专利名称：一种直接运用热模拟后的试样分析组织和性能的方法
技术领域：
本发明属于钢铁材料领域，具体地说是一种直接运用热模拟后的试样分析组织和 性能的方法。
背景技术：
在钢铁冶金领域中，钢铁产品的质量主要是由其力学性能来体现的，而其性能的 优劣又由显微组织决定的，这些指标不仅与化学成分息息相关，而且与加热、轧制和冷却过 程中的受力状态与温度制度有很大的关系，尤其是轧制过程中的压下量、温度和控冷阶段 等因素是至关重要的，而要研究这些参数和成品之间复杂的关系在现场轧机上进行试验的 话是不可取的，唯有开发出一种比较合适的模拟方法。目前模拟主要包括数值模拟与物理 模拟，数值模拟需要描述所有相关参数的本构方程及其求解，许多科研工作者已经建立了 一些相关的数学模型，但研究对象仅是普碳钢的部分工艺过程。为了模拟更多的微合金技 术钢的轧制及相关工艺过程，运用Gleeble系列热模拟试验机进行物理模拟显得非常方 便，它是利用小尺寸试样在试验装置上再现材料在制备或热加工过程中的受热或同时受热 与受力的物理过程，从而精确地暴露与揭示材料在热加工过程中的组织性能变化规律，为 制定合理的轧制和冷却工艺以及研制新材料提供理论指导和技术依据。在通常情况下，进行单道次和多道次压缩实验的模拟系统试样尺寸只有 8mmX 12mm、IOmmX 12mm或IOmmX 15mm,变形后的试样一般只是进行组织观察，无法进行拉 伸和冲击等相关力学性能试验，目前研究者普遍采用实验室小轧机进行轧制试验，轧后进 行组织和性能测试，如东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的作者蓝慧芳所著 的题为“终冷温度对高强度工程机械用钢性能的影响”一文，将设计好化学成分的试验钢经 真空感应炉冶炼，浇铸成钢锭，再锻成72mmX 72mmX 200mm的钢坯，运用两种不同的控冷工 艺用实验室Φ450πιπι可逆式热轧机经7道次热轧至10mm，轧后进行钢板取样分析显微组织 和进行力学性能测试，分析不同的终冷温度对钢的性能的影响规律。但这种试验由于是人 工操作，各种工艺参数不易控制，特别是温度、时间对变形比较重要的参数根本无法精确实 现，而且无法对加热、变形、冷却过程中的关键数据进行采集。
发明内容
针对上述现状的不足，本发明的目的是提供一种直接运用热模拟后的试样分析 组织和性能的方法，该方法在热模拟试验机上进行模拟不同轧制过程后，直接运用热模拟 的试样进行显微组织的观察和力学性能测试，可以研究系统分析工艺，如开轧温度、终轧温 度、弛豫时间、终冷温度和冷却速度等对组织和性能的影响规律。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种直接运用热模拟后的试样分析组织和性能的方法，其特征在于该方法包括以 下步骤1)将实验钢加工成需要的试样尺寸，用热模拟试验机专用夹具装至试样腔体内；
2)在热模拟试验机上将试样以5 10°C /s的升温速率升到1200 1250°C，使试 样中的微合金元素固溶到奥氏体中，保温5 10分钟后进行两阶段控轧；3)将试样以3 151/8的速率降到1050 11501，以应变速率1 158-1，20% 60%变形量将试样压缩，之后停留1 1000s，然后以3 15°C /s的速率降温到800 950°C，以应变速率1 15^，20% 60%变形量再次将试样压缩，然后经过不同的弛豫时 间1 200s，以1 30°C /s的冷却速度将试样冷却到200 700°C ；4)将上述模拟实验得到的试样加工成符合要求的非标准拉伸试样和符合要求的 非标准冲击试样，在万能力学试验机上进行力学性能测试，得到不同的工艺参数对性能的 影响规律。本发明中，试样尺寸为010mmX85mm，用热模拟试验机专用夹具装至试样腔体内； 步骤4)中，不同的工艺参数包括压下量、轧制温度、变形速率、开冷温度、弛豫时间和冷却 速度等。将得到的不同的工艺参数对性能的影响在现场进行相同的实验，与热模拟的结果 进行比较，得出在热模拟试验机上的结果与现场试验的结果具有相同的规律。本发明在热模拟试验机上进行轧制过程中的压下量、轧制温度、变形速率、开冷温 度、弛豫时间和冷却速度等关键因素进行控制模拟，模拟结束后直接运用热模拟的试样机 械加工进行力学性能试验和显微组织观察，与现场试验的结果具有相同的规律，可以直接 将实验结果应用到生产中，对高强钢、船体用钢、容器用钢和管线钢等一系列高附加值产品 的加热、轧制和冷却工艺进行模拟研究，节省了研发费用，缩短了研发周期。
