一种高层建筑用钢抗层状撕裂性能的预测方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高层建筑用钢制备技术领域，具体地说是一种高层建筑用钢抗层状撕 裂性能的预测方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着国内外城市化进程的不断推进，人口密度极大的大型、特大型城市日 益增多，由此强烈促进了高层、超高层建筑的高速发展，高层建筑呈现出最大高度不断增 加、安全性和抗震性能要求更高等发展趋势。高层建筑现已成为建筑业的发展趋势，例如国 内外著名的层数162层、总高818米的迪拜大厦和层数220层、总高838米的长沙天空城市 (世界第一高度建筑，可抗9级大地震）等地标性高层建筑物，不断刷新着高层建筑的高度 极限值。而随着国内外建筑物高度的不断增加，促进产生了一种新型行业用钢一一高层建 筑用钢的问世。所谓高层建筑用钢，与传统的建筑用钢相比有着截然不同的性能需求，主 要体现在极高的抗层状撕裂性能和优良的韧性和塑性等，其中尤以抗层状撕裂性能至关重 要！这是因为高层建筑及其用钢必须要能够抵御自然环境中难以避免的极限破坏性载荷， 诸如超强地震波、超强台风、龙卷风等，必须能防震、抗震和抗风，吸收更多的地震能和风能 等。同时，还必须克服因其自身焊接结构节点过多、约束力过强所产生的板厚方向的较大拉 应力破坏作用。显然，极高的抗层状撕裂性能能够很好地克服此破坏拉应力与地震波的纵 波相互叠加时所产生的双重破坏性作用，继而大大减少由该破坏性作用产生的严重灾难性 后果。
[0003] 关于抗层状撕裂性能，我国最早的和最新的行业标准（YB4104-2000和GB/T 5313-2010)均采用板厚方向拉伸试验得到的断面收缩率WZ来表征抗层状撕裂性能，这亦 与国际行业标准，诸如日本工业标准JISG3136:2005等相一致。长期以来，高层建筑用 钢的热轧制备工艺优化及其抗层状撕裂性能的控制，主要通过实物试验来大致确定。考虑 到服役期内的、处于自然环境下的高层建筑用钢，其经地震等破坏性作用后的真实抗层状 撕裂性能数据样本根本无法获得或极难获得（属于可遇不可求的极小概率事件），但毫无 疑问的是，若钢的抗层状撕裂性能越大，则建筑物经地震等破坏性作用后的真实抗层状撕 裂性能亦越大！故此类钢种的抗层状撕裂性能预测工作就显得至关重要，若能在高层建筑 用钢制备领域运用先进的计算机模拟和预测技术，就可以大幅减少钢种安全性实物试验所 耗费的巨大人力、物力成本，迅速而准确地预测高层建筑用钢的抗层状撕裂性能，并及时调 整和优化相应钢种的制备轧制工艺，这对高层建筑用钢的钢种研发具有十分重要的工程意 义。然而，此类研宄的相关成果在国内外鲜见报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是以常用高层建筑用钢为研宄对象，具体涉及Q420EZ35、Q420D、 Q420GJEZ35、H136等钢，提供一种针对高层建筑用钢的抗层状撕裂性能进行预测的方法及 系统，同时得出与此类钢板最大抗层状撕裂性能相应的优化工艺方案。
[0005] 本发明的技术方案是：一种高层建筑用钢抗层状撕裂性能的预测方法，其特征在 于，包括以下步骤：
[0006] S1、从SQLServer2014数据库中读取高层建筑用钢热轧过程所需的待测钢材的 母材信息、乳制工艺参数和热轧金相组织，为后续流程提供初始条件；
[0007] S2、结合所述待测钢材的母材信息和轧制工艺参数建立PLS(偏最小二乘预测 PartialLeast-SquaresRegression，简称"PLS"）抗层状撕裂性能预测模型，并对PLS公 式进行预测精度的检验与控制，得到最优PLS预测模型，即精度最高的PLS抗层状撕裂性能 预测模型；
[0008] S3、由所述精度最高的PLS抗层状撕裂性能预测模型计算后得出试样的一组抗层 状撕裂性能预测值；
[0009] S4、对所述一组抗层状撕裂性能预测值的结果，再根据逆映射原理反求得到与最 大预测值相对应的最优轧制工艺方案，即最优工艺参数的组合；
[0010] S5、利用SISCIAS9. 0专用材料图像分析软件，对步骤S4中由逆映射原理反求所 得最优工艺参数组合条件下的最大抗层状撕裂性能试样热轧金相组织进图像进行定 量分析，测定其平均晶粒尺寸、铁素体体积比和珠光体体积比，以期确定具体钢种、具体材 质的抗层状撕裂性能最大的热轧金相组织参数关键阈值。
[0011] 上述方案中，还包括步骤S6，
[0012] 所述步骤S6为：对最优工艺参数组合、抗层状撕裂性能预测值、实际值、相对误差 和金相组织定量分析结果，以表格、图表或普通文本分析报告方式进行显示输出。
