CN112782208B - 一种模拟热轧钢板表面氧化的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟热轧钢板表面氧化的试验方法，主要解决现有技术中热轧钢板在热轧过程中表面的氧化过程无法有效模拟的技术问题；本发明一种模拟热轧钢板表面氧化的试验方法，包括：1)试样准备，截取热轧钢板试样，试样表面粗糙度Ra≤0.2μm；2)配置热模拟试验机设备条件，将试样安装在热模拟试验机工作箱楔形卡槽内；3)对试样进行热处理、压缩变形和拉伸变形；4)将试样空冷至室温，截取距热电偶焊接点5mm之内的试样表面氧化铁皮以备分析。本发明方法可以近似模拟热轧钢板表面的氧化过程，为热轧钢板表面氧化铁皮控制提供了技术支撑，为热轧工艺的科学制定提供了依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁表面氧化过程的物理模拟方法，特别涉及一种模拟热轧钢板表面氧化的试验方法，属金属材料物理模拟领域。
背景技术
由于热轧钢板在热加工过程表面氧化不可避免，控制好钢板表面氧化铁皮可以较好的提升热轧钢板表面质量，同时也极大的降低后续加工成本，提升产品的市场竞争力。但由于热轧钢板的氧化不仅受不同热轧工况的影响，同时还与满足钢板本身性能要求的热轧工艺密切相关，在实际热轧生产中，热轧钢板表面氧化铁皮的控制技术一直以来是国内外钢铁企业普遍面临的技术难题。热轧钢板的氧化先后经历了加热炉一次氧化、精轧工序的二次氧化以及轧后的三次氧化，其中一次氧化铁皮经粗轧除鳞可基本清除，二次氧化铁皮、三次氧化铁皮基本遗留至带钢最终产品表层，对钢板表面的氧化铁皮产生直接影响。
现有的技术研究手段除了现场大生产试制研究外，一般均是采用热处理炉、热模拟装置对钢板试样进行静态控制氧化模拟试验，存在的主要问题在于：由于热轧生产钢板的氧化是在一个连续变形冷却过程中发生的，在实际生产过程钢板表面的氧化铁皮经过变形破碎后实现了大量清除，特别是一次氧化铁皮，现有的热处理炉、热模拟机只能模拟钢板连续冷却过程中的氧化，钢板从高温到低温产生的氧化铁皮一直附着在钢板表层，导致试验钢板生成的氧化铁皮与现场钢板氧化铁皮的结构特征存在较大差异。
申请公布号为CN 108097726 A的中国专利申请文件公开了一种模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法，该方法仅提供了一种热轧钢板轧后冷却工艺的控制方法，对轧前的变形冷却过程未提供有效的模拟方法，因此无法对热轧钢板全生产过程钢板表面的氧化铁皮进行模拟。通过试验手段全过程模拟热轧钢板表面氧化过程的试验方法国内外未见相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟热轧钢板表面氧化的试验方法，主要解决现有技术中热轧钢板在热轧过程中表面的氧化过程无法有效模拟的技术问题；本发明方法可以近似模拟热轧钢板表面的氧化过程，从而可以获得相应热轧工艺下热轧钢板表面氧化铁皮，为研究热轧钢板表面氧化铁皮产生机理提供了试验方法，最终实现热轧钢板表面氧化铁皮有效控制的目的，为热轧工艺的科学制定提供了依据。
本发明技术思路是，利用Gleeble热模拟试验机对高温氧化的钢板试样实施压缩和拉伸变形来破坏钢板试样表面的高温氧化铁皮，并配合高压气吹扫，实现了动态模拟热轧工艺高温除鳞工艺，同时配合热模拟试验机精确的控温功能，达到近似热轧工艺条件下钢板表面氧化铁皮的模拟。
本发明采用的技术方案是，一种模拟热轧钢板表面氧化的试验方法，该方法包括以下步骤：
1)试样准备，截取热轧钢板试样，试样长度为180-240mm，宽度为50mm，厚度为1-2mm，试样表面粗糙度Ra≤0.2μm；用酒精将试样表面清洗干净后自然风干，将测温热电偶丝焊接在试样中心位置后备用；
2)配置热模拟试验机设备条件，将热模拟试验机配套喷气系统接入工作箱内，将试样安装在热模拟试验机工作箱楔形卡槽内；
