CN105021534A - 一种检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法 - Google Patents

Abstract

一种检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法，属于金属热处理检测方法技术领域，用于快速检测20CrMnTi钢实施淬火工艺后的内部组织构成及相关组织含量。其技术方案是：检测得到的20CrMnTi钢中C、Si、Mn、Cr、Ti元素的质量百分含量以及该钢种实施奥氏体化工艺后的晶粒度等级、奥氏体化温度，根据组织含量检测模型，计算出与上述参数相关的距淬火表面9mm和15mm处的各类组织含量，再根据相关组织含量的大小，确定该组织的存在。本发明打破了传统的检测方法，检测快速、准确，对技术人员及时确定20CrMnTi淬火表面以下的组织构成及相关含量，并针对该钢种开展相关的淬火工艺优化具有十分重要的意义。

Description

一种检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法

技术领域

本发明涉及一种快速检测20CrMnTi系列钢(简称：20CrMnTi)实施淬火工艺后的内部组织构成及相关组织含量的方法，属于金属热处理检测方法技术领域。

背景技术

20CrMnTi是一种性能良好的渗碳钢，其淬透性较高，经淬火工艺处理后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性和较好的焊接性能，正火后可切削性良好，被广泛应用于齿轮，轴类，活塞类零配件以及汽车，飞机各种特殊零件部位。

对于工艺技术人员而言，距淬火表面以下9mm和15mm处的淬透性能是他们十分关心的结果，它能够很好地反映出20CrMnTi淬透性能的整体效果。通常，20CrMnTi的淬透性能指标主要由其淬火区域内的硬度和内部组织的种类和相应含量所决定，而淬火区域的硬度通常也是由该区域的组织构成和相关构成比例决定的。因此，在生产过程中或是工艺研发过程中，及时确定20CrMnTi淬火表面以下9mm和15mm位置处的组织构成及相关含量，对于技术人员及时了解该钢种的淬火效果，并针对该钢种开展相关的淬火工艺优化具有十分重要的意义。

目前技术人员确定20CrMnTi实施淬火工艺后内部各类组织构成及含量的主要方法是物理检测法，即：首先对20CrMnTi的淬火区域进行取样处理，通过切割、打磨、抛光、腐蚀等一系列操作，制备出合适的金相式样；然后利用金相显微镜对金相试样切面上的组织进行观察，根据组织的形态，再结合着钢中化学成分的含量以及淬火工艺等辅助数据，分析出组织的种类；然后在此基础上，利用灰度法，分析出相应组织的含量。

物理检测法尽管能够分析出20CrMnTi淬火区域的组织种类及含量，但该种方法实施起来较为繁琐，且分析周期较长，因此往往不能够满足生产现场优化工艺的需要。此外，检测结果的准确性往往还会受到金相式样制备质量的制约，因此该方法对技术人员的制样水平要求较高。

由于目前的检测方法不能生产快速发展的需求，制约了20CrMnTi热处理工艺的优化，十分有必要进行改进和创新，有效提高20CrMnTi热处理工艺的水平。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法，这种检测方法无需通过相应的淬火试验，即可快速检测20CrMnTi系列钢实施淬火工艺后的内部各类组织构成及相关组织含量，这种方法主要考虑了20CrMnTi中重要化学成分与实施奥氏体化工艺后的钢中晶粒度等级(简称：晶粒度等级)和淬火前的奥氏体化温度(简称：奥氏体化温度)之间的交互性作用对20CrMnTi系列钢实施淬火工艺后的组织种类及含量的影响，从而精确得出20CrMnTi系列钢实施淬火工艺后距离淬火表面分别为9mm和15mm位置处不同组织的含量，再根据相关组织含量的大小，确定该组织的存在。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法，它采用以下步骤进行：

1.利用直读光谱仪对20CrMnTi系列钢中的C、Si、Mn、Cr、Ti元素的质量百分含量进行精确测定；

2.对20CrMnTi晶粒等级进行评估，评估方法采用以下两种之一：

(1)利用金相显微镜对试验钢内部的晶粒尺寸进行检测，并根据检测结果，按照ASTM E112-77标准，得到相应的晶粒度等级；

(2)将试样奥氏体化的温度和保温时间信息传输入20CrMnTi钢淬透性硬度检测系统中，根据内部的晶粒尺寸模型，得出相应的晶粒尺寸，并根据晶粒尺寸的大小，按照ASTM E112-77标准，得出20CrMnTi钢的晶粒度等级，其晶粒尺寸模型为：

式中：D为奥氏体晶粒尺寸，mm；T为加热温度，℃；t为加热时间，s；

3.将检测得到的20CrMnTi钢中C、Si、Mn、Cr、Ti元素的质量百分含量以及该钢种实施奥氏体化工艺后的晶粒度等级、奥氏体化温度代入到20CrMnTi系列钢淬火区组织种类及含量检测系统中，根据其内置的组织含量检测模型，计算出与上述输入参数相关的距淬火表面9mm和15mm处的各类组织含量；

4.根据所计算出的各类组织的质量百分含量结果，最终确定此类组织是否存在，即：当某类组织的质量百分含量结果大于零，则表明此类组织存在于淬火去所对应的位置内；反之，则表明此类组织不存在于淬火去所对应的位置内。

