CN108760524A - 一种降低含p热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法 - Google Patents

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白云
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Abstract

本发明涉及一种降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，以含P钢和不含P钢或低P含量钢的试验分别作为测试组试样和对比组试样，包括变形温度对热塑性的影响试验，考察变形温度对热塑性的影响；预应变对热塑性的影响对比，分析预应变对晶界P元素偏聚浓度的影响；不同应变方式对热塑性的影响：在低塑性温度下保温，保温过程中施加不同的应变方式，检测试样的断面收缩率。本发明通过模拟含P热轧板在卷取过程中的变形温度，应变方式等参数，得到热塑性的变化，从而为含P热轧钢在具体热轧时的工艺参数设置提供指导，有助于优化含P热轧板在批量生产时工艺参数，提高生产质量。

Description

一种降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法
技术领域
本发明属于热模拟试验，具体涉及对含P热轧板在卷曲过程中裂纹倾向的模拟试验方法，用于指导实际工艺的参数设定。
背景技术
磷P在钢中主要固溶于α相中，是最有效的固溶强化元素，对提高钢的耐磨性和抗腐蚀能力都有明显的作用。但磷又极易偏聚于晶界，在大多数钢中被认为是有害元素，主要因为钢中磷的偏聚不仅增加晶界脆性，对力学性能不利，而且会引起热轧板表面质量的下降。
因此对含P钢进行模拟试验，考察温度、预应力等工艺参数对含P热轧板塑性、强度的影响，为含P钢在热轧时避免裂纹产生的工艺设计提供参考。
发明内容
Gleeble高温热塑性试验是将钢加热到变形温度后保温一段时间拉断，测量断面收缩率与变形温度的关系。本申请设计不仅将拉断前的保温时间增设为10min以保证磷向晶界扩散的时间，而且在保温过程中施加各种预应变方式以进一步提高材料中的空位浓度以及指导热轧板在卷取过程中如何受力。通过EPMA仪器来测试两组试验条件(不同影响因素)对晶界磷元素偏聚浓度的影响可以很好的解释造成断面收缩率明显下降的原因，从而指导现场的热轧工艺的制定和调整。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种降低含P热轧板裂纹倾向的模拟试验方法，以含P钢和不含P钢或低P含量钢的试验分别作为测试组试样和对比组试样，包括
(1)变形温度对热塑性的影响试验
加热试样，在不同变形温度条件下保温或在保温过程中同时施加预应变，保温结束后高温拉断，检测试样断面收缩率；
(2)预应变对热塑性的影响对比
选取测试组试样，分别在低塑性温度保温和施加预应变条件下保温，试样不再进行高温拉断，卸载后检测两组工艺对晶界P元素偏聚浓度的影响；
(3)不同应变方式对热塑性的影响
选取测试组试样，在低塑性温度下保温，保温过程中施加不同的应变方式，检测试样的断面收缩率。
优选地，试样是在连铸坯窄面1/4处取样、并避开距离表面20mm和距离中心50mm处，沿拉坯方向取样。试样为φ10mm×120mm，两端各M10mm×10mm螺纹的试样。本申请是直接在Gleeble-3800真空腔内完成的，将试样加工成便于拉伸、加热热循环的棒状。
具体地，步骤(1)中，测试组试样和对比组试样同时加热到1300±100℃保温t1min后冷却至变形温度500～900℃保温t2min，并在测试组选择试样在保温t2min过程中额外施加1％预应变，然后以10-3s-1的应变速率拉断，分析试样的断面收缩率及其与变形温度的关系，获得低塑性温度范围。
上述t1为3min，t2为10min。
本试验方法进行Gleeble高温热塑性模拟试验时，试样拉断前保温10min可以保证磷有足够的时间向晶界扩散，而保温过程中同时施加1％预应变可提高材料中的空位浓度。
具体地，步骤(2)中，根据步骤(1)的试验结果，选择低塑性温度点T1作为试验参数，选择两组测试组试样，一组在T1温度保温t2min，一组在T1温度保温t2min同时施加1％预应变，保温后不再进行高温拉断，而是卸载后采用电子探针检测两组试样晶界P元素偏聚浓度，考察预应力对P元素在晶界偏聚的影响。
上述T1为550℃，t2为10min。