3)对试样进行热处理、压缩变形和拉伸变形，利用QuikSim软件编制试验控制程序，按照预定工艺要求设定升温、保温及冷却工艺参数，试验全过程采用热电偶控温模式，分三段进行控制试验，第一段为精轧前，首先将试样快速加热至加热炉出口温度保温5-10分钟，接着模拟加热炉出口至粗轧出口的冷却速度将试样冷却至粗轧出口温度，接着依次对试样进行压缩变形和拉伸变形处理，压缩变形和拉伸变形的变形量均为20-40％，同时开启高压喷气系统对试样表面进行高速吹扫5-10秒；第二段为精轧阶段，模拟精轧阶段的冷却速度，将试样控制冷却至精轧结束温度；第三段为精轧后冷却阶段，模拟精轧后冷却工艺，将试样冷却至设定的卷取温度，随后将试样缓冷至500℃，控制冷却速度≤2℃/s；
4)将试样空冷至室温，截取距热电偶焊接点5mm之内的试样表面氧化铁皮以备分析。
进一步，配置热模拟试验机设备条件，包括，将热模拟试验机工作箱内真空度抽至低于1.0×10-2MPa后关闭真空泵，然后向工作箱内充入惰性气体，当工作箱真空度达到5MPa-10MPa时停止充入惰性气体。
本发明方法基于如下技术原理，钢在大于570℃高温条件下，铁和氧两种元素相互扩散发生化学反应而在钢表面生成氧化铁皮。钢铁表面的氧化铁皮一般由三层组成，内层是疏松而多孔的FeO组织，外层是结晶构成的Fe2O3，中间层是致密Fe3O4，现有研究成果表明FeO、Fe3O4、Fe2O3的分别具有不同的破坏应力。本发明方法通过对高温板带样实施拉、压变形的方法使板带试样表面产生内应力，当内应力大于氧化铁皮破坏应力时，板带样表面的氧化铁皮会破碎而脱落，可以达到消除一次氧化铁皮、或部分二次氧化铁皮对后续工序板带氧化过程的影响，同时配合热轧全过程的温度制度的精确模拟，实现了试验模拟热轧钢板表面氧化的目的。
本发明方法可以有效的模拟获得不同热轧工艺制度下钢板表面的氧化铁皮，通过分析热轧工艺与氧化铁皮的对应关系，为热轧钢板表面氧化铁皮的控制技术提供理论依据。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：本发明方法采用高温变形和控制冷却相结合的方法动态模拟了热轧钢板表面的氧化过程，对比现有的静态氧化模拟的方法，氧化铁皮的仿真度得到了极大的提高，为热轧钢板表面氧化铁皮控制提供了技术支撑，为热轧工艺的科学制定提供了依据。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明试验工艺路线示意图
附图2为本发明的试样安装示意图
图中标记说明：1-试样卡具，2-热模拟试验机配套喷气系统喷头，3-试样固定背板，4-试样，T1-加热炉出口温度，T2-粗轧出口温度，T3-精轧结束温度，T4-卷取温度。
具体实施方式
参照图2，实施例中，本发明方法选用一对平面楔形热模拟试验机配套卡具1，同时将热模拟试验机喷气系统喷头2接入热模拟试验机工作箱内固定，将热电偶丝焊接在尺寸为200mm×50mm×1mm、表面粗糙度Ra≤0.2μm钢板试样4任一面中心点上，配合固定背板3将试样4紧固在热模拟试验机工作箱内的楔型卡槽内，调整热模拟试验机喷气系统喷头2方向，确保热模拟试验机喷气系统喷头2喷气孔对准试样中部。
实施例1：参照图1、2，模拟获得加热炉出口温度T1＝1200℃、粗轧出口温度T2＝980℃、终轧温度T3＝880℃、卷取温度T4＝620℃等热轧主要工艺条件下钢板表面的氧化铁皮。
一种模拟热轧钢板表面氧化的试验方法，该方法包括以下步骤：
1)试样准备，用酒精将试样表面清洗干净后自然风干，将测温热电偶丝焊接在试样中心位置后备用；
2)配置热模拟试验机设备条件，将热模拟试验机配套喷气系统接入工作箱内，将试样安装在热模拟试验机工作箱楔形卡槽内，将热模拟试验机工作箱内真空度抽至低于1.0×10-2MPa后关闭真空泵，然后向工作箱内充入惰性气体，当工作箱真空度达到5MPa-10MPa时停止充气；
3)对试样进行热处理、压缩变形和拉伸变形，利用QuikSim软件编制试验控制程序，按照预定工艺要求设定升温、保温及冷却工艺参数，试验全过程采用热电偶控温模式，分三段进行控制试验，第一段为精轧前，首先将试样快速加热至加热炉出口温度1200℃保温5分钟，接着模拟加热炉出口至粗轧出口的冷却速度将试样冷却至粗轧出口温度980℃，随后先对试样实施30％的压缩变形，接着对试样实施30％的拉伸变形，同时开启高压喷气系统对试样表面进行高速吹扫10秒钟后停止；第二段为精轧阶段，模拟精轧段的冷却速度，将试样控制冷却至终轧温度880℃；第三段为精轧后冷却阶段，模拟精轧后冷却工艺，将试样冷却至卷取温度620℃，随后以1℃/s的冷却速度将试样缓冷至500℃后终止；
