CN113740336B

CN113740336B - 一种直接获得连铸坯边部增碳的评价方法

Info

Publication number: CN113740336B
Application number: CN202111031300.2A
Authority: CN
Inventors: 雷中钰; 韦乾永; 农之江; 杨明梅; 胡娟; 陈远生; 李祥龙; 郭峻宇; 刘春林; 朱祥睿; 李富强
Original assignee: SGIS Songshan Co Ltd
Current assignee: SGIS Songshan Co Ltd
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2024-03-12
Anticipated expiration: 2041-09-03
Also published as: CN113740336A

Abstract

一种基于金相法的连铸坯边部增碳的评价方法，属于金属检测技术领域。该方法运用金相显微镜分析，得到所述金相试样标样不同区域的珠光体含量X；利用电子探针或原位分析仪获得试样碳偏析指数Y＝C_测/C_熔炼；由每个所述金相试样标样的不同分析区域珠光体含量及对应的碳偏析指数P＝C_测/C_熔炼组成数据集，建立珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式：Y＝a*X+b，a、b为修正系数；连铸方坯边部区域上取金相试样，运用金相显微镜得到所述金相试样碳偏聚分析区域的珠光体含量X1，代入珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式直接获得碳偏析指数Y1。该方法可实现检测结果快速输出，客观反映偏析情况，检测精度高，检测过程易于操作。

Description

一种直接获得连铸坯边部增碳的评价方法

技术领域

本申请涉及金属检测技术领域，具体而言，涉及一种直接获得连铸坯边部增碳的评价方法。

背景技术

现有生产方法生产的45钢钢盘条，普遍存在边缘增碳，边缘增碳处出现局部珠光体偏聚，严重影响客户的加工与使用，具体体现在伤刀具、效能低、增加加工成本，对客户造成严重损失，甚至造成其下游用户流失，影响了产品的质量稳定性和声誉。为了分析增碳是由铸坯本身还是加热过程中产生，发明了一种评价连铸方坯边部增碳的评价方法，为研究铸坯边部增碳的原因、改善盘条边缘增碳提供数据支撑。

现有技术一：一种采用图像分析方法定量分析连铸板坯宏观偏析的方法，其特征在于，分析步骤为：a、沿铸坯厚度方向取不同位置的试样，试样经镶嵌、抛光后用2％的硝酸酒精溶液腐蚀，以备金相组织分析；b、在金相显微镜下，对于每个试样，沿铸坯的宽度方向随机选定M列观察区域，在每列区域中进行沿厚度方向的N个连续金相组织的定量分析，获得沿厚度方向的珠光体组织的含量变化；板坯显微金相图像分析得到的组织体积百分比虽能定性说明板坯的中心偏析状况，但不能定量说明中心偏析的程度，故需将组织体积百分比转换成对应的碳含量。利用热力学计算软件进行板坯的金相组织热力学计算，得到998K平衡温度下不同碳含量的组织相图；d、采用计算奥氏体、铁素体晶格体积的方法将珠光体组织的体积百分比转换成摩尔百分比；e、利用c步骤的计算结果，将奥氏体组织的摩尔百分比转换成相应的碳的重量百分比；f、将图像分析得到的结果一一转换成碳的重量百分比后，得到沿铸坯厚度方向的碳的含量分布。优点在于，采用金相组织图像分析方法结合热力学计算进行板坯宏观偏析的分析方法，可以定量分析板坯中碳的宏观偏析，能够更精确地观察和分析板坯的碳含量分布，从而提供了一种新的检验分析板坯宏观偏析的工具。但是该方法通过热力学计算预测获得奥氏体组织与碳含量关系，分析过程理论化，预测准确性无法保证，需经大量检测与计算数据获得分析结果，检测过程不便捷。

现有技术二：一种方坯中心宏观偏析分析方法，该方法包括：在方坯连铸坯上以与中心纵截面呈夹角的垂直面进行取样、试样加工、低倍检验、钻削化学分析，将与中心纵截面呈一定夹角的垂直切样方法应用到方坯连铸坯中心宏观偏析分析过程的制样方法中，能够减小因切样位置因素导致铸坯中心偏析分析结果的偏差，提高了铸坯中心偏析情况分析的准确率，为铸坯质量的监测或工艺的改进提供准确的参考信息。但是该方法需要进行低倍检验、化学分析等多种分析手段，检测方法复杂，检测精度不高。

根据以上存在问题，针对45钢边部偏析检测方法亟待改进，以实现检测结果快速输出，客观反映偏析情况，检测精度高，检测过程易于操作。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于金相法的连铸坯边部增碳的评价方法，可实现检测结果快速输出，客观反映偏析情况，检测精度高，检测过程易于操作。