上述检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法，各类组织含量检测模型分别为距淬火表面9mm位置处的各类组织含量和距淬火表面15mm位置处的各类组织含量，在计算公式中，C为钢中碳质量百分含量，％；Si为钢中硅元素的质量百分含量，％；Mn为钢中锰元素的质量百分含量，％；Cr为钢中铬元素的质量百分含量，％；Ti为钢中钛元素的质量百分含量，％；Ti为钢中钛元素的质量百分含量，％；T为奥氏体化加热温度，℃；G为实施奥氏体化工艺后的晶粒度等级；

距淬火表面9mm位置处的各类组织含量分别为马氏体含量M9，％、贝氏体含量B9，％、铁素体含量F9，％、珠光体含量P9，％、残余奥氏体含量A9，％，它们的计算公式如下：

M₉＝(0.881+5.764·C+0.420·Si-3.245·Mn+1.554·Cr-1.353·Ti+0.327·G

-0.00339·T+3.395·C·Si+1.227·C·Mn+0.668·C·Cr+0.465·C·Ti

-0.570·C·G-0.00352·C·T+0.656·Si·Mn+0.488·Si·Cr-0.168·Si·Ti

-0.216·Si·G-0.000238·Si·T+0.157·Mn·Cr+0.971·Mn·Ti

-0.128·Mn·G+0.00438·Mn·T+0.0362·Cr·Ti-0.144·Cr·G

-6.803×10^-4·Cr·T)·100

B₉＝(0.0933-6.386·C-2.200·Si+4.260·Mn-1.725·Cr+0.403·Ti-0.435·G

+0.00356·T-0.210·C·Si-2.161·C·Mn-1.101·C·Cr+1.223·C·Ti

+0.671·C·G+0.00517·C·T-0.336·Si·Mn+0.0307·Si·Cr+0.411·Si·Ti

+0.198·Si·G+0.000571·Si·T-0.155·Mn·Cr-0.794·Mn·Ti+0.163·Mn·G

-0.00538·Mn·T+0.0578·Cr·Ti+0.167·Cr·G+0.000836·Cr·T)·100

F₉＝(0.0403+0.612·C+1.782·Si-1.023·Mn+0.165·Cr+0.953·Ti+0.108·G

-1.758×10^-4·T-3.193·C·Si+0.937·C·Mn+0.439·C·Cr-1.679·C·Ti

-0.101·C·G-0.00165·C·T-0.317·Si·Mn-0.517·Si·Cr-0.240·Si·Ti

+0.0176·Si·G-3.380×10^-4·Si·T-0.00272·Mn·Cr-0.180·Mn·Ti

-0.0344·Mn·G+0.00101·Mn·T-0.0949·Cr·Ti-0.0223·Cr·G

-1.519×10^-4·Cr·T)·100

P₉＝(-0.0171+0.00617·C-0.00370·Si+0.0125·Mn+0.00475·Cr-0.00422·Ti

+0.000355·G+1.438×10^-5·T+0.00595·C·Si-0.00566·C·Mn

-0.00782·C·Cr-0.00387·C·Ti+0.000870·C·G+3.272×10^-6·C·T

-0.00234·Si·Mn-0.00170·Si·Cr-0.00156·Si·Ti+0.000372·Si·G

+5.794×10^-6·Si·T+0.000583·Mn·Cr+0.00322·Mn·Ti

-3.837×10^-4·Mn·G-1.117×10^-5·Mn·T+0.00138·Cr·Ti

-8.314×10^-5·Cr·G-3.418×10^-6·Cr·T)·100

A₉＝(0.00934-0.0115·C+0.00132·Si-0.00769·Mn+0.000796·Cr-0.00145·Ti

+0.000349·G-1.404×10^-5·T+0.000698·C·Si+0.00105·C·Mn

+0.000649·C·Cr+0.00226·C·Ti-8.995×10^-4·C·G+2.010×10^-5·C·T

-1.946×10^-4·Si·Mn+3.161×10^-4·Si·Cr-5.104×10^-4·Si·Ti

-1.170×10^-4·Si·G+2.188×10^-7·Si·T-6.837×10^-5·Mn·Cr

+0.000911·Mn·Ti-1.156×10^-4·Mn·G+9.875×10^-6·Mn·T

-2.798×10^-4·Cr·Ti-7.170×10^-5·Cr·G-1.250×10^-7·Cr·T)·100

距淬火表面15mm位置处的各类组织含量分别为马氏体含量M15，％、贝氏体含量B15，％、铁素体含量F15，％、珠光体含量P15，％、残余奥氏体含量A15，％，它们的计算公式如下：

