作為汽車減震系統(tǒng)中的重要彈性元件，其重量占汽車總重量的7％～9％，屬于高技術(shù)、高附加值的鋼材，是各種商用車、客車及特種汽車減震系統(tǒng)中最重要的彈性元件。因此，實現(xiàn)板簧的輕量化對于汽車輕量化具有重大意義。高強度、高淬透性的彈簧扁鋼是制造輕量化板簧的理想材料，由于服役環(huán)境的特殊性，要求彈簧扁鋼具有良好的疲勞壽命、小的載荷損失能力、良好的耐磨性等綜合性能。通過提高彈簧扁鋼的設(shè)計應(yīng)力，可以顯著減輕其重量。例如，設(shè)計應(yīng)力提高20％，彈簧扁鋼的重量可減少約25％。未來，重型汽車采用高強度鋼板彈簧用鋼，有望減少彈簧總成自身質(zhì)量的30％～50％。因此，彈簧扁鋼向著高強度、高淬透性方向發(fā)展是必然趨勢，用高強度彈簧扁鋼取代較低強度級別的普通彈簧扁鋼已成為行業(yè)發(fā)展的明顯趨勢。用高強度彈簧扁鋼取代1200mpa以下甚至1500mpa級別普通彈簧扁鋼的發(fā)展趨勢越來越明顯。
3、彈簧扁鋼主要通過軋制及后續(xù)熱處理工藝來生產(chǎn)，然而，目前彈簧扁鋼的軋制生產(chǎn)仍存在諸多問題。首先，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，最終產(chǎn)品的抗拉強度往往較低，難以滿足高強度、高淬透性的要求。其次，在軋制較厚規(guī)格的彈簧扁鋼時，芯部和表面的組織差異較大，難以同時兼顧產(chǎn)品的強度和塑性指標。此外，產(chǎn)品尺寸精度較低，通條性較差，一般僅能滿足較低的精度標準(如gb/t?702-2017?2組精度)，導(dǎo)致金屬收得率偏低。最后，由于產(chǎn)線布置的限制，無法通過控軋控冷手段實現(xiàn)低溫軋制，進一步增加了生產(chǎn)成本。
4、針對上述問題，目前亟需提出一種兼顧高尺寸精度與高強度的彈簧扁鋼軋制生產(chǎn)方法，以通過優(yōu)化軋制工藝和產(chǎn)線配置，改善彈簧扁鋼產(chǎn)品的芯表組織均勻性，提高產(chǎn)品強度和尺寸精度。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種兼顧高尺寸精度與高強度的彈簧扁鋼軋制生產(chǎn)方法，以解決背景技術(shù)中存在的問題。
2、為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、一種兼顧高尺寸精度與高強度的彈簧扁鋼軋制生產(chǎn)方法，提供軋制生產(chǎn)線，該軋制生產(chǎn)線包括沿軋制生產(chǎn)方向依次設(shè)置的加熱單元、粗軋單元、中軋單元、精軋單元、成型軋制前控溫單元、四機架二輥減定徑單元、成型軋制后控溫單元以及成品精整處理單元；
4、所述四機架二輥減定徑單元的布置形式為h-v-h-h，包括沿軋制生產(chǎn)方向依次設(shè)置的第一架水平軋機、立式軋機、第二架水平軋機以及第三架水平軋機，并在所述第一架水平軋機和立式軋機之間設(shè)有第一活套，所述立式軋機和第二架水平軋機之間設(shè)有第二活套；
5、該生產(chǎn)方法包括以下步驟：
6、連鑄坯加熱：通過加熱單元將連鑄坯加熱至900℃～1200℃；
7、粗軋軋制：將加熱后的連鑄坯通過粗軋單元進行6道次軋制，軋制溫度為900℃～1050℃；
8、中軋軋制：將經(jīng)過粗軋軋制后的軋件通過中軋單元進行4道次軋制，軋制溫度為880℃～1000℃；
9、精軋軋制：將經(jīng)過中軋軋制后的軋件通過精軋單元進行精軋或空過，且進行精軋時的軋制溫度為850℃～980℃；
10、成型軋制前控溫：將經(jīng)過精軋軋制后的軋件通過成型軋制前控溫單元進行控溫，并使得控溫后軋件的溫度為730℃～920℃；
11、減定徑機組成型軋制：將經(jīng)過成型軋制前控溫的軋件通過四機架二輥減定徑單元進行成型軋制，軋制溫度為750℃～900℃，出口速度為0.5m/s～12m/s；
12、成型軋制后控溫：將經(jīng)過減定徑機組成型軋制后的軋件通過成型軋制后控溫單元進行控溫，并使得控溫后軋件的溫度為600℃～850℃；
13、成品精整：將經(jīng)過成型軋制后控溫的軋件通過成品精整處理單元進行精整，以得到彈簧扁鋼，且所述彈簧扁鋼的厚度尺寸范圍為3.0mm～60.0mm。
