基于ESP动态变规程板坯性能梯度分布成形方法与流程

本发明涉及钢铁材料轧制及深加工领域，具体地涉及一种基于esp动态变规程板坯性能梯度分布成形方法。

背景技术：

汽车工业是国民经济的重要支柱产业，高强钢对于汽车轻量化以及提高汽车的安全性能具有重要作用，在车身上广泛应用，随着科学技术的不断发展，大量碰撞试验证实并不是车身部件强度越高越有利于实现轻量化和保证抗撞性，服役状态下汽车零部件所承受的载荷非均匀分布，为保证车身的整体刚度和碰撞吸能效果，要求零件不同部位的材料性能需要与使用要求相匹配，即汽车零部件中各区域所承受的载荷和使用要求不同对应的性能也不同，因此根据载荷的分布形式设计最终零件的性能梯度成为汽车防撞核心零件追求的目标，伴随着汽车的结构减重和优化设计发展起来的柔性轧制技术可生产非均匀厚度板坯，其在优化车身结构方面具有明显优势，与传统等厚度板不同，变厚度板由于其在轧制方向上的截面形状连续变化，在随后的成形工艺中，由于板坯厚度不同，在不同区域的力学性能不同，因此冲压淬火件具有良好综合力学性能。

现有变厚度板成形制造技术是上游轧制工序和下游深加工制造工序分属不同车间或生产区域，上游轧制工序生产流程为连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→精轧机组→层流冷却→剪切→卷取，由卷取机将带有余热的高强钢卷成带卷，再通过开卷→变厚度轧制→变厚度板坯，生产的变厚度板坯运输到下游深加工制造工序，进行冲压淬火成形，加工成变厚度冲压淬火件，再运输到车辆制造企业进行装配，在上游轧制工序中，由于轧辊磨损导致的停机换辊，影响企业的生产效率，由于上游轧制工序和下游深加工制造工序技术装备工艺分离，附加较高运输成本，并且冲压淬火件件在从原料到产品的生产制造过程造成大量余能资源的浪费，钢铁材料轧制及深加工生产本身属于高能耗产业，因此需要开发研究一种缩短工艺流程、加快生产节奏、实现连续化生产、提高生产效率为中心的高效化轧制及深加工生产流程具有重要意义。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于esp动态变规程板坯性能梯度分布成形方法，打破了传统上游轧制工序和下游深加工制造工序分属不同车间或生产区域壁垒，促进了轧制及深加工技术协同创新，改变了上下游企业相互独立的生产工艺，实现了上下游产业的融合，本发明基于esp精轧机组五机架布置，增设一架轧机作为待命轧机，进行不停机在线换辊生产变厚度板坯，通过后续冲压淬火技术，实现变梯度特性冲压淬火件制造，该工艺方法具有高效率、低成本、绿色制造的特点。

本发明的技术方案如下：

具体地，本发明提供一种基于esp动态变规程板坯性能梯度分布成形方法，板坯的制造包括以下步骤：

连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→精轧机组进行动态变规程精轧→层流冷却→剪切→感应加热→保温→冲压淬火→激光切割→喷丸；

经连铸处理后板坯温度为1450℃，粗轧机组大压下量粗轧后，温度降为980±20℃，感应加热处理后温度升至1150±30℃，经过精轧机组精轧处理后温度下降为880±20℃，经层流冷却后，温度降为600±30℃，随后经过感应加热升温至900±20℃，保温200～350s，，以保证板坯微观组织转变为奥氏体，随后进行冲压淬火，冲压淬火模具冷却速度为60±10℃/s，冷却温度至150±50℃；

层流冷却后得到变厚度板坯，所述变厚度板坯包括厚区和薄区，所述变厚度板坯经冲压淬火工艺后，厚区和薄区的冷却速度均大于马氏体转变的临界冷却速度，变厚度板坯的微观组织为马氏体组织，变厚度板坯的抗拉强度从1410～1500mpa进行梯度分布。

