CN101858831A - 一种钢坯氢含量分析试样的取样方法 - Google Patents

一种钢坯氢含量分析试样的取样方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢坯氢含量分析试样的取样方法，在火车车轮钢坯(1)上，用空心钻在火车车轮钢坯(1)上的不同部位直接钻取多个圆棒形的分析试样(2)。采用上述技术方案，简化了取样方式，减少氢气体样加工工序，缩减试样加工时间，缩短了试样加工过程中的受热时间，减少了氢扩散量，从而有效减小并控制样品中氢的迅速扩散和最终测试结果的波动，提高了测定车轮钢铸坯中氢含量的准确性，降低车轮废品率，提高车轮使用安全性。

Description

一种钢坯氢含量分析试样的取样方法
技术领域
本发明属于冶金工业生产的技术领域，涉及火车车轮的制造工艺中的材料分析技术，更具体地说，本发明涉及一种钢坯氢含量分析试样的取样方法。
背景技术
自Johnson于1875年首次报道氢对钢铁材料力学性能的有害影响以来的一个多世纪里，人们已充分认识到氢使很多材料的性能降低，在此基础上提出了一系列理论。二十世纪20年代至70年代，国内外对钢中氢致裂纹进行了广泛的研究，到80年代，国内外均认为钢中氢致裂纹问题已经解决。但近年来随着连铸工艺的广泛应用以及钢中硫含量的急剧降低，氢致裂纹又成为困扰钢铁企业的一个严重问题。究其原因，与钢的洁净度提高后增加了产生氢致裂纹的敏感性、连铸坯的宏观组织致密度降低等是密切相关的。
马钢车轮轮箍生产线采用圆坯连铸的高纯净钢冶炼工艺生产后，氢致裂纹敏感性随之增加，严重影响了车轮生产质量及使用安全性。由于氢原子比金属原子要小的多，故它总处在金属点整间隙位置。氢很容易被吸引到各种缺陷(陷阱)处，这种能捕获氢的缺陷成为氢陷阱，氢陷阱在氢损伤以及氢致开裂过程中起了重要作用。由于氢原子通过应力诱导扩散富集至临界值后就会促进局部塑性变形，从而在无位错区或位错塞积群前端产生大的应力集中，当它等于被氢降低了的原子键合力时就会形成氢致裂纹并扩展。控制钢中氢含量对于降低氢致裂纹敏感性，控制氢致滞后开裂有积极的作用。
车轮钢连铸坯氢含量分析取样方法一般参照GB/T20066-2006钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法。
下面结合本说明书的附图对现有技术进行分析：
用切割砂轮在厚30mm的车轮钢连铸钢坯片上截取如图1a中阴影所示部位，然后用机械锯在如图1b所示位置1、2、3处(即边部和中心之间的1/4R、1/2R和3/4R)切取宽10mm、长100mm的矩形原始样品，用车床以约1000r/min的转速将原始样品车到直径约为7mm，继续车加工并控制进刀量为每次约0.1mm～0.15mm，其转速调节在800r/min～1000r/min，加工到样品直径为6mm。所有的机械加工操作过程中均在惰性气体氛围下进行。制备后的样品表面光滑、有金属光泽且无缺陷。将机械加工后的试料用600号碳化硅砂纸轻磨表面，打磨后浸入丙酮中，低真空下暴露数秒钟进行干燥后，立即进行分析，整个加工过程所用时间约为60min～120min。
由于氢属于极易扩散气体，在室温下，由于扩散而导致样品中氢的损失会很大，因此，要求样品的取样、储存、制备过程中的所有阶段要保持原始样品、分析试样和试料在尽可能低的温度进行，且时间不能过长。
由于氢活度受温度影响较大，常温时氢既可从可逆陷阱中跑出，高温下钢中氢原子将更易摆脱氢陷阱，甚至不可逆氢陷阱的控制而扩散。
在车轮钢实际生产检验中发现氢含量的检验结果波动较大，准确性不高，分析发现常规氢气体样取样步骤较多，加工时间较长，机加工时温度过高，从而导致试样中氢含量波动较大，出现氢损失严重现象。