14、進一步地，所述四機架二輥減定徑單元為預(yù)應(yīng)力軋機，并且其中的第一架水平軋機和立式軋機為減徑單元，所述第二架水平軋機和第三架水平軋機為定徑單元。
15、進一步地，在所述第二架水平軋機和第三架水平軋機之間為緊湊布置。
16、進一步地，所述第一活套和第二活套的結(jié)構(gòu)相同，均包括活套本體、傳感器組、數(shù)據(jù)處理模塊和驅(qū)動機構(gòu)；
17、所述傳感器組用于實時采集軋制過程中軋件截面積、軋機間距、活套本體的高度、張力、速度；
18、所述數(shù)據(jù)處理模塊，計算活套本體的初始高度h；構(gòu)建活套高度動態(tài)數(shù)學(xué)模型，并采用自適應(yīng)控制算法對活套高度動態(tài)數(shù)學(xué)模型進行迭代優(yōu)化，輸出活套高度偏差δh；
19、所述活套本體通過驅(qū)動機構(gòu)根據(jù)活套高度偏差調(diào)整活套本體的高度，即h'＝h+δh；
20、其中，活套本體的初始高度為：
21、h＝αsqrt(q·a/l)
22、其中，h為活套本體的初始高度，α為活套高度系數(shù)，取值0～100，q為活套量，取值為0～1000mm，a為軋件截面積，l為軋機間距，1000～5000mm；
23、所述活套高度動態(tài)數(shù)學(xué)模型為δh＝kf(δv·kt+δv+α1δf+β(t-t0)-γμ)，其中，δh為活套高度偏差；δv為速度調(diào)節(jié)量；kf為軋制力修正系數(shù)，范圍0.1～20；kt為張力調(diào)節(jié)系數(shù)，范圍0～5；α1為張力影響系數(shù)，范圍0～20；δf為軋制力偏差，δv為速度波動噪聲，范圍為0～10mm；β為溫度敏感系數(shù)，范圍為0～10；t為軋件實時溫度，℃；t0為軋制工藝設(shè)定基準溫度，℃；μ為活套輥與帶材間的摩擦系數(shù)，取值0.6；γ為摩擦衰減系數(shù)，范圍為0～1。
24、進一步地，所述采用自適應(yīng)控制算法對活套高度動態(tài)數(shù)學(xué)模型進行迭代優(yōu)化，具體為：
25、在軋件咬入所述四機架二輥減定徑單元中第一水平軋機時記錄傳感器機組采集的第一水平軋機的電流值為i1目標值，在軋件咬入立式軋機時記錄傳感器機組采集的立式軋機的電流為i2目標值；
26、在軋件咬入立式軋機后的0.1s內(nèi)，所述第一活套起套，第一活套起套后，通過傳感器機組采集第一架水平軋機i1實時值；
27、若i1實時值∈[1.02i1目標值，1.05i1目標值]，則計算出第一活套的第一次活套高度偏差δh11，并完成第一活套的第一次活套高度調(diào)整，調(diào)整高度至h’11＝h1+δh11；
28、第一次活套高度調(diào)整完成，再次通過傳感器機組采集第一架水平軋機i1實時值，若i1實時值∈[1.02i1目標值，1.05i1目標值]，則計算出第一活套的第二次活套高度偏差δh12，并完成第一活套的第二次活套高度調(diào)整，調(diào)整高度至h’12＝h’11+δh12；
29、以此類推，直至i1實時值∈[i1目標值，1.02i1目標值]；
30、若i1實時值∈[0.95i1目標值，i1目標值]，則判斷第一水平軋機與立式軋機間存在拉鋼，且第一活套不能起套，并下調(diào)立式軋機咬入軋件的速度，以調(diào)整至i1實時值>i1目標值后，再進行第一活套的起套及動態(tài)調(diào)整；
31、在軋件咬入第二水平軋機后的0.1s內(nèi)，所述第二活套起套，第二活套起套后，通過傳感器機組采集立式軋機i2實時值；
32、若i2實時值∈[1.02i2目標值，1.05i2目標值]，則計算出第二活套的第一次活套高度偏差δh21，并完成第一活套的第一次活套高度調(diào)整，調(diào)整高度至h’21＝h2+δh21；
33、第一次活套高度調(diào)整完成，再次通過傳感器機組采集立式軋機i2實時值，若i2實時值∈[1.02i2目標值，1.05i2目標值]，則計算出第二活套的第二次活套高度偏差δh22，并完成第一活套的第二次活套高度調(diào)整，調(diào)整高度至h’22＝h’21+δh22；
34、以此類推，直至i2實時值∈[i2目標值，1.02i2目標值]；
