CN101344490A - 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 - Google Patents

Abstract

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，属于冶金分析技术领域。采用金相图像分析得到板坯厚度方向的组织含量变化，通过晶格体积计算将组织的体积百分比转换成摩尔百分比，然后通过热力学计算得到碳的重量百分比和奥氏体组织摩尔百分比的二元相图，再将各分析区域的组织摩尔百分比转换成碳的重量百分比。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。

Description

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

技术领域

本发明属于冶金技术领域，主要涉及一种新型的采用图像分析方法和热力学计算方法分析连铸板坯宏观碳偏析的方法。

背景技术

板坯的中心偏析与成品的质量缺陷密不可分，它不但影响钢板力学性能的均匀性，对钢板的焊接性能和耐腐蚀性能等产生不利影响，而且还会造成钢板的分层等质量缺陷。对于板坯中心偏析的产生机理及原理已经有很多的研究，对偏析度的测评方法也有很多，最常用的是用硫印来评定中心偏析级别的低倍检验和用钻头钻取试样或沿厚度方向切片进行成分分析的化学分析等方法，近年来还发展了采用原位分析方法在板坯厚度方向进行元素的定量分析。该发明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，从而提供了一种新的检验分析板坯偏析质量的工具。相对于钻孔取样分析，本发明中的图像分析方法可在极小区域内得到板坯平均碳含量，测定更精确；相对于原位分析等方法，图像分析方法简便易行，且节省检测资金。

发明内容

针对现有的钻孔取样分析和原位分析等连铸坯宏观偏析分析方法，本发明提供一种采用图像分析结合热力学计算获得铸坯宏观碳偏析的方法。

本发明中利用金相图像分析软件和热力学计算软件，采用下述步骤进行宏观碳偏析的评定。

1)沿铸坯厚度方向取不同位置的试样，试样横截面尺寸为11mm×11mm。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；

2)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；其中，M的取值范围为5-7，N的取值范围为15-30。

3)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；

4)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；

a_γ＝(0.36306+7.83×10^-4×C)[1+β_γ(T-1000)]  (1)

a_α＝0.28863[1+β_α(T-800)]                   (2)

β_γ＝(24.9-0.5C_γ)×10^-6

β_α＝1.75×10^-5

式中：a_γ——奥氏体的晶格常数，nm；

C——碳含量，摩尔百分比含量

β_γ——奥氏体的热膨胀系数，K-1。

T——温度，K；

aα——铁素体的晶格常数，nm；

βα——铁素体的热膨胀系数，K-1。

${\mathrm{NP}}_{\mathrm{\γ}}=2V_{\mathrm{\γF}}{a_{\mathrm{\α}}}^3/\{({a_{\mathrm{\γ}}}^3+V_{\mathrm{\γF}}({{2a}_{\mathrm{\α}}}^3-{a_{\mathrm{\γ}}}^3)\}---\left(3\right)$

式中：NP_γ——奥氏体组织的摩尔百分比，％；

——奥氏体组织的体积百分比，％。

5)利用3)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；

6)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。

本发明的有点在于，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。

附图说明

图1为试样厚度方向珠光体组织的平均体积百分比。其中，a-板坯表面；b-板坯1/4；c-板坯中心；d-板坯3/4；e-板坯下表面；M-负偏析点；N-中心线偏析点。

图2为试验板坯碳含量与奥氏体摩尔百分比的关系。其中曲线上的1表示奥氏体的计算曲线。

图3为板坯厚度方向碳含量分布。

具体实施方式

实施例

分析采用的板坯为船板，成份见表1。

表1试验板坯的化学成分(中间包分析)    ％

在板坯宽度的1/4处，在距离上下表面20、55mm及厚度中心5个位置上沿长度方向切取11mm×11mm×10mm的5个1组试样，共取得沿长度方向的2组10个试样，每组试样均包括上述5个位置。

试样经镶嵌、抛光后用2％的硝酸酒精溶液腐蚀。对于每个试样，沿11mm的宽度方向随机选定7列观察区域，采用X100的放大倍数，每列沿厚度方向进行30个连续区域的计算分析(每个分析区域的长和宽都小于1mm)。每个厚度方向的组织变化采用对应7个数值的平均值。金相组织定量分析采用KS3003.0计算分析软件，对获得的金相组织图像计算其体积百分含量，见附图1。

利用热力学计算软件进行该板坯的金相组织热力学计算，得到了998K平衡温度下不同碳含量的组织相图，见附图2。

利用式(1)与(2)，代入热力学计算软件得到的平衡温度下各相组元的摩尔百分比含量计算出998K温度下试验板坯的奥氏体晶格常数为0.364 85nm，铁素体的晶格常数为0.289 63nm，

根据式(3)计算出奥氏体组织的摩尔百分比，由图2的对应关系得到板坯试样退火前后碳含量分布，如附图3所示。

由图3的结果可以看出，采用连铸板坯宏观偏析的图像分析方法可将金相分析得到的图像转换成碳含量的变化，从而得到沿板坯厚度方向C含量的变化，直观地分析中心线碳偏析程度。图3中板坯中心线位置的珠光体组织含量达90％，碳偏析率达到4.3。

图3中中心偏析区域的宽度为5.87mm，各点的碳含量平均值为0.13％，在正偏析区域的两侧存在负偏析区域，在负偏析区域内，每一个分析区域为0.13mm×0.13mm。如果采用传统的钻孔分析法，由于钻头直径通常为3～6mm，有可能会忽略到碳含量在中心线两侧的变化趋势。例如，用直径为5mm的钻头在中心线上钻样分析，只能得到图3中中心区域正偏析点的平均值，而反映不出实际的偏析程度。在实际的钻样分析中往往不能发现板坯或方坯中心偏析的分布规律，得不到反映产品缺陷的真实情况。因此，利用组织图像分析法能够更精确地观察和分析板坯的碳偏析分布。

Claims (3)

1.一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。

2.根据权力要求1所述的方法，其特征在于，所述的M的取值范围为5-7，N的取值范围为15-30。

3、根据权利1所述的方法，其特征在于，将珠光体组织的体积百分比转换成摩尔百分比按如下方法计算：

a_γ＝(0.363 06+7.83×10^-4×C)[1+β_γ(T-1 000)](1)

a_α＝0.288 63[1+β_α(T-800)](2)

β_γ＝(24.9-0.5C_γ)×10-6

β_α＝1.75×10^-5

式中：α_γ——奥氏体的晶格常数，nm；

C——碳含量，摩尔百分比含量

βγ——奥氏体的热膨胀系数，K-1；

T——温度，K；

aα——铁素体的晶格常数，nm；

βα——铁素体的热膨胀系数，K-1；

NP_γ＝2V_γFa_α ³/{(a_γ ³+V_γF(2a_α ³-a_γ ³)}(3)

式中：NP_γ——奥氏体组织的摩尔百分比，％；

V_γF——奥氏体组织的体积百分比，％。

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