因此，一个精确的氢含量分析方法对于生产检验和控制氢致裂纹产生的研究是极为必要的。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种钢坯氢含量分析试样的取样方法，其目的是提高分析试样测试结果的准确性。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明所提供的钢坯氢含量分析试样的取样方法，应用于火车车轮钢坯的取样，所述的火车车轮钢坯的半径为R；
在所述的火车车轮钢坯上，用空心钻在火车车轮钢坯上的不同部位直接钻取多个圆棒形的分析试样；
所获得的分析试样表面光滑，有金属光泽且无缺陷；
将所获得的分析试样用惰性气体冷却；
然后将所述的分析试样用砂纸轻磨表面；
打磨后的分析试样(2)浸人丙酮中除油，在大气压为103Pa～10-1Pa的真空度下暴露10s～15s，进行干燥后，进行气体分析。
按质量百分比计算，所述的火车车轮钢坯的材料成分为：
C：0.70％～0.72％；Mn：0.84％～0.85％；Si：0.27％～0.30％、S：0.002％；P：0.008％～0.010％。
所述的分析试样分别取自距离所述的火车车轮钢坯圆心的
Figure GSA00000070066500031
Figure GSA00000070066500032
和处。
所述的分析试样的直径为6mm。
所述的砂纸为600号碳化硅砂纸。
所述的火车车轮钢坯的厚度为30mm。
本发明采用上述技术方案，采用空心钻在车轮钢铸坯上直接取样方式，取代以往先在连铸坯上锯切再在机床上加工的繁琐工序，简化了取样方式，减少氢气体样加工工序，缩减试样加工时间，缩短了试样加工过程中的受热时间，减少了氢扩散量，从而有效减小并控制样品中氢的迅速扩散和最终测试结果的波动，提高了测定车轮钢铸坯中氢含量的准确性，降低车轮废品率，提高车轮使用安全性；同时节能降耗，在提高分析准确度的同时降低试样加工成本。本发明主要针对钢铁产品的质量检验，适用于大型铸态产品氢气体分析取样，特别是火车车轮钢铸坯。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1a为现有技术中的钢坯的取样结构示意图；
图1b为图1a所示取样结构上的取样示意图；
图2为本发明中的取样结构示意图。
图中标记为：
1、火车车轮钢坯，2、分析试样。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图2所表达的本发明的结构，本发明提供了一种钢坯氢含量分析试样的取样方法，应用于火车车轮钢坯的取样，所述的火车车轮钢坯1的半径为R；
在所述的火车车轮钢坯1上，用空心钻在火车车轮钢坯1上的不同部位直接钻取多个圆棒形的分析试样2；
所获得的分析试样2表面光滑，有金属光泽且无缺陷；
将所获得的分析试样2用惰性气体冷却；
然后将所述的分析试样2用砂纸轻磨表面；
打磨后的分析试样(2)浸人丙酮中除油，在大气压为103Pa～10-1Pa的真空度下暴露10s～15s，进行干燥后，进行气体分析。
简化了取样方式，减少氢气体样加工工序，缩减试样加工时间，缩短了试样加工过程中的受热时间，减少了氢扩散量，从而有效减小并控制样品中氢的迅速扩散和最终测试结果的波动，提高了测定车轮钢铸坯中氢含量的准确性，降低车轮废品率，提高车轮使用安全性；同时节能降耗，在提高分析准确度的同时降低试样加工成本。
按质量百分比计算，所述的火车车轮钢坯1的材料成分为：
C：0.70％～0.72％；Mn：0.84％～0.85％；Si：0.27％～0.30％、S：0.002％；P：0.008％～0.010％。
本发明主要针对钢铁产品的质量检验，适用于大型铸态产品氢气体分析取样，特别是火车车轮钢铸坯。
本发明所述的分析试样2分别取自距离所述的火车车轮钢坯1圆心的
Figure GSA00000070066500051
Figure GSA00000070066500052
和
Figure GSA00000070066500053
处。
本发明所述的分析试样2的直径为6mm。
以上所述的砂纸为600号碳化硅砂纸。
所述的火车车轮钢坯1的厚度为30mm。
为尽量减小并控制样品中氢的迅速扩散，采用惰性气体控制冷却，降低加工温度，减少氢的扩散，提高测试结果的准确性。
