铸钢材质力学性能在线预测方法

摘要

本发明铸钢材质力学性能在线预测方法，涉及以材料力学性能预测为目的的数据处理系统或方法，建立用钢水中的各个元素成分含量计算铸钢材质力学性能的回归方程组，将光谱仪快速测量的各元素成分含量结果代入计算方程，计算出该铸钢材质所能达到的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的力学性能，在线提示达到所计算出的各项力学性能要求的最简易调整方法，该方法防止了铸钢材质力学性能不符合要求的废品的产生。

主权项

铸钢材质力学性能在线预测方法，其特征在于步骤如下：第一步，配置专用装置：铸钢材质力学性能在线预测方法的专用装置主要包括光谱仪、显示铸钢材质力学性能在线计算结果的显示器和安装有铸钢力学性能计算方程组的计算机三部分，其次还需要测量铸钢材质各项力学性能的万能试验机和硬度计；第二步，积累各炉次钢水光谱测试样块的成分含量：在出钢前从炼钢炉舀取钢水，浇注光谱测试样块；向光谱仪输入炉次号和钢种牌号；光谱仪完成光谱测试样块中各元素成分含量的测量，自动生成测量编号，将积累测量结果存入光谱仪的数据库和铸钢力学性能计算方程的数据库；第三步，积累测量各炉次铸钢材质力学性能数据：从炉里取光谱测试样块同时取钢水浇注力学性能实验试棒；冷却后对力学性能实验试棒进行清理、切割、退火和加工，完成力学性能实验试棒测试所需工艺全过程；在万能试验机和硬度计上测量力学性能实验试棒的各项力学性能，将积累测量结果存入铸钢力学性能计算方程的数据库，第三步与第二步同时进行；第四步，每个铸钢材质牌号积累60～120组测试数据：由第二步和第三步同时从同一炉号取出的同一牌号钢水浇注光谱测试样块和力学性能试棒进行测量，得到一组完整的成分含量和力学性能实验数据；同一牌号钢种需重复上述实验过程60～120个炉次，积累到60～120组一一对应且完整真实的测试数据，即可进行该材质牌号铸钢力学性能计算方程的建立；第五步，建立各材质牌号的铸钢材质力学性能计算方程：将上述积累的60～120组实测数据代入如下的回归方程组，导出抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度等项力学性能计算方程的各成分系数和常数，(1)抗拉强度计算方程的各系数和常数由下列回归方程组导出：其中，n为相同工艺条件样本的采集数量，A₀、A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆、A₇、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₁₄、A₁₅和A₁₆为待定系数，C_k、Si_k、Mn_k、P_k、S_k、Cr_k、Ni_k、Mo、Cu_k、Ti_k、Co_k、Al_k、V_k、W_k、B_k和Pb_k为第k个样本的各元素成分含量，抗拉强度_k为第k个样本所对应的力学性能试棒实测得到的抗拉强度值；(2)屈服强度计算方程的各系数和常数由下列回归方程组导出：其中，n为相同工艺条件样本的采集数量，B₀、B₁、B₂、B₃、B₄、B₅、B₆、B₇、B₈、B₉、B₁₀、B₁₁、B₁₂、B₁₃、B₁₄、B₁₅和B₁₆为待定系数，C_k、Si_k、Mn_k、P_k、S_k、Cr_k、Ni_k、Mo、Cu_k、Ti_k、Co_k、Al_k、V_k、W_k、B_k和Pb_k为第k个样本的各元素成分含量，屈服强度_k为第k个样本所对应的力学性能实验试棒实测得到的屈服强度值；(3)伸长率计算方程的各系数和常数由下列回归方程组导出：其中，n为相同工艺条件样本的采集数量，C₀、C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₁₄、C₁₅和C₁₆为待定系数，C_k、Si_k、Mn_k、P_k、S_k、Cr_k、Ni_k、Mo、Cu_k、Ti_k、Co_k、Al_k、V_k、W_k、B_k和Pb_k为第k个样本的各元素成分含量，伸长率_k为第k个样本所对应的力学性能实验试棒实测得到的伸长率值；(4)断面收缩计算方程的各系数和常数由下列回归方程组导出：其中，n为相同工艺条件样本的采集数量，D₀、D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆、D₇、D₈、D₉、D₁₀、D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄、D₁₅和D₁₆为待定系数，C_k、Si_k、Mn_k、P_k、S_k、Cr_k、Ni_k、Mo、Cu_k、Ti_k、Co_k、Al_k、V_k、W_k、B_k和Pb_k为第k个样本的各元素成分含量，断面收缩_k为第k个样本所对应的力学性能实验试棒实测得到的断面收缩值；(5)布氏硬度计算方程的各系数和常数由下列回归方程组导出：其中，n为相同工艺条件样本的采集数量，E₀、E₁、E₂、E₃、E₄、E₅、E₆、E₇、E₈、E₉、E₁₀、E₁₁、E₁₂、E₁₃、E₁₄、E₁₅和E₁₆为待定系数，C_k、Si_k、Mn_k、P_k、S_k、Cr_k、Ni_k、Mo、Cu_k、Ti_k、Co_k、Al_k、V_k、W_k、B_k和Pb_k为第k个样本的各元素成分含量，布氏硬度_k为第k个样本所对应的力学性能实验试棒实测得到的布氏硬度值；进一步由此建立起如下抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