本申请是这样实现的：

本申请的示例提供了一种直接获得连铸坯边部增碳的评价方法，包括以下步骤：

S1、连铸方坯边部区域上取样、制样、抛光后腐蚀获得N个金相试样标样，N为大于2的自然数；

S2、运用金相显微镜对每个所述金相试样标样进行相含量分析，得到所述金相试样标样不同区域的珠光体含量X，并标记出对应分析区域；

S3、利用电子探针或原位分析仪对每个所述金相试样标样的标记区域进行碳含量分析，得到碳含量C_测，与所述金属试样标样碳含量C_熔炼相除获得试样碳偏析指数Y＝C_测/C_熔炼；

S4、由每个所述金相试样标样的不同分析区域珠光体含量及对应的碳偏析指数P＝C_测/C_熔炼组成数据集，建立珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式：Y＝a*X+b，a、b为修正系数；

S5、连铸方坯边部区域上取金相试样，运用金相显微镜得到所述金相试样碳偏聚分析区域的珠光体含量X1，代入珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式直接获得碳偏析指数Y1。

一些示例中，所述珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式：Y＝a*X+b，a＝0.1394、b＝0.14813。

一些示例中，S2中，运用金相显微镜获得每个所述金相试样标样的图像，根据硝酸酒精浓度和/或腐蚀时间调整图像分析软件的图像分析阈值，所述硝酸酒精浓度为3％～6％，所述腐蚀时间为3s～6s，图像分析阈值13～148。

一些示例中，相同硝酸酒精浓度情况下，随着腐蚀时间增加，所述阈值上下限数值变小。

一些示例中，硝酸酒精浓度为4％，

腐蚀时间3s～4s，所述阈值28～148；

腐蚀时间5s～6s，所述阈值16～132。

一些示例中，相同腐蚀时间下，随着硝酸酒精浓度增加，所述阈值上下限数值变小。

一些示例中，腐蚀时间5s，

硝酸酒精浓度为3％～4％，所述阈值20～142；

硝酸酒精浓度为5％～6％，所述阈值13～136。

一些示例中，选取多个连铸方坯边部区域，根据不同硝酸酒精浓度和/或不同腐蚀时间对应图像分析软件的不同图像分析阈值，制作多组N个金相试样标样进行步骤S2-S5。

一些示例中，S1、连铸方坯边部区域上取样方法为：方坯四角取样面积与四角相邻取样区域的取样面积之比为1:2。

一些示例中，S1、连铸方坯边部区域上取样、制样、抛光后腐蚀，将编好号的试样标样分别采用200粒度、400粒度、800粒度砂纸打磨，并进行抛光。

本申请的有益效果包括：

通过取金相试样标样，对标样检测不同区域的珠光体含量，利用电子探针或原位分析仪获得标记区域精确的成分数据，建立数据集后处理获得珠光体含量X与碳偏析指数Y关系，后续检测时只需要检测测试试样碳偏聚分析区域的珠光体含量即可获得准确的碳偏析数据，实现检测结果快速输出，客观反映偏析情况，检测精度高，检测过程易于操作。利用电子探针或原位分析仪等先进测试设备获得精确的成分数据，避免了理论计算碳含量等带来的无法准确表征钢坯成分的问题，且该方法检测时，只需要在标准试样时采用电子探针或原位分析仪等先进测试设备，之后检测无需一一检测试样成分，大大缩短了检测周期，节约了检测成本，同时也兼顾检测准确性，利于快速给出检测结果用于指导生产。进一步地，通过硝酸酒精浓度、腐蚀时间调整图像分析软件的图像分析阈值制备标准试样，选择了更佳的图像分析条件，提高了珠光体识别的精度，进一步提高了标准试样模型的准确性，此外通过多组不同条件的标准试样检测的数据集，提高了珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征的准确性及全面性，确保了检测的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1 160mm方坯取样示意图；

图2对角线四分之一处取样示意图。

图标：1-16为取样编号，17-20为钢坯成分取样点。

具体实施方式

下面对本申请实施例的直接获得连铸坯边部增碳的评价方法的步骤进行详细说明。

一种直接获得连铸坯边部增碳的评价方法，包括以下步骤：

1)制样：

选取45钢的160mm连铸方坯，连铸方坯上取10mm厚横向样品，经切割加工后分成4块20mm*20mm、12块40mm*20mm小试样，对试样依次编号(4块20mm*20mm的编号为1、5、9、13，其余编号为40mm*20mm小试样，编号1-5对应为铸坯的内弧；编号9-13对应为铸坯的外弧)，共16块，并与铸坯的位置进行对应(内外弧)，如图1所示；方坯四角取样面积与四角相邻取样区域的取样面积之比为1:2。方坯四角取样面积小于四角相邻取样区域的取样面积是因为方坯四角易于碳偏析，因此选择更小的面积提高检测精度，上述取样面积比例是经大量实践证明最佳的取值。

