CN110057701B - 一种用显微硬度计测量钢铁材料中心偏析的方法 - Google Patents

Abstract

一种用显微硬度计测量钢铁材料中心偏析的方法，属于金相检测技术领域。具体步骤为：先样品制备：试样尺寸h的长、宽、高或直径均为1mm≤h≤50mm；将制备好的样品放到显微镜硬度计载物台上聚焦并使图像清晰显示在区域里；设定显微硬度计载荷；在软件中设置移动步长即压痕间距L的为50～500微米；打压压痕；完成后测量其显微硬度并记录距边部的距离；绘制硬度‑距离曲线；根据曲线确定中心偏析的区域。优点在于，能够快速、直观地分析出钢铁材料的中心偏析，可广泛应用于线材、钢筋、双相钢板材及一些中厚板试样等钢种，效果良好。

Description

一种用显微硬度计测量钢铁材料中心偏析的方法

技术领域

本发明属于金相检测技术领域，特别涉及一种用显微硬度计测量钢铁材料中心偏析的方法。

背景技术

钢铁材料偏析是由于液态钢在浇注凝固时位于铸坯中心部位的碳、磷、硫、锰等元素集聚变化而使含量升高的偏析现象。一般来说偏析是不可避免的。但随着中心偏析程度的加重,对钢的生产和性能会产生越来越大的影响。因此随着钢铁产量的日益增多,控制其中心偏析的形成，科学地评定中心偏析,是提高钢铁产品质量的重要保证。目前关于钢材中心偏析的评定有多种方法，如标准YB/T4413-2014是关于高碳钢中心偏析的金相评定方法。方法中试样经过磨制抛光后按偏析形态划分了三类，按偏析程度划分了0～4个级别，再按图谱比较法评级。在低倍侵蚀试验中，标准YB4002、YB4003中均有对中心偏析的显示和评定方法。标准中是对比评级图谱，根据试样心部腐蚀的暗斑大小评定。此外还有电子探针元素定量法。此方法是在试样制备抛光后，采用元素面或线分析的方法，扫描一个视场面积或视场内一条直线，得出视场内或一条线上的元素变化。综上各种方法，关于偏析的评定多是依据侵蚀后中心偏析的形态及偏析程度进行图谱对比评级，或者是测试元素成分进行中心偏析评定。图谱对比评定的方法虽容易操作，但对偏析的程度很难界定，评定的级别很难分清；且其中一个方法只适用于高碳线材产品，无法运用此方法检验板材产品。电子探针方法虽然能显示元素含量分布，但其分析的视场较小，最大面积只能分析以几百平方毫米左右的面积；同时易受使用设备的制约，因为由于电子探针安装条件的限制和价格昂贵，有些质检部门不配备电子探针，无法使用此方法进行中心偏析测试。

发明内容

本发明目的在于提供一种用显微硬度计测量钢铁材料中心偏析的方法，解决了现有方法测量不直观、耗时长，分析不准确的问题。

一种用显微硬度计测量钢铁材料中心偏析的方法，具体步骤及参数如下：

1、样品制备：样品的形状不规则，样品试验面及其试验面的对应面需要保持平行；试样尺寸h的范围：长、宽、高或直径均为1mm≤h≤50mm；试样较小无法直接磨制时，先将样品进行镶嵌后再磨制和抛光，然后用2％～5％硝酸酒精溶液侵蚀10～15秒，用吹风机吹干备用；

2、将制备好的样品放到显微镜硬度计载物台上，聚焦并使图像清晰地出现在图像显示区域里；

3、设定显微硬度计载荷，范围10g～500g；

4、在显微硬度计配套的操作软件中设置载物台的移动步长，即压痕间距L的范围为50～500微米；

5、压痕的打压方法：沿直线从试样的一边开始打压压痕，一直打到试样的另一边；压痕打完后，测试每个压痕对应的显微硬度值。试验打压压痕时，沿着试样长或宽的方向进行试验，把试验时所有压痕经过的总长度设为d；当试样长或宽的尺寸等于d时，而0＜d＜5mm，压痕密集打压，压痕间距为50﹤L≤200微米；当试样长或宽的尺寸等于d，而5≤d≤50mm的样品，压痕稀疏打压，压痕间距L为200﹤L≤500微米；

