一种获得中心疏松压合临界条件的测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种获得中心疏松压合临界条件的测试方法，利用Gleeble3800热模拟试验机进行铸坯中心疏松不同工艺下的压合试验，并用扫描电镜观察断口样上的自由表面的方式来判断压合情况，以加热温度为横坐标，变形量为纵坐标，绘制成加热温度、变形量与变形速率对中心疏松压合的关系图，即得中心疏松压合的临界条件。本发明由于采用的测试方法为物理模拟技术，试验成本低且结果更为可靠。本发明还可用于裂纹等内部缺陷压合临界条件的测试。
【专利说明】一种获得中心疏松压合临界条件的测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢铁材料测试领域，更具体地说是一种综合利用热模拟试验机和扫描电镜获得钢铁板坯中心疏松压合临界条件的测试方法。
【背景技术】
[0002]在厚板生产过程中，由于铸坯厚度或者轧机能力等限制，成品板材容易出现力学性能不稳定的现象，有的甚至出现探伤不合，其主要原因为压缩比太小，中心疏松等缺陷无法压合所致。采用电磁搅拌等连铸技术，虽然能一定程度上减轻中心疏松等铸坯内部缺陷，但始终无法彻底消除。在实际生产过程中，还需要通过合理控制轧制工艺参数来进行压合。由于涉及的参数较多，现场试验成本较高，因此，这方面的研究主要采用数值模拟和物理模拟两种。“45#钢内裂愈合区与高温压合区金相组织分析[J].钢铁.2002.10 (37): 524-528” 一文中，张永军等人通过Gleeblel500热模拟试验机实现了预制裂纹的高温压合实验。但此文侧重于分析愈合区和压合区的组织区别，并未对工艺参数的影响进行研究。东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的赵德文等通过基于三角形速度场的数值计算，得出了厚板轧制中心缺陷开裂的临界动态几何条件。邓伟、张林等又在此基础上利用ANSYS有限元模拟软件计算出了压合400mm厚铸坯中心缺陷的临界压下率。由于数值模拟本身在模型建立和边界条件设定等方面都作了很多假设，因此，与实际情况还是存在较大差异的。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种获得中心疏松压合临界条件的测试方法，该方法利用热模拟试验加电镜分析的方式，获得中心疏松压合的临界条件，为现场轧制工艺参数的制定提供理论依据。
[0004]本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种获得中心疏松压合临界条件的测试方法，其特征在于该方法按以下步骤进行:
①在坯料厚度中心位置取样，加工成Φ10Χ15_的标准试样，试样轴向为坯料厚度方向；
②试样安装前，试样两端涂抹高温润滑剂并分别垫上钽片；
③实验前，将样品仓真空度抽至4.0X 10_8torr以下；
④将试样加热到实验温度，保温30s，然后以一定的变形速率和变形量进行单道次压合试验，变形后断电随机冷却；
⑤实验完后，将鼓形试样上下两面各锯出一个槽口，然后放入液氮中，Imin后取出，敲断制成断口样；
⑥利用扫描电镜对断口进行分析，通过有无自由表面来判断中心疏松压合情况；如果中心疏松没被压合，在断裂过程时，被压扁的中心疏松受拉应力扩展，容易识别；自由表面是中心疏松的主要特征，如果断口上有自由表面，则认为中心疏松未被完全压合，无则反之。
[0005]⑦以加热温度为横坐标，变形量为纵坐标，绘制成加热温度、变形量与变形速率对中心疏松压合的关系图，即得中心疏松压合的临界条件。
[0006]本发明，在热模拟试验机上进行单道次压合试验，热模拟试验机的型号为Gleeble3800。
[0007]本发明的主要依据和理由是:
1、中心疏松主要集中在坯料厚度中心区域，因此取样必须取中心位置才具代表性。Φ 1X 15mm是Gleeble3800热模拟试验机压缩试验的标准试样。试样轴向为板还厚度方向，主要是为了使压合试验更接近于现场的轧制变形情况。
[0008]2、试样两端须涂抹高温润滑剂并分别垫上钽片是为了压合试验时试样变形更均匀。
[0009]3、抽真空是为了防止试样中心疏松在加热过程中发生氧化。
[0010]4、保温30s是为了试样温度场更均匀。Gleeble3800热模拟试验机可方便设定变形速率、变形量和加热温度三个工艺参数。
[0011]5、锯槽口和放液氮都是为了使试样在敲击时更容易断裂，以获得新鲜断口，便于后续的电镜观察。
[0012]6、断口观察目前最好的方法就是利用扫描电镜，如果中心疏松没被压合，在断裂过程时，被压扁的中心疏松易受拉应力扩展，容易识别。之所以不选用金相的方法观察，是因为金相显微镜放大倍数有限，很难识别压扁后未压合的中心疏松。自由表面是中心疏松的主要特征。如果断口上有自由表面，则可认为中心疏松未被完全压合，无则反之。