M₁₅＝(-2.220+7.691·C+1.825·Si-1.058·Mn+1.188·Cr+1.011·Ti+0.278·G

-0.000354·T-2.349·C·Si-0.217·C·Mn-0.446·C·Cr-2.079·C·Ti

-0.382·C·G-0.00315·C·T+0.134·Si·Mn+0.0652·Si·Cr-0.817·Si·Ti

-0.132·Si·G-0.00036516·Si·T+0.230·Mn·Cr-0.0886·Mn·Ti

-0.0923·Mn·G+0.00187·Mn·T-0.338·Cr·Ti-0.0888·Cr·G

-5.951×10^-4·Cr·T)·100

B₁₅＝(2.36953-4.985·C-3.231·Si+1.006·Mn-0.902·Cr-1.332·Ti-0.302·G

+0.00110·T+4.373·C·Si+0.306·C·Mn+0.571·C·Cr+2.892·C·Ti

+0.366·C·G+0.000563·C·T+0.236·Si·Mn+0.385·Si·Cr+0.755·Si·Ti

+0.112·Si·G+0.000658·Si·T-0.0341·Mn·Cr+0.0726·Mn·Ti+0.0874·Mn·G

-0.00179·Mn·T+0.253·Cr·Ti+0.0888·Cr·G+0.000123·Cr·T)·100

F₁₅＝(0.958-2.682·C+1.420·Si-0.0273·Mn-0.332·Cr+0.343·Ti+0.0215·G

-8.229×10^-4·T-2.082·C·Si-0.0361·C·Mn-0.0616·C·Cr-0.771·C·Ti

+0.00931·C·G+0.00247·C·T-0.350·Si·Mn-0.435·Si·Cr+0.0756·Si·Ti

+0.0169·Si·G-3.267×10^-4·Si·T-0.202·Mn·Cr+0.00315·Mn·Ti

+0.00764·Mn·G-2.428×10^-5·Mn·T+0.0704·Cr·Ti+0.000783·Cr·G

+0.000509·Cr·T)·100

P₁₅＝(-0.102-0.0254·C-0.0151·Si+0.0772·Mn+0.0433·Cr-0.0208·Ti+0.000239·G

+7.559×10^-5·T+0.0577·C·Si-0.0525·C·Mn-0.0647·C·Cr-0.0391·C·Ti

+0.00681·C·G+0.000123·C·T-0.0194·Si·Mn-0.0161·Si·Cr-0.0126·Si·Ti

+0.00256·Si·G+3.439×10^-5·Si·T+0.00571·Mn·Cr+0.0121·Mn·Ti-0.00267·Mn·G

-6.466×10^-5·Mn·T+0.0134·Cr·Ti-7.402×10^-4·Cr·G-3.323×10^-5·Cr·T)·100

A₁₅＝(-0.000387+0.0169·C+0.00160·Si-0.00455·Mn+0.000672·Cr+0.00280·Ti

+0.000129·G-8.468×10^-7·T-0.000146·C·Si+0.00182·C·Mn+0.000274·C·Cr

-0.00264·C·Ti-2.917×10^-4·C·G-1.854×10^-5·C·T-8.214×10^-5·Si·Mn

-5.464×10^-4·Si·Cr-0.0025·Si·Ti-3.250×10^-5·Si·G-4.375×10^-7·Si·T

+0.0000143·Mn·Cr-2.619×`0<sup>-4</sup>·Mn·T-4.714×`0^-5·Mn·G+5.321×`0^-6·Mn·T

-0.00140·Cr·T-2.393×10^-5·Cr·G-3.214×10^-7·Cr·T)·100

本发明的有益效果是：

本发明的检测方法充分考虑C元素、Si元素、Mn元素、Cr元素、Ti元素、晶粒度等级、奥氏体化温度的单因素作用和两两之间的交互性作用对实施淬火工艺后的20CrMnTi内部的组织含量的影响，通过将检测得到的20CrMnTi钢中C、Si、Mn、Cr、Ti元素的质量百分含量以及该钢种实施奥氏体化工艺后的晶粒度等级、奥氏体化温度代入到20CrMnTi系列钢淬火区组织种类及含量检测系统中，根据其内置的组织含量检测模型，计算出与上述输入参数相关的距淬火表面9mm和15mm处的各类组织含量，再根据相关组织含量的大小，确定该组织的存在。这种检测方法无需通过相应的淬火试验，即可快速检测20CrMnTi系列钢实施淬火工艺后的内部各类组织构成及相关组织含量。

本发明是检测20CrMnTi系列钢实施淬火工艺后的内部各类组织构成及相关组织含量的一种创新，打破了传统的淬火后钢内部各类组织构成及相关组织含量的的检测方法，检测快速、准确，可以有效地满足生产现场优化工艺的需要，对技术人员及时确定20CrMnTi淬火表面以下9mm和15mm位置处的组织构成及相关含量，及时了解该钢种的淬火效果，并针对该钢种开展相关的淬火工艺优化具有十分重要的意义。

具体实施方式

本发明的具体方法是：

1.首先利用直读光谱仪对20CrMnTi系列钢中的C、Si、Mn、Cr、Ti元素的质量百分含量进行精确测定。

2.然后对20CrMnTi晶粒等级进行评估。本发明提供了两种评级的方法：

第一种方法是利用金相显微镜对试验钢内部的晶粒尺寸进行检测，并根据检测结果，按照ASTM E112-77标准，得到相应的晶粒度等级。

ASTM E112-77标准是一套美国用于测定试验钢内部晶粒度等级的方法。我国依照该美标，指定了GB/T6394-2002标准(即：中国质量监督检验总局所发布的金属平均晶粒度测定方法)，其判断方法与美标相同。