将编好号的试样标样分别采用200粒度、400粒度、800粒度砂纸打磨，并进行抛光。

试样磨抛好后，实验室环境下(25±3℃)采用酸酒精溶液腐蚀一定时间，用酒精清洗干净后获得试样。

采用的硝酸酒精浓度为3％～6％，腐蚀时间为3s～6s。

2)金相分析：

运用金相显微镜获得每个所述金相试样标样的图像，根据实际情况可选显微镜放大倍数50X、100X、200X分别得到不同的金相试样标样的图像，根据硝酸酒精浓度和/或腐蚀时间调整图像分析软件的图像分析阈值，所述硝酸酒精浓度为3％～6％，所述腐蚀时间为3s～6s，图像分析阈值13～148。由图像分析软件获得对每个所述金相试样标样进行相含量分析，得到所述金相试样标样不同区域的珠光体含量X，并标记出对应的分析区域。

在图像分析阈值设置范围13～148中，相同硝酸酒精浓度情况下，随着腐蚀时间增加，所述阈值上下限数值变小。

一些示例中，硝酸酒精浓度为4％，

腐蚀时间3s～4s，所述阈值28～148；

腐蚀时间5s～6s，所述阈值16～132。

在图像分析阈值设置范围13～148中，相同腐蚀时间下，随着硝酸酒精浓度增加，所述阈值上下限数值变小。

一些示例中，腐蚀时间5s，

硝酸酒精浓度为3％～4％，所述阈值20～142；

硝酸酒精浓度为5％～6％，所述阈值13～136。

运用金相显微镜获得每个所述金相试样标样的图像，将图像转变为灰度图像，灰度图像只含亮度信息，不含色彩信息，图像灰度化处理可将彩色图像中每个像素点的R、G、B三个分量的平均值赋予给这个像素的三个分量，之后将图像上的点的灰度置0或255，然后将256个亮度等级的灰度图像通过适当的阈值选取获得可以反映图像整体和局部特征的二值化图像。图像分析软件中阈值(threshold)把目标和背景区分开的标尺，选取适当的阈值就是既要尽可能保存图像信息，又要尽可能减少背景和噪声的干扰。

由此可知，图像阈值设置对珠光体识别尤为重要，而金相试样的图像阈值设置与硝酸酒精浓度和/或腐蚀时间的关系最为紧密，发明人创造性的确定出了以上图像阈值设置与硝酸酒精浓度和/或腐蚀时间的关系，选择了更佳的图像分析条件，提高了珠光体识别的精度，进一步提高了标准试样模型的准确性。

更佳的为：

选取多个连铸方坯边部区域，根据不同硝酸酒精浓度和/或不同腐蚀时间对应图像分析软件的不同图像分析阈值(参见表1)，制作多组N个金相试样标样进行试验。下表中阈值上限和阈值下限表征的为阈值范围设置的最大值和最小值，理应知晓的是有阈值上限和阈值下限，即可直接获得阈值可选的范围为：阈值下限～阈值上限.

表1硝酸酒精浓度、腐蚀时间、阈值设置对应表

硝酸酒精浓度(％)	腐蚀时间(S)	阈值下限	阈值上限
				4	6	16	120
4	5	20	132
				4	4	28	140
4	3	33	148
				3	5	26	142
5	5	17	136
				6	5	13	112

通过多组不同条件的标准试样检测的数据集，可提高了珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征的准确性及全面性，确保了检测的精度。

3)碳含量检测：

利用电子探针或原位分析仪对每个所述金相试样标样的标记区域进行碳含量分析，得到碳含量C_测，与所述金属试样标样碳含量C_熔炼相除获得试样碳偏析指数X＝C_测/C_熔炼。其中在铸坯对角线四分之一处取样检测(取样点参见图2中编号17-20)，以4个点的平均值作为熔炼成分C_熔炼，参见图2。

利用电子探针或原位分析仪等先进测试设备获得精确的成分数据，避免了理论计算碳含量等带来的无法准确表征钢坯成分的问题，且该方法检测时，只需要在标准试样时采用电子探针或原位分析仪等先进测试设备，之后检测无法一一检测试样成分，大大缩短了检测周期，节约了检测成本，同时也兼顾检测准确性，利于快速给出检测结果用于指导生产。

4)标样模型建立：

由每个所述金相试样标样的不同分析区域珠光体含量及对应的碳偏析指数P＝C_测/C_熔炼组成数据集，建立珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式：Y＝a*X+b，a、b为修正系数。

