本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法。
背景技术：
1、近年来，fe-mn-al-c系轻质钢与变厚度轧制技术组合具备优异的减重潜能而受到广泛关注。变厚度轧制技术是实现工程装备轻量化的重要途径，但无法将具备不同组织性能的板带组合在一起，限制差厚板综合力学性能，且无法适应工程装备不同区域板带性能的差异需求。fe-mn-al-c轻质钢因其高强高韧等优异力学性能得到越来越多关注，对于fe-mn-al-c系难变形、高强高韧轻质钢在应用传统轧制方法进行轧制，传统变厚度轧制工艺的板带心部变形量小，产生的厚向组织与性能不均匀性降低板带的服役性能，轧件的不均匀变形会使板带发生弯曲现象，影响板形精度。
2、基于上述考虑，对fe-mn-al-c系轻质钢的变厚度轧制中使用动态错位异步轧制技术，动态错位异步轧制是新发展的一种上轧辊、下轧辊同时具有错位量和异速比的金属板材非对称轧制方法，能够通过剪切变形使板材比常规轧制更渗透至心部，同时辊间错位量又可控制因轧辊异速引起的板材弯曲。该思路可解决难变形金属材料轧制难题，生产出不同厚度组合、低密度高强度、适用于工程机械用钢要求的差厚板，并且实现对差厚板板带的组织性能调控，即在变厚度轧制工艺前增加预备热处理工艺，将不同板带区域感应加热至不同温度，在最终热处理工艺中选择不同淬火温度、冷却速度与热处理工艺，可实现板带不同区域获得不同性能，在不牺牲结构强度以及实际应用需要的前提下满足工程实际应用要求，实现一钢多能和同体性能差异化。因此，本发明提出了一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，本发明在实现绿色制造、节能减排、产业升级等方面具有重大意义。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，通过在传统变厚度轧制工艺中使用动态错位异步轧制技术，上轧辊、下轧辊错位量形成搓轧区，搓轧区剪切力使板带变形常规轧制更渗透至心部，同时可控制因异速引起的板带弯曲，并且在变厚度动态错位异步轧制前后增加预备热处理工艺进行组织性能调控，可解决难变形金属材料轧制难题，提高fe-mn-al-c系轻质钢板带的综合力学性能与板形控制。
2、本发明的技术方案如下：
3、具体地，本发明提供一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，fe-mn-al-c系轻质钢为奥氏体+铁素体双相组织，化学成分：0.60％-1.00％c、10.0％-25.0％mn、5.0％-12.0％al、p<0.003％、s<0.002％、0.40％-0.60％si、0.033％-0.053％nb、余量为fe和杂质，fe-mn-al-c系轻质钢密度为6.65-7.05g/cm3，轧机的水平速度设置为固定值，通过连续动态地上下调节轧辊辊缝，实现变厚度动态错位异步轧制，包括以下步骤：
4、s1、连铸；
5、s2、预备热处理；
6、s3、单道次变厚度动态错位异步轧制；
7、s4、最终热处理；
8、s5、矫直、剪切；
9、s6、卷取；
10、将连铸工艺得到的fe-mn-al-c系轻质钢板带进行预备热处理；在中频感应加热炉对板带i区加热至1100℃-1200℃，其中727℃-950℃时达到正火温度并使板带i区达到奥氏体再结晶状态；对板带ii区通过感应加热使板带ii区达到奥氏体未再结晶状态，板带ii区温度为750℃-900℃；板带iii区不加热；fe-mn-al-c系轻质钢板带随后进行变厚度动态错位异步轧制；
11、在单道次变厚度动态错位异步轧制中轧机的水平速度设置为固定值，变厚度动态错位异步轧制摩擦系数设置为0.7，辊速比设置为1.2，设置错位量为2mm，上工作辊、下工作辊辊径为r，，上工作辊辊速为v1，下工作辊辊速为v2；在轧机有载荷的条件下利用强有力液压缸辊缝控制系统连续改变辊缝尺寸，单道次压下量控制在0-6mm，使得15mm等厚板板坯轧后实现设定厚度变化，即厚区的厚度为12mm，厚区的长度为85mm；薄区的厚度为9mm，薄区的长度为100mm；厚度连续过渡区的斜率为1：100，长度为90mm；随后进行最终热处理工艺；
12、轧制后使用感应加热保持板带i、ii区温度分别达到950℃、750℃后，板带i、ii区经过层流冷却处理完成高温淬火、亚温淬火工艺，板带i、ii区温度分别感应加热至200℃-300℃、500℃-600℃进行回火工艺；板带iii区温度加热至950℃-1000℃进行退火处理，退火时间为30min-120min。
13、进一步地，变厚度动态错位异步轧制参数中错位角恒定，上轧辊、下轧辊辊速不相同，变形区域划分为i区、ii区、iii区，计算出轧制力及轧制力矩模型，与现有异径异速动态错位异步轧制模型不同，xn1和xn2分别是上轧辊、下轧辊接触弧中性点，d为上轧辊、下轧辊错位量，l为轧制变形区长度，当中性点xn1在(0，l)，xn2在(d，l+d)范围内，轧制变形区划分为后滑区、搓轧区、前滑区；轧制力与轧制力矩模型为：
14、
15、
16、
17、
18、
19、式中：f1为上轧辊轧制力、f2为下轧辊轧制力，t1为上轧辊轧制力矩、t2为下轧辊轧制力矩，b为轧件宽度，β为恒定错位角，d为错位量，l为变形区长度，θ1、θ2分别为变形区内接触弧、x轴的变量角，p1、p2分别为变形区内上下表面所受单位压力，τ1、τ2分别为变形区内上下表面的剪切应力，i区、ii区、iii区分别为后滑区、搓轧区、前滑区。
20、进一步地，板带i区层流冷却速度大于fe-mn-al-c系轻质钢材料的淬火临界冷却速度，板带i区回火温度保持在200℃-300℃，空冷至室温，板带i区得到组织为回火马氏体和均匀细小的粒状碳化物组织。
