本發(fā)明涉及熱軋，具體涉及一種在線高精度的棒線材組織性能預(yù)測(cè)與生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前全球制造業(yè)中，鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為基礎(chǔ)工業(yè)的核心，其生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量控制水平直接影響著整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展和國(guó)家的工業(yè)安全。隨著市場(chǎng)需求的不斷變化與提升，對(duì)鋼材產(chǎn)品的性能標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格，尤其是棒線材的組織性能，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的最終機(jī)械性能和應(yīng)用范圍。傳統(tǒng)的棒線材生產(chǎn)方法往往依賴于經(jīng)驗(yàn)調(diào)整和后期檢測(cè)，這種方式不僅效率低下，而且難以應(yīng)對(duì)快速變化的市場(chǎng)需求和嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2、近年來(lái)，信息技術(shù)和智能制造的快速發(fā)展為鋼鐵生產(chǎn)帶來(lái)了新的變革機(jī)遇，為提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量提供了新的思路和方法。通過(guò)這些技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析，從而預(yù)測(cè)和調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，優(yōu)化產(chǎn)品性能。在這樣的背景下，開(kāi)發(fā)一種在線高精度的棒線材組織性能預(yù)測(cè)技術(shù)及其生產(chǎn)工藝顯得尤為重要和迫切。該技術(shù)能夠基于實(shí)時(shí)收集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用先進(jìn)的預(yù)測(cè)模型，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)棒線材在不同生產(chǎn)數(shù)據(jù)下的組織性能。這種預(yù)測(cè)不僅能夠提高生產(chǎn)過(guò)程的透明度，還能在生產(chǎn)初期階段就預(yù)見(jiàn)到潛在的質(zhì)量問(wèn)題，從而提前進(jìn)行調(diào)整，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3、目前常用的組織性能預(yù)測(cè)技術(shù)主要基于物理冶金模型或者大數(shù)據(jù)模型展開(kāi)，且主要是離線的預(yù)測(cè)系統(tǒng)，未見(jiàn)同時(shí)考慮鑄坯狀態(tài)(加熱爐出坯或直接軋制)、棒材和線材軋制的在線預(yù)測(cè)技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷和技術(shù)弊端，本發(fā)明實(shí)施例提供克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的一種在線高精度的棒線材組織性能預(yù)測(cè)與生產(chǎn)方法，具體方案如下：

2、一種在線高精度的棒線材組織性能預(yù)測(cè)與生產(chǎn)方法，所述方法包括：

3、步驟1，選擇與生產(chǎn)棒線材生產(chǎn)工藝相匹配度較高的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，基于歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定最優(yōu)的預(yù)測(cè)模型，基于預(yù)測(cè)模型進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬出溫度場(chǎng)、組織以及性能參數(shù)；

4、步驟2，判斷模擬的溫度場(chǎng)、組織以及性能參數(shù)與生產(chǎn)的實(shí)測(cè)值誤差是否在允許范圍內(nèi)，如果是，則認(rèn)為預(yù)測(cè)模型為匹配好的模型，將對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)模型備份入庫(kù)，如果否，則結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化，直到誤差在允許范圍內(nèi)；

5、步驟3，基于優(yōu)化好的預(yù)測(cè)模型，對(duì)當(dāng)前棒線材的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，模擬出溫度場(chǎng)、組織以及性能參數(shù)，判斷模擬的組織性能是否滿足國(guó)家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及工廠的期待值，如果是，則軋制。

6、進(jìn)一步地，歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定最優(yōu)的預(yù)測(cè)模型具體為：獲取預(yù)測(cè)模型的調(diào)節(jié)因子，當(dāng)預(yù)測(cè)模型的調(diào)節(jié)因子與所述歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)的匹配度，則認(rèn)為對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)模型為最優(yōu)的預(yù)測(cè)模型。

