轧材质量控制与深加工技术第十三讲轧材组织性能的预报与控制二十世纪下半期的五十年是钢铁工业发展史上最辉煌的时期，世界钢铁工业得到了迅速的发展，全世界已具备年产钢材八亿吨以上的能力。这五十年不仅显示了钢铁工业所取得的技术成就，也充满了激烈的竞争，钢铁生产从高速增长期过渡到稳定增长期，从卖方市场过渡到买方市场。在进入市场经济和全面开放的当今世界，钢铁材料作为二十一世纪可选材料也面临着新的挑战，用户对钢材质量，特别是对使用性能提出了更为苛刻的要求。随着现代科学技术的进步，轧钢生产过程中质量控制已经不仅仅局限于产品外型和尺寸精度的控制，而是追求对产品内部微观组织和最终性能的更为精确的把握，并应用于实际生产中。特别是在最近，急切需要在加工过程中提高产品的使用性能以减少品种、降低成本、实现在线预测及控制。正是在这样的背景下，美国已经将计算机综合性能预报和控制的开发研究定为21世纪首要的研究目标。计算机综合组织性能预报，就是通过对加工过程中坯料的变形过程和微观组织演化行为的研究，控制加工工艺和制度，从而得到所需要的组织和性能，以最低的研究开发费用、最大限度地满足用户对产品质量、特别是使用质量的要求。它的目的在于提高产品的质量，以求企业在激烈的竞争中生存、发展、获胜。英国等许多国家都投入了大量人力、物力开展这方面的工作。我国即将加入国际世界贸易组织，钢铁生产势必面临着更加激烈的竞争和严峻的挑战，加强这一领域的研究并尽快将其转化为可以带来效益的直接生产力，是非常重要的。性能控制同厚度控制不同，在实际生产中，影响因素复杂，微观组织动态地演化，加之没有一个实测的目标值进行控制，故实现性能控制非常困难。为此，必须建立科学的方法进行预报及实现控制。随着物理冶金学、轧制技术、控制技术和计算机技术的发展，目前已有可能通过高速计算机对微观组织、力学性能及工艺参数进行综合研究，建立性能与参数的关系，再施以科学的控制方法，使性能预报和控制成为可能。目前，在国际上，综合组织性能预报的研究已经进入了一个崭新的阶段，一些研究成果也已用于实际生产，并带来了巨大的经济效益。尽管我国在组织性能预报的研究中，已经取得了很大的进展，并开发了许多应用良好的模型，但是真正用于生产在我国还未见有文献记载，究其原因，在于缺乏综合研究，难以用于复杂的实际生产。轧材组织性能预报与控制是研究钢材在整个热轧生产线各个工序进行加工的过程中，所发生的塑性变形、微观组织演化及温度变化，利用计算机进行模拟、预测，并用于生产中的控制，以提高产品的质量。1轧材组织性能预报与控制1.1轧材组织性能预报与控制的基本概念计算机综合组织性能预报，是基于塑性加工和物理冶金过程模拟基础上的组织性能预报，是通过对加工过程中坯料的变形过程和微观组织演化行为的研究，控制加工工艺和制度，得到所需要的组织和性能，以最低的研究开发费用，最大程度地满足用户对产品质量，特别是使用质量的要求。计算机综合组织性能预报就是研究钢材在整个热轧生产线所包括的加热、粗轧、精轧、冷却和卷取（精整）等各个工序进行加工的过程中，所发生的塑性变形、微观组织演化及温度变化，利用计算机进行模拟、预测，并用于生产中的控制，以提高产品的质量。通过建立钢材在生产中的变形模型、微观组织演化模型和温度变化模型，利用计算机技术对热轧生产进行模拟，可以实现热轧生产的在线和离线工艺模拟与过程控制，分析不同轧机配置和设计参数对产品性能的影响，预报热轧生产的温度变化、变形行为、微观组织演化以及最终产品的机械性能。此外，应用计算机综合组织性能预报还能够进行新钢种设计、质量控制和人员的教育培训等等。1.2热轧板带钢组织性能预报与控制的意义当前，在钢材生产中，板带钢的产量占据首位。我国通常规定钢板厚度在4-20mm范围内的为中板，4mm以下的称为薄板，20mm以上的为厚板。从近二十多年来带钢的发展看，在钢铁生产中，板带钢具有经济上和技术上的重要性。在世界范围内，各工业化国家板带钢不仅在产量上不断增加，而且在钢材生产中所占比例也不断提高。这表明板带钢的生产无论对钢铁工业，还是对钢材加工业都有越来越重要的意义。而我国的板带钢产量及其在钢材生产中所占比例远远低于世界上发达的工业化国家的平均水平。板带钢广泛地应用在运输机械制造业、汽车工业、能源工业、钢铁结构、容器和仪器制造业。对于板带钢生产，产品品种多，有锅炉板、高压容器板、桥梁板、海洋采油平台板，等等。由于其应用领域的重要性及特殊性，对其产品组织性能和质量也具有较高的要求，不仅需要有较高的强度，良好的韧性，同时也要有良好的焊接性能、脆断可靠性等等。这些产品性能都是通过钢材的化学成分和组织结构及合理的加工工艺决定的。因此，研究钢板在生产中微观组织结构的变化对获得满足一定性能的产品是至关重要的。就钢材生