利用金相显微镜判断试验钢内部晶粒度等级的方法主要是：将金相显微镜的放大倍数调整到ASTM E112-77标准所要求的放大倍数，然后对试验钢检测截面进行光镜检测，并选取有代表性视场的显微照片与标准所提供的晶粒度标准评级图进行人工比对，通过相似性原则，人工判断出试验钢内部的晶粒度等级。

第二种方法是将试样奥氏体化的温度和保温时间信息传输入20CrMnTi钢淬透性硬度检测系统中，根据内部的晶粒尺寸模型(也称为：晶粒平均直径)，得出相应的晶粒尺寸，并根据晶粒尺寸的大小，按照ASTM E112-77标准，得出20CrMnTi钢的晶粒度等级。其晶粒尺寸模型为：

式中：D为奥氏体晶粒尺寸，mm；T为加热温度，℃；t为加热时间，s。

在计算出试验钢内部的晶粒，根据标准中所提供的晶粒尺寸与晶粒度等级之间的对应关系，按照如下判断原则，分析出相应的试验钢内部晶粒度等级：

当晶粒尺寸D＜3.3μm，晶粒度等级G＝14.5级；当3.3μm≤晶粒尺寸D＜4.0μm，晶粒度等级G＝13.5级；当4.0μm≤晶粒尺寸D＜4.7μm，晶粒度等级G＝13.0级；当4.7μm≤晶粒尺寸D＜5.6μm，晶粒度等级G＝12.5级；当5.6μm≤晶粒尺寸D＜6.7μm，晶粒度等级G＝12.0级；当6.7μm≤晶粒尺寸D＜7.9μm，晶粒度等级G＝11.5级；当7.9μm≤晶粒尺寸D＜9.4μm，晶粒度等级G＝11.0级；当9.4μm≤晶粒尺寸D＜11.2μm，晶粒度等级G＝10.5级；当11.2μm≤晶粒尺寸D＜13.3μm，晶粒度等级G＝10.0级；当13.3μm≤晶粒尺寸D＜15.9μm，晶粒度等级G＝9.5级；当15.9μm≤晶粒尺寸D＜18.9μm，晶粒度等级G＝9.0级；当18.9μm≤晶粒尺寸D＜22.5μm，晶粒度等级G＝8.5级；当22.5μm≤晶粒尺寸D＜26.7μm，晶粒度等级G＝8.0级；当26.7μm≤晶粒尺寸D＜31.8μm，晶粒度等级G＝7.5级；当31.8μm≤晶粒尺寸D＜37.8μm，晶粒度等级G＝7.0级；当37.8μm≤晶粒尺寸D＜44.9μm，晶粒度等级G＝6.5级；当44.9μm≤晶粒尺寸D＜53.4μm，晶粒度等级G＝6.0级；当53.4μm≤晶粒尺寸D＜63.5μm，晶粒度等级G＝5.5级；当63.5μm≤晶粒尺寸D＜75.5μm，晶粒度等级G＝5.0级；当75.5μm≤晶粒尺寸D＜89.8μm，晶粒度等级G＝4.5级；当89.8μm≤晶粒尺寸D＜106.8μm，晶粒度等级G＝4.0级；当106.8μm≤晶粒尺寸D＜127.0μm，晶粒度等级G＝3.5级；当127.0μm≤晶粒尺寸D＜151.0μm，晶粒度等级G＝3.0级；当151.0μm≤晶粒尺寸D＜179.6μm，晶粒度等级G＝2.5级；当179.6μm≤晶粒尺寸D＜213.6μm，晶粒度等级G＝2.0级；当213.6μm≤晶粒尺寸D＜254.0μm，晶粒度等级G＝1.5级；当254.0μm≤晶粒尺寸D＜302.1μm，晶粒度等级G＝1.0级；当302.1μm≤晶粒尺寸D＜359.2μm，晶粒度等级G＝0.5级。

3.计算出距淬火表面9mm和15mm处的各类组织含量。在计算公式中，C为钢中碳质量百分含量，％；Si为钢中硅元素的质量百分含量，％；Mn为钢中锰元素的质量百分含量，％；Cr为钢中铬元素的质量百分含量，％；Ti为钢中钛元素的质量百分含量，％；Ti为钢中钛元素的质量百分含量，％；T为奥氏体化加热温度，℃；G为实施奥氏体化工艺后的晶粒度等级；

距淬火表面9mm位置处的各类组织含量分别为马氏体含量M9，％、贝氏体含量B9，％、铁素体含量F9，％、珠光体含量P9，％、残余奥氏体含量A9，％，它们的计算公式如下：