4)将试样空冷至室温，截取距热电偶焊接点5mm之内的试样表面氧化铁皮以备分析。
实施例2：参照图1、2，模拟获得加热炉出口温度T1＝1200℃、粗轧出口温度T2＝1000℃、终轧温度T3＝870℃、卷取温度T4＝600℃等热轧主要工艺条件下钢板表面的氧化铁皮。
一种模拟热轧钢板表面氧化的试验方法，该方法包括以下步骤：
1)同实施例1步骤1)；
2)同实施例1步骤2)；
3)对试样进行热处理、压缩变形和拉伸变形，利用QuikSim软件编制试验控制程序，按照预定工艺要求设定升温、保温及冷却工艺参数，试验全过程采用热电偶控温模式，分三段进行控制试验，第一段为精轧前，首先将试样快速加热至加热炉出口温度1200℃保温5分钟，接着模拟加热炉出口至粗轧出口的冷却速度将试样冷却至粗轧出口温度1000℃，随后先对试样实施30％的压缩变形，接着对试样实施30％的拉伸变形，同时开启高压喷气系统对试样表面进行高速吹扫10秒钟后停止；第二段为精轧阶段，模拟精轧段的冷却速度，将试样控制冷却至终轧温度870℃；第三段为精轧后冷却阶段，模拟精轧后冷却工艺，将试样冷却至卷取温度600℃，随后以1℃/s的冷却速度将试样缓冷至500℃后终止；
4)同实施例1步骤4)。
实施例3：参照图1、2，模拟获得加热炉出口温度T1＝1200℃、粗轧出口温度T2＝1020℃、终轧温度T3＝860℃、卷取温度T4＝650℃等热轧主要工艺条件下钢板表面的氧化铁皮。
一种模拟热轧钢板表面氧化的试验方法，该方法包括以下步骤：
1)同实施例1步骤1)；
2)同实施例1步骤2)；
3)对试样进行热处理、压缩变形和拉伸变形，利用QuikSim软件编制试验控制程序，按照预定工艺要求设定升温、保温及冷却工艺参数，试验全过程采用热电偶控温模式，分三段进行控制试验，第一段为精轧前，首先将试样快速加热至加热炉出口温度1200℃保温5分钟，接着模拟加热炉出口至粗轧出口的冷却速度将试样冷却至粗轧出口温度1020℃，随后先对试样实施30％的压缩变形，接着对试样实施30％的拉伸变形，同时开启高压喷气系统对试样表面进行高速吹扫10秒钟后停止；第二段为精轧阶段，模拟精轧段的冷却速度，将试样控制冷却至终轧温度860℃；第三段为精轧后冷却阶段，模拟精轧后冷却工艺，将试样冷却至卷取温度650℃，随后以1℃/s的冷却速度将试样缓冷至500℃后终止；
4)同实施例1步骤4)。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种模拟热轧钢板表面氧化的试验方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
1)试样准备，截取热轧钢板试样，试样长度为180-240mm，宽度为50mm，厚度为1-2mm，试样表面粗糙度Ra≤0.2μm；用酒精将试样表面清洗干净后自然风干，将测温热电偶丝焊接在试样中心位置后备用；
2)配置热模拟试验机设备条件，将热模拟试验机配套喷气系统接入工作箱内，将试样安装在热模拟试验机工作箱楔形卡槽内；
3)对试样进行热处理、压缩变形和拉伸变形，利用QuikSim软件编制试验控制程序，按照预定工艺要求设定升温、保温及冷却工艺参数，试验全过程采用热电偶控温模式，分三段进行控制试验，第一段为精轧前，首先将试样快速加热至加热炉出口温度保温5-10分钟，接着模拟加热炉出口至粗轧出口的冷却速度将试样冷却至粗轧出口温度，接着依次对试样进行压缩变形和拉伸变形处理，压缩变形和拉伸变形的变形量均为20-40％，同时开启高压喷气系统对试样表面进行高速吹扫5-10秒；第二段为精轧阶段，模拟精轧阶段的冷却速度，将试样控制冷却至精轧结束温度；第三段为精轧后冷却阶段，模拟精轧后冷却工艺，将试样冷却至设定的卷取温度，随后将试样缓冷至500℃，控制冷却速度≤2℃/s；
4)将试样空冷至室温，截取距热电偶焊接点5mm之内的试样表面氧化铁皮以备分析。
2.如权利要求1所述的模拟热轧钢板表面氧化的试验方法，其特征是，配置热模拟试验机设备条件，包括，将热模拟试验机工作箱内真空度抽至低于1.0×10-2MPa后关闭真空泵，然后向工作箱内充入惰性气体，当工作箱真空度达到5MPa-10MPa时停止充入惰性气体。
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