CN102914628A

CN102914628A - 一种表征高碳钢盘条中心偏析的方法

Info

Publication number: CN102914628A
Application number: CN2012104189526A
Authority: CN
Inventors: 王世芳; 王雷; 麻晗
Original assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明涉及一种表征高碳钢盘条中心偏析的方法。该方法首先区分出渗碳体相和铁素体相，采用3DAP测量高碳钢盘条不同位置的碳含量，至少包括一个偏析严重的地方和一个无偏析的地方，并进行比对，可以有效评价高碳钢盘条中心偏析。与传统方法相比，本发明可对珠光体高碳钢热轧盘条的碳偏析进行定量、精确的评价，特别适用于评价对中心偏析要求较高的钢种，如含碳量0.72～0.92％的帘线钢和切割钢丝、碳含量为0.82～0.87％的桥梁用镀锌钢丝和钢绞线。

Description

一种表征高碳钢盘条中心偏析的方法

技术领域

本发明涉及一种精确评价热轧高碳钢盘条中心偏析的方法，特别适用于评价对中心偏析要求较高的钢种，属于金属分析表征领域。

背景技术

目前，评价含碳量高于0.60wt％热轧盘条中心偏析的方法，一般是将腐蚀后宏观形貌与标准图谱对照评级。该方法受制样人员、制样水平、腐蚀程度影响较大。不同的人员制样，得出的结果可能偏差0.5～1个级别；即便是同一人员在同样的条件下制样，腐蚀的程度不一样，评级的结果也会相差0.5～1个级别。虽然该方法简便，直观，但是无法定量给出偏析比，只能模糊的定一个偏析的级别，且结果波动性较大。随着钢铁冶金水平的提高，中心偏析已经控制在相对较低的水平，当前笼统的偏析评级方法已无法应对轻微偏析的表征需求，无法准确表征不同材料的质量高低。

因此迫切需要一种能定量、精确地评价盘条中心偏析的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种能定量、精确评价珠光体高碳钢热轧盘条的碳偏析的方法，特别适用于评价对中心偏析要求较高的钢种。

珠光体钢是由铁素体和渗碳体两个相组成的，无论碳元素是否富集，理论上渗碳体相中碳原子的含量一定，碳原子与铁原子的比例为1∶3；而铁素体中碳含量会随着碳的富集而增加，即在偏析严重的区域，碳元素在铁素体中含量会高于平均含量。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明方法明确了测试样品、取样位置、测试要求、数据处理、偏析结果定量化，包括以下步骤：

(1)样品和取样位置

样品含碳量大于0.60wt％，组织为珠光体，由铁素体和渗碳体两个相组成；从盘条中取出针尖状样品的位置至少包含一个偏析严重处和一个无偏析处；

(2)检测过程和数据处理

3DAP需同时测量到铁素体和渗碳体两个相，测试结果包含的原子数量大于100万个；采用等浓度面分析方法区分出铁素体相和渗碳体相，再利用3DAP测量出铁素体中元素含量；

(3)中心偏析的定量化评价

珠光体盘条的中心偏析等于盘条偏析严重处铁素体中碳含量与无偏析处铁素体中的碳含量之比，对于不存在偏析的盘条，比值接近1；该比值越大，偏析越严重。

进一步讲，步骤(1)中所述的偏析严重处为盘条中心处；步骤(1)中所述的无偏析处为盘条1/4半径到3/4半径之间的某处；步骤(2)中所述的等浓度面分析方法中等浓度面的碳原子浓度选取范围为5～20at％。

针对以上方法，详细解释说明如下：

(1)本方法适宜于表征高碳钢盘条的中心偏析。中心偏析较易发生在碳含量大于0.60wt％钢中。这类钢的热轧组织一般为珠光体，由铁素体和渗碳体两个相组成。碳元素固溶在铁素体中，在碳元素富集的铁素体中固溶的碳比其他地方高。利用这点，测量不同地方的铁素体中碳元素的含量，就可以测定碳元素的偏析。

(2)从热轧盘条中选取合适的地方，才能正确的评价中心偏析。对于小方坯以及圆坯造成的偏析，最严重的地方发生在盘条中心处；而在盘条半径1/4到半径3/4处，成分比较均匀。取样至少包括一个偏析严重的地方和一个无偏析的地方，即取样时包括这两个位置则可以正确评价中心偏析。

(3)实施3DAP的实验，检测到的范围必须要足够大，应同时检测到铁素体相和渗碳体两个相。当两个相同时存在时，才能准确的在铁素体中选择一块区域来定量分析元素的含量。这块区域的选取非常重要，若太靠近渗碳体，则会造成碳含量偏高。检测到的原子数越多，代表检测到的体积越大，越有利于正确选取分析区域，因此要求检测到的原子数应大于100万个。