M₉＝(0.881+5.764·C+0.420·Si-3.245·Mn+1.554·Cr-1.353·Ti+0.327·G

-0.00339·T+3.395·C·Si+1.227·C·Mn+0.668·C·Cr+0.465·C·Ti

-0.570·C·G-0.00352·C·T+0.656·Si·Mn+0.488·Si·Cr-0.168·Si·Ti

-0.216·Si·G-0.000238·Si·T+0.157·Mn·Cr+0.971·Mn·Ti

-0.128·Mn·G+0.00438·Mn·T+0.0362·Cr·Ti-0.144·Cr·G

-6.803×10^-4·Cr·T)·100

B₉＝(0.0933-6.386·C-2.200·Si+4.260·Mn-1.725·Cr+0.403·Ti-0.435·G

+0.00356·T-0.210·C·Si-2.161·C·Mn-1.101·C·Cr+1.223·C·Ti

+0.671·C·G+0.00517·C·T-0.336·Si·Mn+0.0307·Si·Cr+0.411·Si·Ti

+0.198·Si·G+0.000571·Si·T-0.155·Mn·Cr-0.794·Mn·Ti+0.163·Mn·G

-0.00538·Mn·T+0.0578·Cr·Ti+0.167·Cr·G+0.000836·Cr·T)·100

F₉＝(0.0403+0.612·C+1.782·Si-1.023·Mn+0.165·Cr+0.953·Ti+0.108·G

-1.758×10^-4·T-3.193·C·Si+0.937·C·Mn+0.439·C·Cr-1.679·C·Ti

-0.101·C·G-0.00165·C·T-0.317·Si·Mn-0.517·Si·Cr-0.240·Si·Ti

+0.0176·Si·G-3.380×10^-4·Si·T-0.00272·Mn·Cr-0.180·Mn·Ti

-0.0344·Mn·G+0.00101·Mn·T-0.0949·Cr·Ti-0.0223·Cr·G

-1.519×10^-4·Cr·T)·100

P₉＝(-0.0171+0.00617·C-0.00370·Si+0.0125·Mn+0.00475·Cr-0.00422·Ti

+0.000355·G+1.438×10^-5·T+0.00595·C·Si-0.00566·C·Mn

-0.00782·C·Cr-0.00387·C·Ti+0.000870·C·G+3.272×10^-6·C·T

-0.00234·Si·Mn-0.00170·Si·Cr-0.00156·Si·Ti+0.000372·Si·G

+5.794×10^-6·Si·T+0.000583·Mn·Cr+0.00322·Mn·Ti

-3.837×10^-4·Mn·G-1.117×10^-5·Mn·T+0.00138·Cr·Ti

-8.314×10^-5·Cr·G-3.418×10^-6·Cr·T)·100

A₉＝(0.00934-0.0115·C+0.00132·Si-0.00769·Mn+0.000796·Cr-0.00145·Ti

+0.000349·G-1.404×10^-5·T+0.000698·C·Si+0.00105·C·Mn

+0.000649·C·Cr+0.00226·C·Ti-8.995×10^-4·C·G+2.010×10^-5·C·T

-1.946×10^-4·Si·Mn+3.161×10^-4·Si·Cr-5.104×10^-4·Si·Ti

-1.170×10^-4·Si·G+2.188×10^-7·Si·T-6.837×10^-5·Mn·Cr

+0.000911·Mn·Ti-1.156×10^-4·Mn·G+9.875×10^-6·Mn·T

-2.798×10^-4·Cr·Ti-7.170×10^-5·Cr·G-1.250×10^-7·Cr·T)·100

距淬火表面15mm位置处的各类组织含量分别为马氏体含量M15，％、贝氏体含量B15，％、铁素体含量F15，％、珠光体含量P15，％、残余奥氏体含量A15，％，它们的计算公式如下：