优选地，所述精轧机组包括五个常规机架轧机以及一个待命轧机，正常轧制生产时，五机架轧机投入使用，工作状态下，五机架轧机中最后一架轧机通过辊缝调节使轧件沿轧制方向上的几何形状发生连续变化，生产出变厚度板坯，当工作状态下，五机架轧机中某一个架轧机轧辊磨损严重时，将待命轧机压下投入工作，轧辊磨损轧机轧辊抬升退出轧制生产。

优选地，粗轧机组为3机架大压下量粗轧机。

优选地，在冲压淬火工艺中，模具几何形状与变厚度板坯相适配，模具内部布置有冷却通道，冷却通道用于对板坯进行淬火冷却。

优选地，工作状态下精轧机组始终保持五机架生产，机架轧辊通过辊缝调节技术，生产变厚度板坯。

优选地，所述变厚度板坯的厚度为1.6～2mm，其中厚区的厚度为2mm，薄区的厚度为1.6mm，过渡区的长度为40mm。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明通过精轧机组“5+1”动态变规程技术，能够实现不停机在线换辊生产变厚度板坯，并在层流冷却工序后与冲压淬火技术级联，实现上游轧制与下游深加工产业融合，从而实现“轧制-深加工”相结合的“短流程-近终形”产业化方向，能够批量生产性能变梯度特性冲压淬火件。

(2)本发明实现了精轧机在线不停机换辊，满足小批量大规模个性化定制条件，充分释放板带连轧装备工艺潜能，拓展企业产品范围，提高企业生产效率。

(3)本发明实现从冶金原料到产品一体化生产，节省中间环节的运输成本，并且可以有效利用轧制工艺余能能源，显著缩短板坯深加工整体制造流程，推进轧制及深加工行业高质量发展，在促进轧制及深加工行业领域绿色发展、扩大优势供给、优化产能布局等方面具有重要意义。

附图说明

图1是本发明基于esp动态变规程板坯性能梯度分布成形方法工艺流程图；

图2是本发明温度控制工艺图；以及

图3是本发明的实施例中变厚度板坯的结构示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

具体地，本发明提供一种基于esp动态变规程板坯性能梯度分布成形方法，经层流冷却处理后的变厚度板坯，然后直接剪切成预设尺寸，经感应加热满足冲压淬火目标温度后进行冲压淬火处理，制成性能变梯度特性冲压淬火件。

变厚度板坯的生成过程包括以下步骤：

连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→“5+1”动态变规程精轧机组→层流冷却→剪切→感应加热→保温→冲压淬火→激光切割→喷丸。

优选的，精轧机组基于传统五机架布置，增设一架轧机为待命轧机，正常轧制生产时，五机架轧机投入使用，工作状态五机架轧机中最后一架轧机通过辊缝调节技术，使轧件沿轧制方向上几何形状连续变化，生产变厚度板坯，当工作状态五机架轧机中某架轧机轧辊磨损严重，启动“5+1”动态变规程策略，待命轧机压下投入工作，轧辊磨损轧机轧辊抬升退出轧制生产，实现在线不停机换辊。

其温度控制工艺为：经连铸处理后板坯温度为1450℃，大压下量粗轧后，温度降为980±20℃，感应加热处理温度升至1150±30℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为880±20℃，经层流冷却后，温度降为600±30℃，随后经过感应加热升温至900±20℃，保温200～350s，，以保证板坯微观组织转变为奥氏体，随后进行冲压淬火，冲压淬火模具冷却速度为60±10℃/s，冷却至150±50℃。