7、其中，預(yù)測(cè)模型的調(diào)節(jié)因子包括材料的化學(xué)成分、軋制規(guī)格、軋制程序表、軋制過(guò)程溫度、冷卻水箱參數(shù)、風(fēng)冷線參數(shù)等；生產(chǎn)數(shù)據(jù)也包括化學(xué)成分、軋制規(guī)格、軋制程序表、軋制過(guò)程溫度、冷卻水箱參數(shù)、風(fēng)冷線參數(shù)等，例如，同時(shí)滿足化學(xué)成分誤差±3％以內(nèi)，軋制規(guī)格相同，軋制程序表孔型系統(tǒng)誤差±3％以內(nèi)，軋制過(guò)程溫度誤差在±5℃以內(nèi)，冷卻水箱參數(shù)誤差±3％以內(nèi)，風(fēng)冷線參數(shù)誤差±5％以內(nèi)，則認(rèn)為預(yù)測(cè)模型的調(diào)節(jié)因子與所述歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)的匹配度。

8、進(jìn)一步地，所述預(yù)測(cè)模型基于物理冶金模型展開(kāi)得到。

9、進(jìn)一步地，所述預(yù)測(cè)模型包括溫度場(chǎng)模型、組織演化模型以及組織與力學(xué)性能關(guān)系模型。

10、進(jìn)一步地，基于溫度場(chǎng)模型進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬出溫度場(chǎng)參數(shù)，具體包括：

11、在模擬全過(guò)程溫度場(chǎng)時(shí)，溫度場(chǎng)模型首先進(jìn)行坯料的建模與二維網(wǎng)格的劃分，默認(rèn)軋制方向、網(wǎng)格數(shù)、徑向和網(wǎng)格數(shù)，網(wǎng)格劃分在模擬前根據(jù)實(shí)際迭代情況進(jìn)行調(diào)整，以提高模擬計(jì)算效率；模擬中，通過(guò)計(jì)算確定合適的時(shí)間步長(zhǎng)以保證計(jì)算的收斂，并從數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入相應(yīng)的材料熱物性參數(shù)，基于增量步所處的工藝位置情況選擇當(dāng)前的換熱模型、初始條件和邊界條件，計(jì)算從加熱爐或連鑄出口一直進(jìn)行到成品收集區(qū)的溫度場(chǎng)，完成后，保存并輸出溫度場(chǎng)模擬結(jié)果。

12、進(jìn)一步地，基于組織演化模型進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬出組織參數(shù)，具體包括：

13、將模擬得到的溫度場(chǎng)參數(shù)作為初始條件，導(dǎo)入軋制工藝參數(shù)，依據(jù)軋制工藝參數(shù)，計(jì)算每道次的應(yīng)變?chǔ)?、?yīng)變速率軋制溫度t、各階段的作用時(shí)間t和軋前奧氏體初始尺寸d0，在某道次軋制時(shí)，組織演化模型首先計(jì)算動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生的臨界應(yīng)變值εc和當(dāng)前的累計(jì)應(yīng)變值ε*，當(dāng)ε*≥εc時(shí)，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，計(jì)算動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸dd和再結(jié)晶百分比xd，當(dāng)ε*≤εc時(shí)，發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，計(jì)算靜態(tài)結(jié)晶晶粒尺寸ds和再結(jié)晶百分比xs，在道次間隙時(shí)，組織演化模型首先判斷發(fā)生的再結(jié)晶百分比xd或者xs是否≥0.95，若是，則計(jì)算道次間隙再結(jié)晶全部完成后的靜態(tài)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大dsg和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大dmg，若否，則計(jì)算道次間隙再結(jié)晶未發(fā)生完全的靜態(tài)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大dsg和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大dmg，晶粒長(zhǎng)大計(jì)算完成后，組織演化模型計(jì)算平均晶粒尺寸，輸出和保存各類再結(jié)晶發(fā)生情況；

14、組織演化模型將循環(huán)計(jì)算首道次至末架軋機(jī)道次，循環(huán)完成后將冷卻相變前奧氏體的平均晶粒、溫度場(chǎng)以及殘余應(yīng)變等作為相變的初始條件輸出和保存。