M₁₅＝(-2.220+7.691·C+1.825·Si-1.058·Mn+1.188·Cr+1.011·Ti+0.278·G

-0.000354·T-2.349·C·Si-0.217·C·Mn-0.446·C·Cr-2.079·C·Ti

-0.382·C·G-0.00315·C·T+0.134·Si·Mn+0.0652·Si·Cr-0.817·Si·Ti

-0.132·Si·G-0.00036516·Si·T+0.230·Mn·Cr-0.0886·Mn·Ti

-0.0923·Mn·G+0.00187·Mn·T-0.338·Cr·Ti-0.0888·Cr·G

-5.951×10^-4·Cr·T)·100

B₁₅＝(2.36953-4.985·C-3.231·Si+1.006·Mn-0.902·Cr-1.332·Ti-0.302·G

+0.00110·T+4.373·C·Si+0.306·C·Mn+0.571·C·Cr+2.892·C·Ti

+0.366·C·G+0.000563·C·T+0.236·Si·Mn+0.385·Si·Cr+0.755·Si·Ti

+0.112·Si·G+0.000658·Si·T-0.0341·Mn·Cr+0.0726·Mn·Ti+0.0874·Mn·G

-0.00179·Mn·T+0.253·Cr·Ti+0.0888·Cr·G+0.000123·Cr·T)·100

F₁₅＝(0.958-2.682·C+1.420·Si-0.0273·Mn-0.332·Cr+0.343·Ti+0.0215·G

-8.229×10^-4·T-2.082·C·Si-0.0361·C·Mn-0.0616·C·Cr-0.771·C·Ti

+0.00931·C·G+0.00247·C·T-0.350·Si·Mn-0.435·Si·Cr+0.0756·Si·Ti

+0.0169·Si·G-3.267×10^-4·Si·T-0.202·Mn·Cr+0.00315·Mn·Ti

+0.00764·Mn·G-2.428×10^-5·Mn·T+0.0704·Cr·Ti+0.000783·Cr·G

+0.000509·Cr·T)·100

P₁₅＝(-0.102-0.0254·C-0.0151·Si+0.0772·Mn+0.0433·Cr-0.0208·Ti+0.000239·G

+7.559×10^-5·T+0.0577·C·Si-0.0525·C·Mn-0.0647·C·Cr-0.0391·C·Ti

+0.00681·C·G+0.000123·C·T-0.0194·Si·Mn-0.0161·Si·Cr-0.0126·Si·Ti

+0.00256·Si·G+3.439×10^-5·Si·T+0.00571·Mn·Cr+0.0121·Mn·Ti-0.00267·Mn·G

-6.466×10^-5·Mn·T+0.0134·Cr·Ti-7.402×10^-4·Cr·G-3.323×10^-5·Cr·T)·100

A₁₅＝(-0.000387+0.0169·C+0.00160·Si-0.00455·Mn+0.000672·Cr+0.00280·Ti

+0.000129·G-8.468×10^-7·T-0.000146·C·Si+0.00182·C·Mn+0.000274·C·Cr

-0.00264·C·Ti-2.917×10^-4·C·G-1.854×10^-5·C·T-8.214×10^-5·Si·Mn

-5.464×10^-4·Si·Cr-0.0025·Si·Ti-3.250×10^-5·Si·G-4.375×10^-7·Si·T

+0.0000143·Mn·Cr-2.619×`0<sup>-4</sup>·Mn·T-4.714×`0^-5·Mn·G+5.321×`0^-6·Mn·T

-0.00140·Cr·T-2.393×10^-5·Cr·G-3.214×10^-7·Cr·T)·100

4.根据系统所计算出的各类组织的质量百分含量结果，最终确定此类组织是否存在，即：当某类组织的质量百分含量结果大于零，则表明此类组织存在于淬火去所对应的位置内；反之，则表明此类组织不存在于淬火去所对应的位置内。

以下给出具体实施例：

实例1：

分别检测20CrMnTi钢距淬火表面的距离分别为9mm和15mm处的组织种类及含量。该钢种的主要化学成分为：C为0.17％，Si为0.17％，Mn为0.8％，Cr为1.00％，Ti为0.04％；此外，经金相显微镜检测，该钢种试样晶粒度等级被评为8级，奥氏体化温度为860℃，通过以上数据计算得出：

距淬火表面9mm位置处的马氏体含量M9为14.413％，贝氏体含量B9为67.751％，铁素体含量F9为17.802％，珠光体P9含量为0.029％，残余奥氏体A9含量为0.006％。由于M9、B9、F9、A9、均大于零，因此该位置组织主要由马氏体、贝氏体、铁素体、珠光体、残余奥氏体构成。

距淬火表面15mm位置处的马氏体含量M15为0.000％，贝氏体含量B15为69.653％，铁素体含量F15为33.180％，珠光体P15含量为0.265％，残余奥氏体A15含量为0.000％。由于B15、F15、P15大于零，M15和A15等于零，因此该位置组织主要由贝氏体、铁素体、珠光体构成。

实例2：

分别检测20CrMnTi钢距淬火表面的距离分别为9mm和15mm处的组织种类及含量。该钢种的主要化学成分为：C为0.23％，Si为0.17％，Mn为0.8％，Cr为1.35％，Ti为0.10％；此外，该试验钢种的加热温度为950℃，保温时间为2800s，则计算得出该试验钢种内部的平均晶粒尺寸为46.98μm，根据判断准则：当44.9μm≤晶粒尺寸D＜53.4μm，晶粒度等级G＝6.0级，因此该钢种试样晶粒度等级被评为6级，奥氏体化温度为880℃，通过以上数据计算得出：

距淬火表面9mm位置处的马氏体含量M9为38.380％，贝氏体含量B9为51.445％，铁素体含量F9为10.141％，珠光体P9含量为0.014％，残余奥氏体A9含量为0.016％。由于M9、B9、F9、P9、A9均大于零，因此该位置组织主要由马氏体、贝氏体、铁素体、珠光体、残余奥氏体构成。

距淬火表面15mm位置处的马氏体含量M15为6.901％，贝氏体含量B15为74.676％，铁素体含量F15为18.314％，珠光体P15含量为0.103％，残余奥氏体A15含量为0.002％。由于M15、B15、F15、P15、A15均大于零，因此该位置组织主要由马氏体、贝氏体、铁素体、珠光体、残余奥氏体构成。

实例3：

分别检测20CrMnTi钢距淬火表面的距离分别为9mm和15mm处的组织种类及含量。该钢种的主要化学成分为：C为0.23％，Si为0.37％，Mn为1.15％，Cr为1.35％，Ti为0.04％；此外，经金相显微镜检测，该钢种试样晶粒度等级被评为9级，奥氏体化温度为860℃通过以上数据传计算而得出：

距淬火表面9mm位置处的马氏体含量M9为12.589％，贝氏体含量B9为83.973％，铁素体含量F9为3.383％，珠光体P9含量为0.046％，残余奥氏体A9含量为0.000％。由于M9、B9、F9、P9大于零，A9等于零，因此该位置组织主要由马氏体、贝氏体、铁素体、珠光体构成。