图1是本发明中热模拟实验的试样示意图。图2为热模拟试验后进行拉伸试验的的非标准试样示意图。图3为热模拟试验后进行冲击试验的的非标准试样示意图。
具体实施例方式实施例1一种本发明所述的直接运用热模拟后的试样分析组织和性能的方法，主要化学成 分为=C 0. 13%,Si :0. 25%, Mn :1· 45%,P :0· 018%,S :0· 002%, Nb :0· 04%, V :0· 050% 的 微合金钢，进行不同终轧温度对性能的研究，按如下步骤进行1)将实验钢加工成如图1所示的形状，试样尺寸为Φ IOmmX85mm，用热模拟试验
机专用夹具装至试样腔体内；2)在热模拟试验机上将试样以5°C /s的升温速率升到1200°C，使各种微合金元素 固溶到奥氏体中，保温5分钟后进行两阶段控轧；3)先以5°C /s的速率降到1050°C，以应变速率Is—1，45%变形量将试样压缩，然后 以5°C /s的速率降温到不同的终轧温度820、840、860、880°C，以应变速率ls—SSO^变形量 再次将试样压缩，最后以5°C /s的冷却速度将试样冷却到500°C ；4)将上述模拟实验得到的试样加工成如图2所示的非标准拉伸试样和图3所示的 非标准冲击试样，在万能力学试验机上进行力学性能测试，其结果如下。
权利要求
一种直接运用热模拟后的试样分析组织和性能的方法，其特征在于该方法包括以下步骤1)将实验钢加工成需要的试样尺寸，用热模拟试验机专用夹具装至试样腔体内；2)在热模拟试验机上将试样以5～10℃/s的升温速率升到1200～1250℃，使试样中的微合金元素固溶到奥氏体中，保温5～10分钟后进行两阶段控轧；3)将试样以3～15℃/s的速率降到1050～1150℃，以应变速率1～15s 1，20％～60％变形量将试样压缩，之后停留1～1000s，然后以3～15℃/s的速率降温到800～950℃，以应变速率1～15s 1，20％～60％变形量再次将试样压缩，然后经过不同的弛豫时间1～200s，以1～30℃/s的冷却速度将试样冷却到200～700℃；4)将上述模拟实验得到的试样加工成拉伸试样和冲击试样，在万能力学试验机上进行力学性能测试，得到不同的工艺参数对性能的影响规律。
2.根据权利要求1所述的一种直接运用热模拟后的试样分析组织和性能的方法，其特 征在于步骤1)中，试样尺寸为Φ IOmmX 85mm。
3.根据权利要求1所述的一种直接运用热模拟后的试样分析组织和性能的方法，其特 征在于步骤4)中，工艺参数包括压下量、轧制温度、变形速率、开冷温度、弛豫时间和冷却 速度。
全文摘要
本发明公开了一种直接运用热模拟后的试样分析组织和性能的方法，该方法是将实验钢在热模拟试验机上升温到1200～1250℃，保温5～10分钟后进行两阶段控轧，先以3～15℃/s的速率降到1050～1150℃，以应变速率1～15s-1，20％～60％变形量将试样压缩，然后以3～15℃/s的速率降温到800～950℃，以应变速率1～15s-1，20％～60％变形量再次将试样压缩，然后以1～30℃/s的冷却速度将试样冷却到200～700℃。本发明得出的结果与现场试验具有相同的规律，可以研究不同的压下量、轧制温度、变形速率、开冷温度、弛豫时间和冷却速度等工艺参数对性能的影响规律。
文档编号G01N3/00GK101984335SQ20101028937
公开日2011年3月9日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者刘朝霞, 楚觉非, 王从道, 王端军, 范益, 赵亚娟, 车马俊, 邱红雷 申请人:南京钢铁股份有限公司