6、根据打完后压痕，测量其显微硬度并记录距边部的距离；由于显微硬度计的测量软件不同，根据不同软件采用打压完一个压痕测试一个压痕对应的显微硬度值，或在压痕完全打完后再一起测量显微硬度；依据元素偏析会引起材料微观组织的变化，不同微观组织的显微硬度不同，试样的不同区域会出现不同的显微硬度；沿试验时所有压痕经过的总长度汇总硬度和距离数据，绘制硬度-距离曲线；

通过硬度-距离曲线明显看出：在整个硬度曲线上，不同距离内显微硬度的差异变化，会出现高低起伏，但整体比较稳定，硬度高的位置存在偏析；一般试样基体组织的显微硬度较低，心部偏析区域硬度较基体硬度会升高，且硬度开始升高的点即为中心偏析开始的位置，且硬度开始降低的点即为中心偏析结束的位置，由此确定中心偏析的区域——硬度明显高于基体显微硬度的区域为中心偏析。

另外，使用实验侵蚀后的试样，中心组织会出现不同程度的侵蚀形态，这样会初步了解试样是否存在偏析区域，之后和后续的硬度-距离曲线进行对应。

本发明主要根据钢铁在同样冷却条件和工艺下，由于化学成分的偏析而形成不同组织进行的试验。各种钢铁材料组织的显微硬度不同，如铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体的显微硬度是不同的，一般贝氏体和马氏体硬度较高，而这些组织的形成又和化学成分偏析有关。且同一试样的不同区域由于化学成分不同也会引起硬度的变化。

本方法优点在于：能够快速、直观地分析出钢铁材料的中心偏析，对评价中心偏析对组织及性能的影响有一定的帮助。可广泛应用于线材82B、70#等、HRB400钢筋、双相钢板材及一些中厚板试样等钢种，效果良好。

附图说明

图1为82B试样的硬度-距离曲线图。

图2为82B试样横截面中心偏析区域示意图。

图3为DP980试样的硬度-距离曲线图。

图4为DP980试样中心偏析区域示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

实施例1

一种用显微硬度计测量高碳钢82B试样的中心偏析的方法具体步骤及参数如下：

1、样品制备：本实施例样品为高碳钢82B，含碳量为0.81％。试样为圆柱体，测试面为试样的横截面。横截面为圆形，直径12mm，试样组织主要为索氏体组织。将样品横截面进行镶嵌、磨制和抛光，然后用4％硝酸酒精溶液侵蚀数10秒用吹风机吹干备用；

2、将制备好的高碳钢82B试样放到显微镜硬度计载物台上，聚焦并使组织图像清晰地出现在图像显示区域里；

3、设定显微硬度计载荷，这里选200g；

4、在日本恒一EVERONE SVDM4软件中设置载物台的移动步长，及压痕间距L为300微米；

5、由于试样横截面为圆形，先在边部的300微米处打压第一个压痕，然后沿着通过试样中心的直线打到试样的另一边；打完压痕，测量其显微硬度并记录距边部的距离；

6、压痕打完后，汇总硬度和距离数据，绘制高碳钢82B试样的硬度-距离曲线图，如图1所示：在整个硬度曲线上，边部碳含量不稳定，硬度较低，随后硬度升高并逐渐在距离边部5mm内趋于稳定，此稳定的硬度值可看作盘条基体组织、无偏析组织的硬度值；当距离边部约5.1mm时，硬度显著上升；当硬度到达峰值后，硬度下降，硬度的峰值位置说明是高碳钢82B试样横截面心部偏析最严重的位置；在距离边部约8.1mm时，硬度慢慢趋于稳定；高碳钢82B试样的硬度-距离曲线说明在距离边部约5.1mm～8.1mm区间内，是高碳钢82B试样横截面中心偏析的区域。按此方法沿通过中心的不同方向的直线进行硬度测试，则会探测偏析区域示意图见图2，大圆代表高碳钢82B试样的横截面，心部灰色面积为中心偏析面积，箭头为沿直线打压压痕的方向。