较佳地为：所述珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式：Y＝a*X+b，a＝0.1394、b＝0.14813。由该公式获得的珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表，参见表2。

表2珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表

选取多个连铸方坯边部区域，根据不同硝酸酒精浓度和/或不同腐蚀时间对应图像分析软件的不同图像分析阈值(参见表1)，制作多组N个金相试样标样进行试验。可获得包含多组金相试样标样的由每个所述金相试样标样的不同分析区域珠光体含量及对应的碳偏析指数P＝C_测/C_熔炼组成数据集，建立珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式：Y＝a*X+b，a、b为修正系数。

通过多组不同条件的标准试样检测的数据集，提高了珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征的准确性及全面性，确保了检测的精度。

5)金相碳偏析快速检测：

连铸方坯边部区域上取金相试样，运用金相显微镜得到所述金相试样碳偏聚分析区域的珠光体含量X1，代入珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式直接获得碳偏析指数Y1，可快速获知铸坯边部的增碳情况，找出其分布规律，为改善铸坯边部增碳提供数据支撑。

通过取金相试样标样，对标样检测碳偏聚分析区域珠光体含量，利用电子探针或原位分析仪获得标记的珠光体分析区域的精确的成分数据，建立数据集后处理获得珠光体含量X与碳偏析指数Y关系，后续检测时只需要检测测试试样的碳偏聚分析区域珠光体含量即可获得准确的碳偏析数据，实现检测结果快速输出，客观反映偏析情况，检测精度高，检测过程易于操作。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以上内容对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以上对提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，在不矛盾或冲突的情况下，本申请的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本申请中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本申请公开的内容自制。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。在本申请中，为了突出本申请的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种直接获得连铸方坯边部增碳的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3、利用电子探针或原位分析仪对每个所述金相试样标样的标记区域进行碳含量分析，得到碳含量C_测，与金属试样标样碳含量C_熔炼相除获得试样碳偏析指数Y=C_测/C_熔炼；其中在连铸方坯对角线四分之一处取样检测，以 4 个点的平均值作为所述金属试样标样碳含量C_熔炼；

S4、由每个所述金相试样标样的不同分析区域珠光体含量及对应的碳偏析指数Y=C_测/C_熔炼组成数据集，建立珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式：Y=a*X+b，a、b为修正系数；

S5、连铸方坯边部区域上取金相试样，运用金相显微镜得到所述金相试样碳偏析分析区域的珠光体含量X1，代入珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式直接获得碳偏析指数Y1。

2.根据权利要求1所述的连铸方坯边部增碳的评价方法，其特征在于，所述珠光体含量X与碳偏析指数Y关系表征公式：Y=a*X+b，a=0.1394、b=0.14813。

3.根据权利要求1所述的连铸方坯边部增碳的评价方法，其特征在于，S2中，运用金相显微镜获得每个所述金相试样标样的图像，根据硝酸酒精浓度和/或腐蚀时间调整图像分析软件的图像分析阈值，所述硝酸酒精浓度为3%～6%，所述腐蚀时间为3s～6s，图像分析阈值13～148。

4.根据权利要求3所述的连铸方坯边部增碳的评价方法，其特征在于，相同硝酸酒精浓度情况下，随着腐蚀时间增加，所述阈值上下限数值变小。

5.根据权利要求4所述的连铸方坯边部增碳的评价方法，其特征在于，硝酸酒精浓度为4%，

腐蚀时间3s～4s，所述阈值28～148；

腐蚀时间5s～6s，所述阈值16～132。

6.根据权利要求3所述的连铸方坯边部增碳的评价方法，其特征在于，相同腐蚀时间下，随着硝酸酒精浓度增加，所述阈值上下限数值变小。

7.根据权利要求6所述的连铸方坯边部增碳的评价方法，其特征在于，腐蚀时间5s，

硝酸酒精浓度为3%～4%，所述阈值20～142；

硝酸酒精浓度为5%～6%，所述阈值13～136。

8.根据权利要求3所述的连铸方坯边部增碳的评价方法，其特征在于，

选取多个连铸方坯边部区域，根据不同硝酸酒精浓度和/或不同腐蚀时间对应图像分析软件的不同图像分析阈值，制作多组N个金相试样标样进行步骤S2-S5。

9.根据权利要求1所述的连铸方坯边部增碳的评价方法，其特征在于，S1、连铸方坯边部区域上取样方法为：方坯四角取样面积与四角相邻取样区域的取样面积之比为1:2。

10.根据权利要求1所述的连铸方坯边部增碳的评价方法，其特征在于，S1、连铸方坯边部区域上取样、制样、抛光后腐蚀，将编好号的金相试样标样分别采用200粒度、400粒度、800粒度砂纸打磨，并进行抛光。