[0013] 上述方案中，所述步骤S2具体为：采用交叉有效性确定主成分的个数，以获得 PRESSh最小化的预测方程；通过对不同钢种及其工艺的模拟得出目标相对误差< 4. 50%的 抗层状撕裂性能预测值Wz;对所得抗层状撕裂性能预测值W2进行主成分分析，得到精度 最高的PLS抗层状撕裂性能预测模型。
[0014] 上述方案中，所述步骤S2中对PLS抗层状撕裂性能预测模型预测精度的控制具体 为：是利用模型预测值与实际值的目标相对误差加以控制，即目标相对误差< 4. 50%，若 符合该精度要求，则输出结果；若不符合，则返回数据库重新读取数据进行重新建模工作， 直至达到目标相对误差< 4. 50 %为止。
[0015] 进一步的，所述步骤S2中采用交叉有效性确定主成分的个数为3时，^^预测误差 平方和PRESSh最小。
[0016] 一种实现高层建筑用钢抗层状撕裂性能的预测方法的系统，其特征在于，包括数 据库、前处理模块、抗层状撕裂性能预测模块、金相组织定量分析模块和后处理模块，其 中：
[0017] 所述数据库，用于储存高层建筑用钢热轧过程所需的待测钢材的母材信息、乳制 工艺参数和热轧金相组织；母材信息包括母材厚度和钢板名称；乳制工艺参数包括开轧温 度、终轧温度、卷曲温度、连铸速度和轻压下率；
[0018] 所述前处理模块，用于从数据库中读取高层建筑用钢热轧过程所需的待测钢材母 材基本信息、乳制工艺参数和热轧金相组织，为后续流程提供初始条件；
[0019] 所述抗层状撕裂性能预测模块，根据读取的待测钢材母材的信息、乳制工艺参数 和热轧金相组织建立PLS抗层状撕裂性能预测模型，并对PLS公式进行精度的检验与控制， 得到精度最高的PLS抗层状撕裂性能预测模型，并进行抗层状撕裂性能预测，得到最大预 测值，再根据逆映射原理反求得到与最大预测值相对应的最优轧制工艺方案，即最优工艺 参数的组合；
[0020] 所述金相组织定量分析模块，用于对所述最优工艺参数组合条件下的最大抗层状 撕裂性能试样热轧金相组织图像进行定量分析，测定其平均晶粒尺寸、铁素体和珠光 体体积比；
[0021] 所述后处理模块，用于显示输出计算数据结果。
[0022] 本发明的优点是：
[0023] 1、能预测常用高层建筑用钢的抗层状撕裂性能，对于抗层状撕裂性能待测目标， 可获得理想的预测结果，从而保证了轧制工艺优化与高层建筑用钢抗层状撕裂性能控制的 精度。
[0024] 2、利用本发明方法，对Q420EZ35、Q420D、Q420GJEZ35、H136等高层建筑用钢的抗 层状撕裂性能预测精度均达到95. 50%以上。
[0025] 3、对于待测钢材，不仅能通过所述抗层状撕裂性能预测模块预测其抗层状撕裂性 能，还能通过所述金相组织定量分析模块得出其抗层状撕裂性能最大时所对应的热轧金相 组织参数关键阈值，诸如平均晶粒尺寸、铁素体和珠光体体积比，从而有利于进行高层建筑 用钢材质控制。
[0026] 4、本发明具有优异的普适性，可以推广应用于各种新型、高强韧化高层建筑用钢 的研发领域，其预测结果有助于专业人员改进现有的生产工艺，为提高各种新型、高强韧化 高层建筑用钢抗层状撕裂性能及其安全性提供可靠依据。
[0027] 5、本发明提供的数据库为SQL系列中功能最强、版本最新、速度最快的数据库，含 有大量的高层建筑用钢母材信息、乳制工艺参数和热轧金相组织照片，界面友好，输入、输 出均与生产过程保持一致，易于操作。预测工作在标准配置的计算机上运行，实现了计算与 结果输出的分离，便于程序的调试、升级、维护和嵌入。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明的系统整体框图。
[0029] 图2是抗层状撕裂性能预测模块建立流程框图。
[0030] 图3是实施例1最优工艺参数组合条件下的热轧金相组织图像。
[0031] 图4是图3经专用材料图像分析软件测定的平均晶粒尺寸分析结果。
[0032]图5是图3经专用材料图像分析软件测定的铁素体和珠光体体积比分析结果。
[0033] 图6是实施例2最优工艺参数组合条件下的热轧金相组织图像。
[0034] 图7是图6经专用材料图像分析软件测定的平均晶粒尺寸分析结果。
[0035] 图8是图6经专用材料图像分析软件测定的铁素体和珠光体体积比分析结果。
[0036] 图9是实施例3最优工艺参数组合条件下的热轧金相组织图像。
[0037] 图10是图9经专用材料图像分析软件测定的平均晶粒尺寸分析结果。
[0038] 图11是图9经专用材料图像分析软件测定的铁素体和珠光体体积比分析结果。
[0039] 图12是实施例4最优工艺参数组合条件下的