(4)在(3)的基础上，利用“等浓度面”的分析方法，区分出铁素体相和渗碳体相。根据不同样品实际情况，等浓度面的碳原子浓度可选取范围为5～20at％；再在铁素体中选取分析区域，用3DAP设备数据分析软件，分析选定区域中各元素的含量。

(5)盘条偏析严重处铁素体中碳含量与无偏析处铁素体中的碳含量之比代表偏析的大小。对于不存在偏析的盘条，成分均匀，这两个地方的碳元素接近，比值接近1；反之，盘条存在严重偏析时，成分非常不均匀，这两个地方碳元素差别非常大，比值也随之很大，说明偏析越严重。

本发明的有益效果在于可以定量、精确地评价高碳钢热轧盘条中心偏析。该方法特别适用于评价对中心偏析要求较高的钢种，如含碳量0.72～0.92％的帘线钢和切割钢丝、碳含量为0.82～0.87％的桥梁用镀锌钢丝和钢绞线。

具体实施方案

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：

用本方法表征国内某厂Φ5.5mm 82级别帘线钢中心碳偏析

帘线钢用于制造汽车轮胎用钢帘线。钢帘线由许多细小钢丝合股而成，钢丝直径为Φ0.15～0.38mm。这些钢丝都是由Φ5.5mm帘线钢盘条经过多道次拉拔得到的。盘条偏析严重会造成拉拔过程断丝，影响生产效率。表征帘线钢偏析程度，可以评价帘线钢产品质量好坏，为采购和生产提供指导。国内某厂帘线钢在加工成帘线的过程中，由于中心偏析造成合股过程中多次发生杯锥状断裂。利用本发明的所述方法，表征该82级别帘线钢中心偏析，具体步骤和方法如下：

(1)选用国内某厂82级别帘线钢盘条，其含碳量为0.82wt％，组织为90％索氏体+10％珠光体；

(2)先将盘条矫直，然后利用线切割从盘条中心和半径1/2处各取一个针状的样品，样品尺寸0.5cm×0.5cm×1.5cm，然后用砂纸将其打磨成针尖状，进一步用电解抛光方法将其制备成符合3DAP试验要求的样品；

(3)选取2个样品进行3DAP的试验，盘条中心和半径1/2处样品测试结果分别包含约440万个、1298万个原子，测试到的体积大小分别为55nm×54nm×75nm，70nm×69nm×96nm，分别包含一个渗碳体片层和铁素体区域；

(4)选用碳原子的等浓度面为15at.％，区分出铁素体相和渗碳体相，再利用3DAP自带的数据软件，定量分析得出铁素体中碳元素含量，其中盘条中心和半径1/2处碳原子的百分比浓度分别为0.217at.％、0.0266at.％；

(5)盘条中心和半径1/2处碳的原子百分比浓度的比值为：8.16。说明中心和直径1/2的区域碳元素含量存在较大差别。

以上的分析结果表明，该82级别帘线钢盘条存在严重的中心碳偏析。这和在钢帘线厂家反映该盘条中心偏析严重的结果相一致。

实施例2：

用本方法表征日本新日铁82级别帘线钢中心碳偏析

样品取自于国内某钢帘线厂家从日本新日铁进口的盘条，规格为Φ5.5mm。该盘条在制造钢帘线的过程中，合股断丝率极低，使用性能令人非常满意。利用本发明的所述方法，表征其中心碳偏析，具体步骤和方法如下：

(1)样品为日本新日铁82级别帘线钢，其含碳量为0.82wt％，组织为94％索氏体+6％珠光体；

(3)选取2个样品进行3DAP的试验，盘条中心和半径1/2处样品测试结果分别包含约948万个、3075万个原子，测试到的体积大小分别为54nm×53nm×170nm，64nm×63nm×370nm，分别包含一个渗碳体片层和一个铁素体区域、三个渗碳体片层和四个铁素体区域；

(4)选用碳原子的等浓度面为15at.％，区分出铁素体相和渗碳体相，再利用3DAP自带的数据软件，定量分析得出铁素体中碳元素含量，其中盘条中心和半径1/2处碳的原子百分比浓度分别为0.0339at.％、0.0343at.％；

(5)盘条中心和半径1/2处碳的原子百分比浓度比值为：0.988。说明盘条中心和半径1/2处碳元素含量相近。

以上的分析结果表明，新日铁82级别帘线钢盘条不存在中心碳偏析，这和在钢帘线厂家反映该盘条在合股过程断丝率非常低的现象相一致。

Claims

1.一种表征高碳钢盘条中心偏析的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)样品和取样位置

(2)检测过程和数据处理

(3)中心偏析的定量化评价

2.根据权利要求1所述的表征高碳钢盘条中心偏析的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的偏析严重处为盘条中心处。

3.根据权利要求1所述的表征高碳钢盘条中心偏析的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的无偏析处为盘条1/4半径到3/4半径之间的某处。

4.根据权利要求1所述的表征高碳钢盘条中心偏析的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的等浓度面分析方法中等浓度面的碳原子浓度选取范围为5～20at％。