在考察P元素的偏聚情况时，如果将拉伸断口直接分析，由于试样断口在高温下极易氧化，难以准确标定断口处磷元素偏聚浓度，因此对含磷钢保温10min和1％预应变保温10min的2组试样加热后不再拉断，并利用EMPA(电子探针)精确测量两组工艺对晶界磷元素偏聚浓度的影响。
具体地，步骤(3)中，根据步骤(1)的试验结果，选择低塑性温度点T1作为试验参数，选择测试组试样，保温过程中同时施加不同的预应变和不同的预应变施加时机，以匹配复杂的卷轧工艺。
根据步骤(1)的试验结果，选择低塑性温度点T1作为试验参数，选择多组测试组试样保温t2min同时施加不同的预应变，包括施加0.5％拉伸预应变、施加0.5％压缩预应变、保温前t3min施加1％拉伸预应变保温后t4min转为0.5％压缩预应变，或拉伸预应变和压缩预应变不同施加时机的组合。
上述t3≤t2，t4≤t2，t3+t4≤t2。进一步地可设计T1为550℃，t2为10min，t3＝t4＝5min。
热轧板在卷取阶段，卷取过程中钢板受力形式复杂，其中上表面承受拉应力，下表面为压应力，不同的应变方式来对含P钢热塑性的影响结果可以指导在卷取中降低承受相应的应力。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过模拟含P热轧板在卷取过程中的变形温度，应变方式等参数，得到热塑性的变化，从而为含P热轧钢在具体热轧时的工艺参数设置提供指导，可避免在恶化塑性的温度范围以及应变方式下卷取，造成钢板产生裂纹的倾向，提高了生产成品料，提高生产质量。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例中的选择含P钢作为测试组和不含P钢(或低含P钢事实上，没有绝对不含P钢，只是P的成分被有效降低而区别于含P钢)对比组试样，试样在连铸坯窄面1/4处取样、并避开距离表面20mm和距离中心50mm处，沿拉坯方向取样，加工成φ10mm×120mm，两端各M10mm×10mm螺纹的试样，
对于新开发的含P钢和不含P对比试验钢主要化学成分如下：
表1两组钢的主要化学成分(质量分数％)
首先，将含P钢分成测试组和比对组，两组试样均加热到1300℃保温10min后冷至待测温度500～900℃，将试样分为两组，一组试样在待测温度保温10min后以10-3s-1的应变速率拉断，另一组试样同样在待测温度保温10min，不同之处在于保温全程施加1％的拉伸预应变，保温结束卸载后再以10-3s-1的应变速率拉断；最后比较两组试样断面收缩率与温度的关系。
表2 1％预应变对不同温度热塑性(断面收缩率来表征)的影响
其中：1#是含P钢无预应变，2#是含P钢1％预应变，3#不含P钢无预应变，4#是不含P钢1％预应变。
从拉伸的结果来看，含P钢在500℃～650℃存在一个明显的热塑性低谷区，且保温过程中施加1％拉伸预应变卸载后重新拉断的试样，断面收缩率降低到32.1％，远低于未施加预应变试样的49.3％。说明P含量和预应变的存在的确对热轧板的塑性产生了一定程度的恶化。
考虑到如果将拉伸断口直接分析，由于试样断口在高温下极易氧化，难以准确标定断口处磷元素偏聚浓度，因此对含磷钢在550℃保温10min和1％预应变保温10min的2组试样加热后不再拉断，而是卸载后采用EMPA(电子探针)精确测量两组工艺对晶界磷元素偏聚浓度的影响。定量分析结果显示，未经过预应变的试样P浓度为2.1％，这表明该试样在550℃保温10min后已经出现了P的晶界偏聚；而1％预应变试样P浓度为4.5％，表明预应变一定程度上加剧了P元素在晶界的偏聚，这是造成550℃断面收缩率较低的主要原因。
由于热轧板在进入卷取阶段时，卷取过程中钢板受力形式复杂，其中上表面承受拉应力，下表面承受压应力，因此，测试不同的应变方式在550℃变形温度保温下对其断面收缩率的影响。测试的结果如下：(1)保温10min同时施加0.5％拉伸预应变，断面收缩率为37.3％，优于施加1％拉伸预应变的断面收缩率32.1％；(2)保温过程中不进行拉伸而改为施加0.5％压缩预应变后再拉断，断面收缩率为47.5％，略低于未预应变试样的49.3％；(3)保温前5min施加1％拉伸预应变，后5min转为0.5％压缩预应变，断面收缩率为51％。综上来看，不施加预应变试样断面收缩率(49.3％)明显高于0.5％拉伸预应变断面收缩率(37.3)，也优于施加1％拉伸预应变的断面收缩率(32.1)，这表明拉应力对P元素的晶界偏聚起加速作用。而保温前5min施加1％拉伸预应变，后5min转为0.5％压缩预应变试样断面收缩率为51％，优于单纯进行拉伸的试样，说明压应力对P元素偏聚造成的钢板脆性较小，甚至可一定程度降低拉应力形成的空位浓度。
