一种钢材氧化铁皮高温热变形行为的控制方法技术

本发明专利技术的一种钢材氧化铁皮高温热变形行为的控制方法，在采用热模拟实验机进行圆柱体单向压缩实验基础上，通过更改试样形状来模拟生产现场热轧过程中的氧化铁皮变形行为，属于轧钢技术领域。方法为：将热轧钢材加工成圆柱型试样，在圆柱型试样两端各切割出一个U型槽，并将槽底打磨光滑。实验过程中将加工好的试样放在热模拟两个压头中间，将试样加热到所需温度，保温一定时间，让氧化铁皮在试样的槽中生长，然后再以不同的变形量压缩试样。本发明专利技术由于对试样的形状进行了改进可以为氧化铁皮生长提供空间，能够模拟热轧过程中氧化铁皮的变形行为，并且可以对加热温度和变形量对氧化铁皮塑性的影响进行研究。

A Control Method for Hot Deformation Behavior of Iron Oxide Scale of Steel at High Temperature

The control method of high temperature hot deformation behavior of iron oxide scale of steel according to the present invention belongs to the field of rolling technology, on the basis of unidirectional compression experiment of cylinder by using thermal simulation experimental machine, the deformation behavior of iron oxide scale during hot rolling in production site is simulated by changing the shape of sample. The method is as follows: Hot rolled steel is processed into cylindrical specimens, a U-shaped groove is cut at each end of the cylindrical specimens, and the bottom of the groove is polished smoothly. During the experiment, the processed samples were placed between two hot-simulated indenters. The samples were heated to the required temperature for a certain period of time, so that the scale of iron oxide grew in the trough of the samples, and then the samples were compressed with different deformations. The invention can provide space for the growth of iron oxide scale by improving the shape of sample, simulate the deformation behavior of iron oxide scale during hot rolling, and study the influence of heating temperature and deformation amount on the plasticity of iron oxide scale.