优选的，粗轧机组为3机架大压下量粗轧机。

优选的，在冲压淬火工艺中，模具几何形状与变厚度板坯相适配，并且模具内部布置有冷却通道，进而对板坯进行淬火冷却。

优选的，工作状态精轧机组始终保持五机架生产，并且最后机架轧辊通过辊缝调节技术，保持生产变厚度板坯。

优选的，如图3所示，“5+1”动态变规程精轧机组精轧后的变厚度板坯包括厚区1，薄区3以及过渡区2。变厚度板坯的厚度为1.6～2mm，其中厚区的厚度为2mm，薄区的厚度为1.6mm，过渡区的长度为40mm。

优选的，变厚度板坯经冲压淬火工艺后，厚度和薄区的冷却速度均大于马氏体转变的临界冷却速度，板坯微观组织为马氏体组织，其抗拉强度从1410～1500mpa梯度分布。

本发明在实施例中，选择的原材料为硼钢，其中原材料按质量百分比包括：0.225c、0.256si、1.24mn、0.03al、0.163cr以及0.003b(单位为wt.％)。

将上述原料冶炼形成的钢水经如图1所示的工艺流程示意图制造成高强度板坯。

其具体工艺制造过程为：

连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→“5+1”动态变规程精轧机组→层流冷却→剪切→感应加热→保温→冲压淬火→激光切割→喷丸，其中精轧机组基于传统五机架布置的基础，增设一架轧机为待命轧机，正常轧制生产时，五机架轧机投入使用，工作状态下五机架轧机中最后一架轧机通过辊缝调节技术，使轧件沿轧制方向上几何形状连续变化，生产变厚度板坯。

当工作状态下五机架轧机中某架轧机轧辊磨损严重时，启动“5+1”动态变规程策略，待命轧机压下投入工作，轧辊磨损轧机轧辊抬升退出轧制生产，实现在线不停机换辊，该动态变规程策略包括动态辊缝调节以及速度调节等。

经连铸处理后板坯温度为1450℃，大压下量粗轧后，温度降为980±20℃，感应加热处理温度升至1150±30℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为880±20℃，经层流冷却后，温度降为600±30℃，随后经过感应加热升温至900±20℃，保温200～350s，，以保证板坯微观组织转变为奥氏体，随后进行冲压淬火，冲压淬火模具冷却速度为60±10℃/s，冷却至150±50℃，粗轧机组为3机架大压下量粗轧机，精轧机组为“5+1”动态变规程技术6机架精轧机，在冲压淬火工艺中，模具几何形状与变厚度板坯相适配，并且模具内部布置有冷却通道，进而对板坯进行淬火冷却，工作状态精轧机组始终保持五机架生产，并且最后机架轧辊通过辊缝调节技术，保持生产变厚度板坯，变厚度板坯的厚度为1.6～2mm，厚度过渡区长40mm，变厚度板坯经冲压淬火工艺后，厚度和薄区的冷却速度均大于马氏体转变的临界冷却速度，板坯微观组织为马氏体组织，其抗拉强度从1410～1500mpa梯度分布。

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述：

实施例1

本实施例在轧制过程中，经连铸处理后薄板坯温度为1450℃，然后经过粗轧机组粗轧处理后，温度降为960℃，经感应加热处理升温至1120℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为860℃，经层流冷却后，温度降为570℃。

当工作状态下，五机架轧机中某架轧机轧辊磨损严重时，启动“5+1”动态变规程策略，待命轧机压下投入工作，轧辊磨损轧机的轧辊抬升退出轧制生产，实现在线不停机换辊，最后一架轧机通过辊缝调节技术，使轧件沿轧制方向上的几何形状连续变化，生产变厚度板坯。

经过层流冷却处理后板坯直接进入深加工处理，获得层流冷却处理后的变厚度板坯，然后直接剪切成预设尺寸，经感应加热升温至880℃，保温200～350s，以保证板坯微观组织转变为奥氏体。