21、进一步地，板带ii区回火温度保持在500℃-600℃，板带ii区空冷至室温得到回火索氏体组织。
22、进一步地，层流冷却装置由上部喷水机构和下部喷水机构组成，通过喷射冷却水对高温板带i、ii区进行冷却，层流冷却处理根据fe-mn-al-c系轻质钢板带i、ii区域，调整冷却喷水机构布置与冷却水流量，提高流量分区控制精度与稳定性，fe-mn-al-c系轻质钢板带i、ii区高温、亚温淬火后精准控制冷却速度分别获得组织转变产物马氏体与铁素体。
23、进一步地，板带iii区温度在950℃-1000℃退火处理，退火时间延长至120min以内，高温铁素体组织含量降低至少于52％，奥氏体晶粒粗化与碳化物完全固溶于奥氏体基体中。
24、进一步地，中频感应加热炉的加热方式是结合横向磁场和纵向磁场的感应加热装置，纵向磁场在宽度方向上温度均匀，横向磁场在厚度方向上温度均匀，并且改变感应加热内部的磁导体的排列组合，排列组合方式采用片排列或环排列，获得定制温度场；中频感应加热炉内添加喷管冷却装置，并且喷管冷却装置布置在不加热和避免热传导工况下的板带区域处，避免板带局部感应加热过程影响指定区域温度控制。
25、本发明与现有技术相比具有如下优点：
26、(1)本发明的一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，在传统变厚度轧制过程中将轧辊错位布局并且上轧辊、下轧辊速度不同，错位布局会产生搓轧区与剪切力，能够通过剪切变形使板材比常规轧制更渗透至心部，同时辊间错位量又可控制因轧辊异速引起的板材弯曲，提升板带心部变形渗透性与整体变形均匀性，本发明解决了fe-mn-al-c系轻质钢这种高强、高韧、难变形金属材料轧制时中心变形不充分、不均匀以及板带变形等难题。
27、(2)本发明提供一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法可使差厚板组织性能差异化，通过对板带不同区域进行多种预备热处理工艺与最终热处理工艺，包括感应加热至不同温度范围以及在室温状态下进行变厚度轧制工艺，轧后对应进行高温淬火-低温回火工艺、亚温淬火-高温回火工艺以及退火处理工艺，可获得高强度硬度、耐磨性以及塑性韧性耐腐蚀性。本发明可代替传统激光拼焊技术进而得到板带具备多种性能，可得到兼具低密度和性能分布的fe-mn-al-c系轻质钢板带，以保证在不牺牲装备结构部件强度的前提下尽量实现轻量化与一钢多能。
1.一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，其特征在于，fe-mn-al-c系轻质钢为奥氏体+铁素体双相组织，化学成分：0.60％-1.00％c、10.0％-25.0％mn、5.0％-12.0％al、p<0.003％、s<0.002％、0.40％-0.60％si、0.033％-0.053％nb、余量为fe和杂质，fe-mn-al-c系轻质钢密度为6.65-7.05g/cm3，轧机的水平速度设置为固定值，通过连续动态地上下调节轧辊辊缝，实现变厚度动态错位异步轧制，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，其特征在于：变厚度动态错位异步轧制参数中错位角恒定，上轧辊、下轧辊辊速不相同，变形区域划分为i区、ii区、iii区，计算出轧制力及轧制力矩模型，与现有异径异速动态错位异步轧制模型不同，xn1和xn2分别是上轧辊、下轧辊接触弧中性点，d为上轧辊、下轧辊错位量，l为轧制变形区长度，当中性点xn1在(0，l)，xn2在(d，l+d)范围内，轧制变形区划分为i区、ii区、iii区；轧制力与轧制力矩模型为：
3.根据权利要求1所述的一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，其特征在于：板带i区层流冷却速度大于fe-mn-al-c系轻质钢材料的淬火临界冷却速度，板带i区回火温度保持在200℃-300℃，空冷至室温，板带i区得到组织为回火马氏体和均匀细小的粒状碳化物组织。
4.根据权利要求1所述的一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，其特征在于：板带ii区回火温度保持在500℃-600℃，板带ii区空冷至室温得到回火索氏体组织。
5.根据权利要求1所述的一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，其特征在于：层流冷却装置由上部喷水机构和下部喷水机构组成，通过喷射冷却水对高温板带i、ii区进行冷却，层流冷却处理根据fe-mn-al-c系轻质钢板带i、ii区域，调整冷却喷水机构布置与冷却水流量，提高流量分区控制精度与稳定性，fe-mn-al-c系轻质钢板带i、ii区高温、亚温淬火后精准控制冷却速度分别获得组织转变产物马氏体与铁素体。
6.根据权利要求1所述的一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，其特征在于：板带iii区温度在950℃-1000℃退火处理，退火时间延长至120min以内，高温铁素体组织含量降低至少于52％，奥氏体晶粒粗化与碳化物完全固溶于奥氏体基体中。
7.根据权利要求1所述的一种动态错位异步轧制生产fe-mn-al-c系轻质钢方法，其特征在于：中频感应加热炉的加热方式是结合横向磁场和纵向磁场的感应加热装置，纵向磁场在宽度方向上温度均匀，横向磁场在厚度方向上温度均匀，并且改变感应加热内部的磁导体的排列组合，排列组合方式采用片排列或环排列，获得定制温度场；中频感应加热炉内添加喷管冷却装置，并且喷管冷却装置布置在不加热和避免热传导工况下的板带区域处，避免板带局部感应加热过程影响指定区域温度控制。