35、若i2實時值∈[0.95i2目標值，i2目標值]，則判斷立式軋機與第二水平軋機間存在拉鋼，且第二活套不能起套，并下調(diào)第二水平軋機咬入軋件的速度，以調(diào)整至i2實時值>i2目標值后，再進行第二活套的起套及動態(tài)調(diào)整。
36、進一步地，所述活套本體為立活套或者側(cè)活套。
37、進一步地，所述減徑單元的單道次壓下量范圍為15％～30％，所述定徑單元的單道次壓下量范圍為2％～8％。
38、進一步地，所述成型軋制前控溫單元和成型軋制后控溫單元的組數(shù)均為1-10組，且均為水冷控溫單元，每組水冷控溫單元的溫度降低范圍為10℃～200℃，冷卻水壓力為0.1mpa～2.0mpa。
39、進一步地，當所述彈簧扁鋼的成型尺寸厚度小于等于10mm時，所述精軋單元與四機架二輥減定徑單元之間配置有保溫裝置，所述保溫裝置與成型軋制前控溫單元并行布置，且不同時開啟。
40、進一步地，在所述粗軋單元和中軋單元之間還設(shè)有粗軋單元后脫頭裝置，以進行脫頭軋制；
41、并在所述粗軋單元后脫頭裝置與中軋單元之間、所述中軋單元與精軋單元之間、成型軋制前控溫單元與四機架二輥減定徑單元之間、成型軋制后控溫單元與成品精整處理單元之間設(shè)置有飛剪。
42、本發(fā)明的有益效果在于：
43、1、本發(fā)明采用四機架二輥減定徑單元(采用hvhh結(jié)構(gòu))進行成型軋制，創(chuàng)新性地實現(xiàn)了扁彈簧鋼生產(chǎn)過程的精確控制。且四機架二輥減定徑單元中采用減徑單元和定徑單元相配合，其中減徑單元設(shè)計單道次壓下量及累計壓下量大(15％～30％)，確保變形充分滲透至芯部，顯著提升了產(chǎn)品的芯表組織性；定徑單元均勻采用較小的壓下量(2％～8％)，并結(jié)合預(yù)軋機設(shè)計，通過空載時預(yù)設(shè)有效減少軋機彈跳，從而保證了軋機的高尺寸精度，確保最終產(chǎn)品尺寸精度高。這種獨特的軋機配置與控制方式，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，還支持生產(chǎn)厚度范圍廣(2mm～60mm)的彈簧扁鋼，滿足了市場營養(yǎng)需求，體現(xiàn)了方案的高度實用性，最終生產(chǎn)得到的產(chǎn)品的抗拉強度偏差小于20mpa，屈服強度偏差小于20mpa，伸長率偏差小于4％，斷面收縮率偏差小于5％。較常規(guī)水平均提高了20％以上。
44、2、該軋制生產(chǎn)方法在四機架二輥減定徑單元前三架軋機間配備活套，實現(xiàn)無張力軋制，有效降低了軋件頭尾的尺寸偏差；第三至第四架軋機間采用緊湊結(jié)構(gòu)布局，軋機間距小，頭尾未建立張力段距離短，可有效減少引起套落套導(dǎo)致的頭尾尺寸偏差，軋件通條性好。該軋制生產(chǎn)方法對軋件軋制全工序控溫軋制，避免了溫度的急劇劇烈，限制了奧氏體晶粒的長大，為后續(xù)相變提供了精細的初始組織，通過細晶強化，產(chǎn)品最終獲得均勻細小的晶粒強度結(jié)構(gòu)，兼具高、高塑性、高耐力和極度的疲勞性能。這種技術(shù)設(shè)計保證了軋件頭尾與中間位置在溫度、變形和尺寸精度上的一致性。
45、3、本發(fā)明通過優(yōu)化工藝顯著提升了經(jīng)濟效益和生產(chǎn)穩(wěn)定性。采用較低的連鑄坯加熱溫度(≤1200℃)減少了脫碳層深度，提高了金屬收得率；穩(wěn)定了軋制過程進一步降低了材料損失。另外，成型軋制同步設(shè)置的1-10組水冷控溫單元，保證了軋件溫度這些措施共同保障了高效軋制過程的穩(wěn)定性，使頭尾尺寸偏差最小化，通條性更優(yōu)，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了可靠支撐。綜合來看，該軋制生產(chǎn)方法在產(chǎn)品質(zhì)量提升的同時，兼顧了經(jīng)濟性和性，具有顯著的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值。
46、本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。