15、進(jìn)一步地，所述方法還包括：在軋制完成后的冷卻階段，如果中間坯平均溫度高于相平衡溫度ae3，奧氏體晶粒將繼續(xù)長(zhǎng)大，此時(shí)，組織演化模型首先采用疊加法基于全過(guò)程溫度場(chǎng)計(jì)算晶粒尺寸的增長(zhǎng)，中間坯平均溫度達(dá)到ae3溫度后，開(kāi)始奧氏體等溫分解，利用相變?cè)杏谀Ｐ痛_定各相開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)變的起始溫度，基于相變動(dòng)力學(xué)方程采用連續(xù)等溫疊加法計(jì)算各相轉(zhuǎn)變的體積分?jǐn)?shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)變的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到各相最大轉(zhuǎn)變量計(jì)算模型理論值的98％時(shí)，認(rèn)為相變完成，并計(jì)算最終的晶粒尺寸。

16、進(jìn)一步地，基于組織力學(xué)性能關(guān)系模型進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬出性能參數(shù)，具體包括：

17、導(dǎo)入生產(chǎn)棒線材的化學(xué)成分、各相平均晶粒尺寸及各相轉(zhuǎn)變體積分至組織力學(xué)性能關(guān)系模型，組織力學(xué)性能關(guān)系模型基于導(dǎo)入的化學(xué)成分、各相平均晶粒尺寸及各相轉(zhuǎn)變體積分預(yù)測(cè)生產(chǎn)棒線材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率及最大力總伸長(zhǎng)率。

18、進(jìn)一步地，步驟3中，如果模擬的組織性能不滿足國(guó)家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及工廠的期待值，則調(diào)整控冷工藝并繼續(xù)模擬直到模擬的組織性能滿足國(guó)家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及工廠的期待值，其中控冷工藝的調(diào)整包括開(kāi)軋溫度、水冷參數(shù)以及風(fēng)冷參數(shù)。

19、本發(fā)明具有以下有益效果：

20、1、高精度和實(shí)時(shí)性的預(yù)測(cè)模型：本發(fā)明通過(guò)集成物理冶金模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，建立了一種在線高精度的棒線材組織性能預(yù)測(cè)技術(shù)。該技術(shù)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)接收的生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)匹配最佳的模擬模型參數(shù)，并實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)棒線材的組織演化及其最終性能。預(yù)測(cè)模型的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)的實(shí)際測(cè)量值與預(yù)測(cè)值之間的誤差進(jìn)行自我調(diào)整和優(yōu)化。通過(guò)不斷迭代計(jì)算和參數(shù)調(diào)整，系統(tǒng)保持預(yù)測(cè)模型始終在最優(yōu)狀態(tài)，確保了預(yù)測(cè)精度和可靠性。這種實(shí)時(shí)性預(yù)測(cè)和自我優(yōu)化機(jī)制極大地降低了人為干預(yù)的需求，使得生產(chǎn)調(diào)整能夠更為迅速和精確，以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種偏差變化。

21、2、改進(jìn)的生產(chǎn)質(zhì)量控制：通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測(cè)棒線材的組織性能，本發(fā)明能夠在生產(chǎn)早期就預(yù)見(jiàn)并識(shí)別出潛在的質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，如控冷工藝、開(kāi)軋溫度等，可以確保最終產(chǎn)品達(dá)到或超過(guò)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，滿足工廠期待，顯著減少了廢品率，提高了生產(chǎn)線的整體效率和經(jīng)濟(jì)效益。

22、3、靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)：本發(fā)明的技術(shù)方案考慮了不同的生產(chǎn)條件和需求，能夠適應(yīng)各種不同的生產(chǎn)線和材料特性，無(wú)論是加熱爐出坯還是直接軋制，無(wú)論是棒材還是線材軋制，該系統(tǒng)都能提供精確的溫度場(chǎng)和組織性能預(yù)測(cè)，從而適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)需求。這種靈活性使得本技術(shù)。