【技术实现步骤摘要】
一种钢材氧化铁皮高温热变形行为的控制方法
：本专利技术属于冶金
，具体涉及一种钢材氧化铁皮高温热变形行为的控制方法。
技术介绍
：钢铁材料的热轧温度范围是800-1250℃，由于钢铁材料生产还不能在全真空条件下进行，生产现场充满了氧化性气氛，所以热轧温度范围内钢铁材料的表面氧化铁皮生长速率特别快，所以无论是型材，棒材还是板材在它们热轧成型的过程中表面都会被氧化铁皮所覆盖。虽然在轧制过程中有高压水将热轧钢材表面氧化铁皮除去，然而由于除鳞之后钢板的温度依旧很高所以钢材表面极易生成新的氧化铁皮。在轧制过程中氧化铁皮和基体之间存在的性能差异，轧制工艺不合理就会造成氧化铁皮破裂破坏了钢材的表面质量。提高钢板的表面质量目前亟待解决的研究热点，通过对现有的研究进行总结，可以发现氧化铁皮的厚度和结构控制成为了解决该问题的关键。根据热轧现场生产设备和生产工艺，将氧化铁皮的生长过程分为以下三个阶段。一是在加热炉中生长的氧化铁皮被称为一次氧化铁皮，这一阶段的氧化铁皮厚度可以达到几毫米；二是在粗轧阶段生成的氧化铁皮被称为二次氧化铁皮，这一阶段的氧化铁皮厚度可以达到几百微米；三是在终轧和冷却过程生成的氧化铁皮被称为三次氧化铁皮，这一阶段的氧化铁皮厚度在100微米以下。根据目前的研究结果可以确定钢铁材料的表面氧化铁皮呈现分层结构且主要分为三层，这三层分别是靠近基体氧化层为FeO，中间层为Fe3O4和最外侧的氧化层为Fe2O3。分层结构的出现主要是由于铁离子和氧离子在高温状态时的相互扩散导致的。一直以来各国学者普遍认同的是热轧碳钢的氧化铁皮是由90-94％FeO，5-8％Fe3O4和低于2％Fe2O3组成的，通过对三种氧化物含量的对比可以发现铁离子在FeO中的扩散速度比在Fe3O4中的扩散速度快，而氧离子在Fe2O3层中的扩散速度非常的缓慢，这就使得氧化铁皮的各层结构拥有不同的微观形貌和性能。在高温状态时，这三层氧化铁皮结构的塑性优劣情况是FeO＞Fe3O4＞Fe2O3。
技术实现思路
：本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种钢材氧化铁皮高温热变形行为的控制方法，借助热模拟实验机模拟现场热轧生产过程，通过控制加热温度，保温时间和变形量三个参数进行单道次压缩实验，确定适合热轧生产的钢基体和氧化铁皮耦合变形制度，提高热轧材表面质量。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种钢材氧化铁皮高温热变形行为的控制方法，包括以下步骤：步骤1，预处理阶段：(1)将开坯之后的钢锭放在加热炉中，1200～1250℃，保温3～4h，经轧制和切割后，形成圆柱形试样，所述的试样直径为8～10mm，高度为10～15mm；(2)在试样两端切割出U型槽，将槽底部打磨光滑，槽底粗糙度为0.8～1.7μm；步骤2，清洗阶段：对加工好的试样进行清洗，以去除试样表面油污等杂质；步骤3，实验阶段：(1)将试样安装于热模拟实验机的两个压头中间后，将热模拟实验机抽真空后，将试样升温至950～1150℃，并保温30min，获得的氧化铁皮层厚度为290～360μm，其中，在加热完成后，向热模拟实验机内充入空气，使保温过程在空气环境中进行；(2)将热模拟实验机调整为压缩模式，在试样压缩变形之前3～5s，关闭气路进行抽真空，对试样进行压缩，应变速率0.1～1s-1，压缩变形量为10～50％，并以10～50℃/s的冷却速率降到室温；步骤4，检测阶段：在保证氧化铁皮完整性的基础上，观察试样的氧化铁皮断面形貌和元素分布，并测量氧化铁皮厚度为154～315μm；步骤5，数据处理阶段：根据检测阶段测量出的氧化铁皮厚度变化，采用数理统计的方法归纳并总结规律，通过对氧化铁皮热变形行为的研究，发现变形温度在950～1150℃时，氧化铁皮高温塑性随着温度的升高而增强，为保证氧化铁皮热变形后不发生破碎，变形量应控制在10～15％。所述的步骤1(1)中，钢锭化学成分按质量百分数为：C：0.02～0.05％，Si：0.01～0.05％，Mn：0.2～1.0％，S:≤0.015％，P:≤0.008％，Cr：0.2～0.5％其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。所述的步骤1(1)中，圆柱形试样具体加工过程为：采用二辊热轧机轧到10～15mm厚的钢板，采用线切割机将钢板制成直径8～10mm，高度10～15mm圆柱型。所述的步骤1(1)中，U型槽切割过程为：使用线切割机在圆柱试样两端的对中位置切出U型槽，所述的U型槽宽度为5～6mm，深度为1～2.5mm。所述的步骤1(2)中，开设U型槽用于后续压缩试样时，在U型槽内生长氧化铁皮进行后续观察。所述的步骤1(2)中，将槽底粗糙度控制为0.8～1.7μm，以便于降低粗糙度对高温加热过程中氧化铁皮生长的影响。所述的步骤2中，试样清洗过程为：将机械加工好的试样至于丙酮溶液中，采用超声振荡清洗后，至于酒精溶液中浸泡，取出后吹干，完成清洗。所述的步骤3(1)中，向热模拟实验机内充入空气目的在于，模拟试样在常规空气下进行保温的处理过程，以获得真实的氧化铁皮厚度。所述的步骤3(1)中，试样升温至950～1150℃，意在模拟现场热轧开轧温度，升温具体过程为：先以40～100℃/s的升温速率，将试样加热到低于目标温度100～150℃的温度点，保温30～60s，然后再以1～5℃/s的升温速度到达目标温度，为了防止试样在快速升温过程中温度脉冲过大，采用该种形式的升温过程，并在在目标温度(950～1150℃)保温30min。所述的步骤3(1)中，试样中部焊接有热电偶，用于真空下测定试样温度，并在焊点处裸露的热电偶丝上套陶瓷管，长度以包裹住热电偶丝焊接端裸露部分为宜。所述的步骤3(1)中，试样安装过程为：将试样至于热模拟实验机的两个压头中间，采用电控液压装置移动基座将试样夹紧，完成试样安装。所述的步骤4中，为保证氧化铁皮的完整性，将试样进行以下操作后，进行观察与测量：将试样整体镶嵌到环氧树脂中，依次经打磨、抛光与腐蚀后，置于真空蒸镀仪中，进行观察与测量，其中：打磨过程为：采用SiC砂纸从800#、1000#、1200#和1500#逐级进行打磨；抛光过程为：采用颗粒度2.5um的研磨膏进行抛光；腐蚀过程为：将腐蚀液滴到抛光好的样品断面，腐蚀3～10s后，将样品在酒精或丙酮溶液中充分的浸泡5～10min后，采用吹风机热风快速干燥；所述的步骤4中，将干燥后样品放入高真空蒸镀仪中，在样品表面覆盖一层碳，采用场发射电子探针(EPMA)观察高温变形前后样品的氧化铁皮的断面形貌、氧化铁皮厚度测量，并且可借助元素分布图分析出Cr元素在基体表面的分布情况，并对实验后的氧化铁皮变形率与钢基体变形率进行对比与分析。所述的步骤4中，腐蚀液为：将质量浓度为50～70％的硝酸和乙醇混合后制成腐蚀液，腐蚀液中硝酸的体积百分比为3～7％。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术是一种钢材氧化铁皮高温热变形行为的控制方法，其特征在于，将实验试样的两端切割出U型槽，高温时氧化铁皮可以在U型槽内生长，采用热模拟实验机进行单道次压缩试验时，U型槽内的氧化铁皮和与基体一起进行变形，有效的防止了氧化铁皮脱落，保证了热变形状态下的氧化铁皮的完整性，为氧化铁皮变形机理研究提供准确的实验结果。(2)本专利中的所采用的实验工艺，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢材氧化铁皮高温热变形行为的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，预处理阶段：(1)将开坯之后的钢锭放在加热炉中，1200～1250℃，保温3～4h，经轧制和切割后，形成圆柱形试样，所述的试样直径为8～10mm，高度为10～15mm；(2)在试样两端切割出U型槽，将槽底部打磨光滑，槽底粗糙度为0.8～1.7μm；步骤2，清洗阶段：对加工好的试样进行清洗，以去除试样表面油污等杂质；步骤3，实验阶段：(1)将试样安装于热模拟实验机的两个压头中间后，将热模拟实验机抽真空后，将试样升温至950～1150℃，并保温30min，获得的氧化铁皮层厚度为290～360μm，其中，在加热完成后，向热模拟实验机内充入空气，使保温过程在空气环境中进行；(2)将热模拟实验机调整为压缩模式，在试样压缩变形之前3～5s，关闭气路进行抽真空，对试样进行压缩，应变速率0.1～1s