距淬火表面15mm位置处的马氏体含量M15为0.844％，贝氏体含量B15为87.486％，铁素体含量F15为11.402％，珠光体P15含量为0.266％，残余奥氏体A15含量为0.002％。由于M15、B15、F15、P15、A15均大于零，因此该位置组织主要由马氏体、贝氏体、铁素体、珠光体、残余奥氏体构成。

Claims (2)

1.一种检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：

a.利用直读光谱仪对20CrMnTi系列钢中的C、Si、Mn、Cr、Ti元素的质量百分含量进行精确测定；

b.对20CrMnTi晶粒等级进行评估，评估方法采用以下两种之一：

(1)利用金相显微镜对试验钢内部的晶粒尺寸进行检测，并根据检测结果，按照ASTM E112-77标准，得到相应的晶粒度等级；

(2)将试样奥氏体化的温度和保温时间信息传输入20CrMnTi钢淬透性硬度检测系统中，根据内部的晶粒尺寸模型，得出相应的晶粒尺寸，并根据晶粒尺寸的大小，按照ASTM E112-77标准，得出20CrMnTi钢的晶粒度等级，其晶粒尺寸模型为：

$D=\sqrt[4]{0.4948\&times;{10}^{14}\&CenterDot;t\&CenterDot;\exp (-\frac{63900}{T+273})}$

式中：D为奥氏体晶粒尺寸，mm；T为加热温度，℃；t为加热时间，s；

c.将检测得到的20CrMnTi钢中C、Si、Mn、Cr、Ti元素的质量百分含量以及该钢种实施奥氏体化工艺后的晶粒度等级、奥氏体化温度代入到20CrMnTi系列钢淬火区组织种类及含量检测系统中，根据其内置的组织含量检测模型，计算出与上述输入参数相关的距淬火表面9mm和15mm处的各类组织含量；

d.根据所计算出的各类组织的质量百分含量结果，最终确定此类组织是否存在，即：当某类组织的质量百分含量结果大于零，则表明此类组织存在于淬火去所对应的位置内；反之，则表明此类组织不存在于淬火去所对应的位置内。

2.根据权利要求1所述的检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法，其特征在于：各类组织含量检测模型分别为距淬火表面9mm位置处的各类组织含量和距淬火表面15mm位置处的各类组织含量，在计算公式中，C为钢中碳质量百分含量，％；Si为钢中硅元素的质量百分含量，％；Mn为钢中锰元素的质量百分含量，％；Cr为钢中铬元素的质量百分含量，％；Ti为钢中钛元素的质量百分含量，％；Ti为钢中钛元素的质量百分含量，％；T为奥氏体化加热温度，℃；G为实施奥氏体化工艺后的晶粒度等级；

距淬火表面9mm位置处的各类组织含量分别为马氏体含量M9，％、贝氏体含量B9，％、铁素体含量F9，％、珠光体含量P9，％、残余奥氏体含量A9，％，它们的计算公式如下：