[0013]7、通过绘制成加热温度、变形量和变形速率对中心疏松压合的关系图，观察临界条件来更为直观。
[0014]本发明通过板坯中心取样，利用Gleeble3800热模拟试验机进行不同工艺参数的高温压合实验，并对试样进行解剖及扫描电镜分析，从而确定中心疏松压合的临界条件，为现场轧制工艺参数的制定提供理论依据。
[0015]本发明具有如下优点:
1、本发明由于采用的测试方法为模拟技术，试验所需样品量很少，试验过程完全可在实验室中进行。相比现场轧制试验，试验成本要低得多。
[0016]2、本发明由于采用的测试方法是物理模拟技术，试验成本低且结果更为可靠。一方面，实物取样基本保留了中心疏松的原有形貌，另一方面，试验参数的设置基本按照实际生产工艺设定，不需要做任何假设，因此，实验结果更为可靠。
[0017]本发明还可用于裂纹等内部缺陷压合临界条件的测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为实施例获得的中心疏松压合的加热温度、变形量和变形速率临界条件曲线图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合具体实施例对本发明涉及的一种获得中心疏松压合临界条件的测试方法进行详细说明。
[0020]试验钢种为E36N，铸坯厚度为260mm，中心疏松等级为1.0级。热模拟试验在gleeble3800热模拟试验机上进行，断口观察在JSM6490扫描电镜上进行。具体操作如下:
1、用火焰切割机在坯料厚度中心位置取样，按要求加工成Φ 1X 15mm的标准试样50个以上，试样轴向为还料厚度方向。
[0021 ] 2、将试样焊接上K型热电偶，用于控制加热温度和采集温度数据。焊好后，试样两端均匀涂抹高温润滑剂并分别垫上钽片，并安装到样品仓中。
[0022]3、试样安装好后，关上仓门，利用两级真空系统开始抽真空，当真空度低于
4.0X l(T8torr后，开始试验。
[0023]4、实验工艺通过热模拟试验机自带的TAB编程软件进行设定。加热温度分别设定为 1000°C、1050°C、1100°C和 1150°c，变形量分别为 10%，20%，30%，40%、50%和 60%，变形速率为Is—1和1iT1 ;加热速率为10°C /s ;保温时间为30s。实验工艺执行完后，停止加热，试样随设备冷却。
[0024]5、当试样冷却至是室温后，取下试样，放入虎钳夹紧固定，用弓锯将鼓形试样上下两面各锯出一个槽口，然后放入液氮中，Imin后取出，敲断制成断口样。
[0025]6、利用扫描电镜对断口进行分析，通过有无自由表面来判断中心疏松压合情况。
[0026]7、根据压合情况数据，获得如图1所示的临界条件。
[0027]从图中，不但可以看出加热温度、变形量和变形速率对铸坯中心疏松的压合的影响规律，也可获得一定变形速率条件下中心疏松压合的临界温度和临界变形量条件，说明此种测试方法是可行的。
【权利要求】
1.一种获得中心疏松压合临界条件的测试方法，其特征在于该方法按以下步骤进行: ①在坯料厚度中心位置取样，加工成Φ10Χ15_的标准试样，试样轴向为坯料厚度方向； ②试样安装前，试样两端涂抹高温润滑剂并分别垫上钽片； ③实验前，将样品仓真空度抽至4.0X 10_8torr以下； ④将试样加热到实验温度，保温，然后以一定的变形速率和变形量进行单道次压合试验，变形后断电随机冷却； ⑤实验完后，将鼓形试样上下两面各锯出一个槽口，然后放入液氮中，Imin后取出，敲断制成断口样； ⑥利用扫描电镜对断口进行分析，通过有无自由表面来判断中心疏松压合情况； ⑦以加热温度为横坐标，变形量为纵坐标，绘制成加热温度、变形量与变形速率对中心疏松压合的关系图，即得中心疏松压合的临界条件。
2.根据权利要求1所述的获得中心疏松压合临界条件的测试方法，其特征在于:步骤④中，在热模拟试验机上进行单道次压合试验，热模拟试验机的型号为Gleeble3800。
3.根据权利要求1所述的获得中心疏松压合临界条件的测试方法，其特征在于:步骤④中，保温时间为30s。
4.根据权利要求1所述的获得中心疏松压合临界条件的测试方法，其特征在于:步骤⑥中，如果中心疏松没被压合，在断裂过程时，被压扁的中心疏松受拉应力扩展，容易识别；自由表面是中心疏松的主要特征，如果断口上有自由表面，则认为中心疏松未被完全压合，无则反之。
【文档编号】G01N1/28GK104237480SQ201410430971
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】范益, 郭志春, 钦祥斗 申请人:南京钢铁股份有限公司