【技术特征摘要】
1.一种钢材氧化铁皮高温热变形行为的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，预处理阶段：(1)将开坯之后的钢锭放在加热炉中，1200～1250℃，保温3～4h，经轧制和切割后，形成圆柱形试样，所述的试样直径为8～10mm，高度为10～15mm；(2)在试样两端切割出U型槽，将槽底部打磨光滑，槽底粗糙度为0.8～1.7μm；步骤2，清洗阶段：对加工好的试样进行清洗，以去除试样表面油污等杂质；步骤3，实验阶段：(1)将试样安装于热模拟实验机的两个压头中间后，将热模拟实验机抽真空后，将试样升温至950～1150℃，并保温30min，获得的氧化铁皮层厚度为290～360μm，其中，在加热完成后，向热模拟实验机内充入空气，使保温过程在空气环境中进行；(2)将热模拟实验机调整为压缩模式，在试样压缩变形之前3～5s，关闭气路进行抽真空，对试样进行压缩，应变速率0.1～1s-1，压缩变形量为10～50％，并以10～50℃/s的冷却速率降到室温；步骤4，检测阶段：在保证氧化铁皮完整性的基础上，观察试样的氧化铁皮断面形貌和元素分布，并测量氧化铁皮厚度为154～315μm；步骤5，数据处理阶段：根据检测阶段测量出的氧化铁皮厚度变化，采用数理统计的方法归纳并总结规律，通过对氧化铁皮热变形行为的研究，发现变形温度在950～1150℃时，氧化铁皮高温塑性随着温度的升高而增强，为保证氧化铁皮热变形后不发生破碎，变形量应控制在10～15％。2.根据权利要求1所述的一种钢材氧化铁皮高温热变形行为的控制方法，其特征在于，所述的步骤1(1)中，钢锭化学成分按质量百分数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志峰，曹光明，刘振宇，崔春圆，王皓，于聪，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21