M₉＝(0.881+5.764·C+0.420·Si-3.245·Mn+1.554·Cr-1.353·Ti+0.327·G

-0.00339·T+3.395·C·Si+1.227·C·Mn+0.668·C·Cr+0.465·C·Ti

-0.570·C·G-0.00352·C·T+0.656·Si·Mn+0.488·Si·Cr-0.168·Si·Ti

-0.216·Si·G-0.000238·Si·T+0.157·Mn·Cr+0.971·Mn·Ti

-0.128·Mn·G+0.00438·Mn·T+0.0362·Cr·Ti-0.144·Cr·G

-6.803×10^-4·Cr·T)·100

B₉＝(0.0933-6.386·C-2.200·Si+4.260·Mn-1.725·Cr+0.403·Ti-0.435·G

+0.00356·T-0.210·C·Si-2.161·C·Mn-1.101·C·Cr+1.223·C·Ti

+0.671·C·G+0.00517·C·T-0.336·Si·Mn+0.0307·Si·Cr+0.411·Si·Ti

+0.198·Si·G+0.000571·Si·T-0.155·Mn·Cr-0.794·Mn·Ti+0.163·Mn·G

-0.00538·Mn·T+0.0578·Cr·Ti+0.167·Cr·G+0.000836·Cr·T)·100

F₉＝(0.0403+0.612·C+1.782·Si-1.023·Mn+0.165·Cr+0.953·Ti+0.108·G

-1.758×10^-4·T-3.193·C·Si+0.937·C·Mn+0.439·C·Cr-1.679·C·Ti

-0.101·C·G-0.00165·C·T-0.317·Si·Mn-0.517·Si·Cr-0.240·Si·Ti

+0.0176·Si·G-3.380×10^-4·Si·T-0.00272·Mn·Cr-0.180·Mn·Ti

-0.0344·Mn·G+0.00101·Mn·T-0.0949·Cr·Ti-0.0223·Cr·G

-1.519×10^-4·Cr·T)·100

P₉＝(-0.0171+0.00617·C-0.00370·Si+0.0125·Mn+0.00475·Cr-0.00422·Ti

+0.000355·G+1.438×10^-5·T+0.00595·C·Si-0.00566·C·Mn

-0.00782·C·Cr-0.00387·C·Ti+0.000870·C·G+3.272×10^-6·C·T

-0.00234·Si·Mn-0.00170·Si·Cr-0.00156·Si·Ti+0.000372·Si·G

+5.794×10^-6·Si·T+0.000583·Mn·Cr+0.00322·Mn·Ti

-3.837×10^-4·Mn·G-1.117×10^-5·Mn·T+0.00138·Cr·Ti

-8.314×10^-5·Cr·G-3.418×10^-6·Cr·T)·100

A₉＝(0.00934-0.0115·C+0.00132·Si-0.00769·Mn+0.000796·Cr-0.00145·Ti

+0.000349·G-1.404×10^-5·T+0.000698·C·Si+0.00105·C·Mn

+0.000649·C·Cr+0.00226·C·Ti-8.995×10^-4·C·G+2.010×10^-5·C·T

-1.946×10^-4·Si·Mn+3.161×10^-4·Si·Cr-5.104×10^-4·Si·Ti

-1.170×10^-4·Si·G+2.188×10^-7·Si·T-6.837×10^-5·Mn·Cr

+0.000911·Mn·Ti-1.156×10^-4·Mn·G+9.875×10^-6·Mn·T

-2.798×10^-4·Cr·Ti-7.170×10^-5·Cr·G-1.250×10^-7·Cr·T)·100

距淬火表面15mm位置处的各类组织含量分别为马氏体含量M15，％、贝氏体含量B15，％、铁素体含量F15，％、珠光体含量P15，％、残余奥氏体含量A15，％，它们的计算公式如下：

M₁₅＝(-2.220+7.691·C+1.825·Si-1.058·Mn+1.188·Cr+1.011·Ti+0.278·G

-0.000354·T-2.349·C·Si-0.217·C·Mn-0.446·C·Cr-2.079·C·Ti

-0.382·C·G-0.00315·C·T+0.134·Si·Mn+0.0652·Si·Cr-0.817·Si·Ti

-0.132·Si·G-0.00036516·Si·T+0.230·Mn·Cr-0.0886·Mn·Ti

-0.0923·Mn·G+0.00187·Mn·T-0.338·Cr·Ti-0.0888·Cr·G

-5.951×10^-4·Cr·T)·100

B₁₅＝(2.36953-4.985·C-3.231·Si+1.006·Mn-0.902·Cr-1.332·Ti-0.302·G

+0.00110·T+4.373·C·Si+0.306·C·Mn+0.571·C·Cr+2.892·C·Ti

+0.366·C·G+0.000563·C·T+0.236·Si·Mn+0.385·Si·Cr+0.755·Si·Ti

+0.112·Si·G+0.000658·Si·T-0.0341·Mn·Cr+0.0726·Mn·Ti+0.0874·Mn·G

-0.00179·Mn·T+0.253·Cr·Ti+0.0888·Cr·G+0.000123·Cr·T)·100

F₁₅＝(0.958-2.682·C+1.420·Si-0.0273·Mn-0.332·Cr+0.343·Ti+0.0215·G

-8.229×10^-4·T-2.082·C·Si-0.0361·C·Mn-0.0616·C·Cr-0.771·C·Ti

+0.00931·C·G+0.00247·C·T-0.350·Si·Mn-0.435·Si·Cr+0.0756·Si·Ti

+0.0169·Si·G-3.267×10^-4·Si·T-0.202·Mn·Cr+0.00315·Mn·Ti

+0.00764·Mn·G-2.428×10^-5·Mn·T+0.0704·Cr·Ti+0.000783·Cr·G

+0.000509·Cr·T)·100

P₁₅＝(-0.102-0.0254·C-0.0151·Si+0.0772·Mn+0.0433·Cr-0.0208·Ti+0.000239·G

+7.559×10^-5·T+0.0577·C·Si-0.0525·C·Mn-0.0647·C·Cr-0.0391·C·Ti

+0.00681·C·G+0.000123·C·T-0.0194·Si·Mn-0.0161·Si·Cr-0.0126·Si·Ti

+0.00256·Si·G+3.439×10^-5·Si·T+0.00571·Mn·Cr+0.0121·Mn·Ti-0.00267·Mn·G

-6.466×10^-5·Mn·T+0.0134·Cr·Ti-7.402×10^-4·Cr·G-3.323×10^-5·Cr·T)·100

A₁₅＝(-0.000387+0.0169·C+0.00160·Si-0.00455·Mn+0.000672·Cr+0.00280·Ti

+0.000129·G-8.468×10^-7·T-0.000146·C·Si+0.00182·C·Mn+0.000274·C·Cr

-0.00264·C·Ti-2.917×10^-4·C·G-1.854×10^-5·C·T-8.214×10^-5·Si·Mn

-5.464×10^-4·Si·Cr-0.0025·Si·Ti-3.250×10^-5·Si·G-4.375×10^-7·Si·T

+0.0000143·Mn·Cr-2.619×`0<sup>-4</sup>·Mn·T-4.714×`0^-5·Mn·G+5.321×`0^-6·Mn·T

-0.00140·Cr·T-2.393×10^-5·Cr·G-3.214×10^-7·Cr·T)·100