下面通过两个实施例对本发明的技术方案作详细的说明。
其中，实施例的参数均指采用本发明技术得到的参数，对比例的参数均指用于与相应实施例对照的、采用现有技术的得到的参数。
实施例一：
车轮钢化学成分为：0.70％的C、0.85％的Mn、0.30％的Si、0.002％的S、0.010％的P。
在车轮钢连铸坯横截面上按照现有技术的常规方法(对比例)和本发明的方法分别取样。
对比例：
用切割砂轮在厚30mm的对比样车轮钢连铸坯片上截取如图1a中阴影所示部位，然后用机械锯在如图1b所示位置1、2、3处(即边部和中心之间的1/4R、1/2R和3/4R)切取宽10mm、长100mm的矩形原始样品，用车床以约1000r/min的转速将原始样品车到直径约为7mm，继续车并控制进刀量为每次约0.1mm～0.15mm，其转速调节在800r/min～1000r/min，加工到样品直径为6mm。所有的机械加工操作过程中均在惰性气体氛围下进行。制备后的样品表面光滑、有金属光泽且无缺陷。将机械加工后的试料用600号碳化硅砂纸轻磨表面，打磨后浸入丙酮中，低真空下暴露数秒钟进行干燥后，立即进行分析。
本发明的实施例：
采用本发明的方法，在如图2所示的火车车轮钢坯1上的不同位置取样，用空心钻在厚30mm的车轮钢连铸坯片横截面上直接钻取直径为6mm的分析试样2，取样同时用惰性气体冷却，去除的试样表面光滑，有金属光泽且无缺陷。
取出的试样用600号碳化硅砂纸轻磨表面，打磨后试样浸人丙酮中除油，在低真空下暴露数秒钟进行干燥后，立即进行气体分析。
加工时间及氢含量分析结果见表1。
表1、实施例一和对比例车轮的加工时间及氢含量检测结果对比：
Figure GSA00000070066500061
  2.01   1.12   1.75
实施例二：
车轮钢化学成分为：0.72％的C、0.84％的Mn、0.27％的Si、0.002％的S、0.008％的P。
取样方法与实施例一所述相同，加工时间及氢含量分析结果见表2。
表2、实施例二和对比例车轮的加工时间及氢含量检测结果对比：
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钢坯氢含量分析试样的取样方法，应用于火车车轮钢坯的取样，所述的火车车轮钢坯(1)的半径为R，其特征在于：
在所述的火车车轮钢坯(1)上，用空心钻在火车车轮钢坯(1)上的不同部位直接钻取多个圆棒形的分析试样(2)；
所获得的分析试样(2)表面光滑，有金属光泽且无缺陷；
将所获得的分析试样(2)用惰性气体冷却；
然后将所述的分析试样(2)用砂纸轻磨表面；
打磨后的分析试样(2)浸人丙酮中除油，在大气压为103Pa～10-1Pa的真空度下暴露10s～15s，进行干燥后，进行气体分析。
2.按照权利要求1所述的钢坯氢含量分析试样的取样方法，其特征在于：按质量百分比计算，所述的火车车轮钢坯(1)的材料成分为：
C：0.70％～0.72％；Mn：0.84％～0.85％；Si：0.27％～0.30％、S：0.002％；P：0.008％～0.010％。
3.按照权利要求1或2所述的钢坯氢含量分析试样的取样方法，其特征在于：所述的分析试样(2)分别取自距离所述的火车车轮钢坯(1)圆心的
Figure FSA00000070066400011
Figure FSA00000070066400012
和
Figure FSA00000070066400013
处。
4.按照权利要求1或2所述的钢坯氢含量分析试样的取样方法，其特征在于：所述的分析试样(2)的直径为6mm。
5.按照权利要求1或2所述的钢坯氢含量分析试样的取样方法，其特征在于：所述的砂纸为600号碳化硅砂纸。
6.按照权利要求1或2所述的钢坯氢含量分析试样的取样方法，其特征在于：所述的火车车轮钢坯(1)的厚度为30mm。
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