度各项力学性能计算方程组：抗拉强度＝A₁·C％+A₂·Si％+A₃·Mn％+A₄·P％+A₅·S％+A₆·Cr％+A₇·Ni％+A₈·Mo％+A₉·Cu％+A₁₀·Ti％+A₁₁·Co％+A₁₂·Al％+A₁₃·V％+A₁₄·W％+A₁₅·B％+A₁₆·Pb％+A₀屈服强度＝B₁·C％+B₂·Si％+B₃·Mn％+B₄·P％+B₅·S％+B₆·Cr％+B₇·Ni％+B₈·Mo％+B₉·Cu％+B₁₀·Ti％+B₁₁·Co％+B₁₂·Al％+B₁₃·V％+B₁₄·W％+B₁₅·B％+B₁₆·Pb％+B₀伸长率＝C₁·C％+C₂·Si％+C₃·Mn％+C₄·P％+C₅·S％+C₆·Cr％+C₇·Ni％+C₈·Mo％+C₉·Cu％+C₁₀·Ti％+C₁₁·Co％+C₁₂·Al％+C₁₃·V％+C₁₄·W％+C₁₅·B％+C₁₆·Pb％+C₀断面收缩＝D₁·C％+D₂·Si％+D₃·Mn％+D₄·P％+D₅·S％+D₆·Cr％+D₇·Ni％+D₈·Mo％+D₉·Cu％+D₁₀·Ti％+D₁₁·Co％+D₁₂·Al％+D₁₃·V％+D₁₄·W％+D₁₅·B％+D₁₆·Pb％+D₀布氏硬度＝E₁·C％+E₂·Si％+E₃·Mn％+E₄·P％+E₅·S％+E₆·Cr％+E₇·Ni％+E₈·Mo％+E₉·Cu％+E₁₀·Ti％+E₁₁·Co％+E₁₂·Al％+E₁₃·V％+E₁₄·W％+E₁₅·B％+E₁₆·Pb％+E₀上述方程组中：C％、Si％、Mn％、P％、S％、Cr％、Ni％、Mo％、Cu％、Ti％、Co％、Al％、V％、W％、B％和Pb％分别为光谱测试样块获得的各元素成分含量，光谱仪测量的成分数量由各铸钢厂家光谱仪设置的测量通道数量决定，A₁、B₁、C₁、D₁和E₁分别为C％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₂、B₂、C₂、D₂和E₂分别为Si％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₃、B₃、C₃、D₃和E₃分别为Mn％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₄、B₄、C₄、D₄和E₄分别为P％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₅、B₅、C₅、D₅和E₅分别为S％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₅、B₆、C₆、D₆和E₆分别为Cr％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₇、B₇、C₇、D₇和E₇分别为Ni％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₈、B₈、C₈、D₈和E₈分别为Mo％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₉、B₉、C₉、D₉和E₉分别为Cu％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₁₀、B₁₀、C₁₀、D₁₀和E₁₀分别为Ti％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₁₁、B₁₁、C₁₁、D₁₁和E₁₁分别为Co％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₁₂、B₁₂、C₁₂、D₁₂和E₁₂分别为Al％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₁₃、B₁₃、C₁₃、D₁₃和E₁₃分别为V％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₁₄、B₁₄、C₁₄、D₁₄和E₁₄分别为W％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₁₅、B₁₅、C₁₅、D₁₅和E₁₅分别为B％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₁₆、B₁₆、C₁₆、D₁₆和E₁₆分别为Pb％的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度的系数，A₀、B₀、C₀、D₀、E₀分别为抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度计算方程中的常数；第六步，应用上述各项力学性能计算方程组在线计算当前钢水的各项力学性能：将第五步获得各项力学性能计算方程组植入计算机中，在操作员将光谱仪测量的各元素成分含量输入计算机后，由计算机完成抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和布氏硬度各项力学性能的计算；显示在显示铸钢材质力学性能在线计算结果的显示器的《铸钢力学性能在线预测》画面上；第七步，在线提示最简易的调整方案：当某项力学性能与标准比对有不合格项时，在线提示调整钢水某些成分含量的最简易方案，及时纠正铸钢力学性能的偏差，消除铸钢件材质废品的发生。