保温后的高温板坯通过高温智能机械手将板坯转移到热冲压模具中进行热冲压，在冲压淬火处理中，冲压淬火模具冷却速度设定为50℃/s，冷却至100℃，对变厚度板坯能够具有较好的冷却效果，保证变厚度板坯在形变过程中能够快速冷却，厚度和薄区的冷却速度均大于马氏体转变的临界冷却速度，板坯微观组织为马氏体组织，其抗拉强度从1410～1500mpa梯度分布，将在冲压淬火模具中成形的制件进行激光切割以及喷丸后处理，达到成形制件的尺寸要求并消除成形制件的表面氧化皮。

经过上述工艺过程，实现成形板坯从原料到产品的一体化生产，对激光切割和喷丸后的零件进行成品包装，运送到各汽车生产企业。

实施例2

本实施例在轧制过程中，经连铸处理后薄板坯温度为1450℃，然后经过粗轧机组粗轧处理后，温度降为980℃，经感应加热处理升温至1150℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为880℃，经层流冷却后，温度降为600℃。

当工作状态五机架轧机中某架轧机轧辊磨损严重，启动“5+1”动态变规程策略，待命轧机压下投入工作，轧辊磨损轧机轧辊抬升退出轧制生产，实现在线不停机换辊，最后一架轧机通过辊缝调节技术，使轧件沿轧制方向上几何形状连续变化，生产变厚度板坯。

经过层流冷却处理后板坯直接进入深加工处理，获得层流冷却处理后的变厚度板坯，然后直接剪切成预设尺寸，经感应加热升温至900℃，保温200～350s，以保证板坯微观组织转变为奥氏体。

保温后的高温板坯通过高温智能机械手将板坯转移到热冲压模具中进行热冲压，在冲压淬火处理中，冲压淬火模具冷却速度设定为60℃/s，冷却至150℃，对变厚度板坯能够具有较好的冷却效果，保证变厚度板坯在形变过程中能够快速冷却，厚度和薄区的冷却速度均大于马氏体转变的临界冷却速度，板坯微观组织为马氏体组织，其抗拉强度从1410～1500mpa梯度分布，将在冲压淬火模具中成形的制件进行激光切割以及喷丸后处理，达到成形制件的尺寸要求并消除成形制件的表面氧化皮。

经过上述工艺过程，实现成形板坯从原料到产品的一体化生产，对激光切割和喷丸后的零件进行成品包装，运送到各汽车生产企业。

实施例3

本实施例在轧制过程中，经连铸处理后薄板坯温度为1450℃，然后经过粗轧机组粗轧处理后，温度降为1000℃，经感应加热处理升温至1180℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为900℃，经层流冷却后，温度降为630℃。

当工作状态五机架轧机中某架轧机轧辊磨损严重，启动“5+1”动态变规程策略，待命轧机压下投入工作，轧辊磨损轧机轧辊抬升退出轧制生产，实现在线不停机换辊，最后一架轧机通过辊缝调节技术，使轧件沿轧制方向上几何形状连续变化，生产变厚度板坯。

经过层流冷却处理后板坯直接进入深加工处理，获得层流冷却处理后的变厚度板坯，然后直接剪切成预设尺寸，经感应加热升温至920℃，保温200～350s，以保证板坯微观组织转变为奥氏体。

保温后的高温板坯通过高温智能机械手将板坯转移到热冲压模具中进行热冲压，在冲压淬火处理中，冲压淬火模具冷却速度设定为70℃/s，冷却至200℃，对变厚度板坯能够具有较好的冷却效果，保证变厚度板坯在形变过程中能够快速冷却，厚度和薄区的冷却速度均大于马氏体转变的临界冷却速度，板坯微观组织为马氏体组织，其抗拉强度从1410～1500mpa梯度分布，将在冲压淬火模具中成形的制件进行激光切割以及喷丸后处理，达到成形制件的尺寸要求并消除成形制件的表面氧化皮。

经过上述工艺过程，实现成形板坯从原料到产品的一体化生产，对激光切割和喷丸后的零件进行成品包装，运送到各汽车生产企业。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。