综上所述，本试验含P热轧板生产过程中设定卷取温度应避免550℃塑性低谷，特别是需要尽可能降低卷取过程中板坯承受的拉应力。
根据试验得到含P热轧板在不同温度下的塑性以及不同应变方式对其塑性的影响，调整生产中卷取工艺，裂纹发生率明显降低，成品率显著提高。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：以含P钢和不含P钢或低P含量钢的试验分别作为测试组试样和对比组试样，包括
(1)变形温度对热塑性的影响试验
加热试样，在不同变形温度条件下保温或在保温过程中同时施加预应变，保温结束后高温拉断，检测试样断面收缩率；
(2)预应变对热塑性的影响对比
选取测试组试样，分别在低塑性温度保温和施加预应变条件下保温，试样不再进行高温拉断，卸载后检测两组工艺对晶界P元素偏聚浓度的影响；
(3)不同应变方式对热塑性的影响
选取测试组试样，在低塑性温度下保温，保温过程中施加不同的应变方式，检测试样的断面收缩率。
2.根据权利要求1所述的降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：试样是在连铸坯窄面1/4处取样、并避开距离表面20mm和距离中心50mm处，沿拉坯方向取样。
3.根据权利要求1或2所述的降低含P热轧卷曲中板裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：试样为φ10mm×120mm，两端各M10mm×10mm螺纹的试样。
4.根据权利要求1所述的降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：步骤(1)中，测试组试样和对比组试样同时加热到1300±100℃保温t1min后冷却至变形温度500～900℃保温t2min，并在测试组选择试样在保温t2min过程中额外施加1％预应变，然后以10-3s-1的应变速率拉断，分析试样的断面收缩率及其与变形温度的关系，获得低塑性温度范围。
5.根据权利要求4所述的降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：所述t1为3min，t2为10min。
6.根据权利要求1所述的降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：步骤(2)中，根据步骤(1)的试验结果，选择低塑性温度点T1作为试验参数，选择两组测试组试样，一组在T1温度保温t2min，一组在T1温度保温t2min同时施加1％预应变，保温后不再进行高温拉断，而是卸载后采用电子探针检测两组试样晶界P元素偏聚浓度，考察预应力对P元素在晶界偏聚的影响。
7.根据权利要求6所述的降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：所述T1为550℃，t2为10min。
8.根据权利要求1所述的降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：步骤(3)中，根据步骤(1)的试验结果，选择低塑性温度点T1作为试验参数，选择测试组试样，保温过程中同时施加不同的预应变和不同的预应变施加时机，以匹配复杂的卷轧工艺。
9.根据权利要求8所述的降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：根据步骤(1)的试验结果，选择低塑性温度点T1作为试验参数，选择多组测试组试样保温t2min同时施加不同的预应变，包括施加0.5％拉伸预应变、施加0.5％压缩预应变、保温前t3min施加1％拉伸预应变保温后t4min转为0.5％压缩预应变，或拉伸预应变和压缩预应变不同施加时机的组合。
10.根据权利要求9所述的降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：t3≤t2，t4≤t2，t3+t4≤t2。
11.根据权利要求9所述的降低含P热轧板卷曲中裂纹倾向的模拟试验方法，其特征在于：所述T1为550℃，t2为10min，t3＝t4＝5min。
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