实施例2

一种用显微硬度计测量DP980钢中心偏析的方法具体步骤及参数如下：

1、样品制备：本实施例样品为DP980试样，试样面为试样的截面，试样宽度为4mm，长为10mm，组织为铁素体和马氏体，将样品进行镶嵌、磨制和抛光，然后用4％硝酸酒精溶液侵蚀数10秒用吹风机吹干备用；

2、将制备好的DP980样品放到显微镜硬度计载物台上，聚焦并使组织图像清晰地出现在图像显示区域里；

3、设定显微硬度计载荷，这里选200g；

4、在日本恒一EVERONE SVDM4软件中设置载物台的移动步长为200微米；

5、DP980钢样品截面为长方形，硬度试验需要沿试样宽度从样品一个边部的200微米处打压第一个压痕，以直线方式打到试样的另一边；打完压痕，测量其显微硬度并记录压痕距离；DP980钢样品宽度尺寸较小，尽量设置小的压痕间距，打压较多的压痕，便于得到合理的硬度-距离曲线；

6、压痕打完后，汇总硬度和距离数据，绘制DP980钢的硬度-距离曲线图，如下图3：在整个硬度曲线上，当距离边部约1.6mm时，硬度开始显著上升。当硬度到达峰值后，硬度下降，硬度的峰值位置说明是DP980钢心部偏析最严重的位置；在距离边部约1.6mm时，硬度慢慢趋于稳定；DP980钢的硬度-距离曲线说明在距离边部约1.6mm～2.6mm区域内，是DP980钢宽度方向中心偏析的区域，偏析区域示意图见图4；大的长方形代表DP980钢的截面，心部灰色面积为中心偏析面积，箭头为沿直线打压压痕的方向。

Claims (2)

1.一种用显微硬度计测量钢铁材料中心偏析的方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：

1)样品制备：样品的形状不规则，样品试验面及其试验面的对应面需要保持平行；试样尺寸h的范围：长、宽、高或直径均为1mm≤h≤50mm；试样小无法直接磨制时，先将样品进行镶嵌后再磨制和抛光，然后用2％～5％硝酸酒精溶液侵蚀10～15秒，用吹风机吹干备用；

2)将制备好的样品放到显微镜硬度计载物台上，聚焦并使图像清晰地出现在图像显示区域里；

3)设定显微硬度计载荷，范围10g～500g；

4)在显微硬度计配套的操作软件中设置载物台的移动步长，即压痕间距L的范围为50～500微米；

5)压痕的打压方法：沿直线从试样的一边开始打压压痕，一直打到试样的另一边；压痕打完后，测试每个压痕对应的显微硬度值；试验打压压痕时，沿着试样长或宽的方向进行试验，将试验时所有压痕经过的总长度设为d；当试样长或宽的尺寸等于d时，而0＜d＜5mm，压痕密集打压，压痕间距为50﹤L≤200微米；当试样长或宽的尺寸等于d，而5≤d≤50mm的样品，压痕稀疏打压，压痕间距L为200﹤L≤500微米；

试样横截面为圆形时，先在边部的300微米处打压第一个压痕，然后沿着通过试样中心的直线打到试样的另一边；打完压痕，测量其显微硬度并记录距边部的距离；

6)根据打完后压痕，测量其显微硬度并记录距边部的距离；由于显微硬度计的测量软件不同，根据不同软件采用打压完一个压痕测试一个压痕对应的显微硬度值，或在压痕完全打完后再一起测量显微硬度；依据元素偏析会引起材料微观组织的变化，不同微观组织的显微硬度不同，试样的不同区域会出现不同的显微硬度；沿试验时所有压痕经过的总长度汇总硬度和距离数据，绘制硬度-距离曲线；通过硬度-距离曲线得出：在整个硬度曲线上，不同距离内显微硬度的差异变化，出现高低起伏，但整体比较稳定，硬度高的位置存在偏析；一般试样基体组织的显微硬度较低，中心偏析区域硬度较基体硬度会升高，硬度开始升高的点即为中心偏析开始的位置，硬度开始降低的点即为中心偏析结束的位置，由此确定中心偏析的区域——硬度明显高于基体显微硬度的区域为中心偏析区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的样品制备时，侵蚀后试样中心偏析区域的组织会出现不同程度的侵蚀形态，这样会初步了解试样是否存在中心偏析区域，之后同后续的硬度-距离曲线进行对应。

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