CN110426297B - 定量评价高碳桥索钢盘条性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定量评价高碳桥索钢盘条性能的方法，将高碳桥索钢盘条的横截面进行区域划分‑采用计数制标定中心区域和边部区域的严重程度‑评价边部区域和中心区域的性能。通过综合考虑高碳桥索钢盘条组织中碳化物的形态及位置，强调了扭转过程中不同区域碳化物对扭转性能的影响，并且利用计数的方式进行定量表达，且计数结果不易受到观察人员及外界环境的干扰，而且该方法与试制镀锌钢丝的扭转性能具有显著对应关系，该计数结果与钢丝实际扭转性能一致，可以有效预测钢丝扭转性能；与现行YB/T4412‑2014《高碳钢盘条网状渗碳体评定方法》相比，本定量评价方法更能准确有效预测钢丝的扭转性能。
Description
技术领域
本发明属于钢材料性能评价技术领域，具体涉及一种定量评价高碳桥索钢盘条性能的方法。
背景技术
高强桥索钢丝可以降低桥梁工程自重、提高安全性、节约建造和维护成本，是桥梁缆索发展的趋势。高强桥索钢丝不仅对其强度有要求，韧性也要求严格：弯曲(次/180°)≥8、缠绕(3d×8圈)≥8、扭转(次/360°)≥12，其中扭转性能最为严苛，也是制约钢丝强度进一步提升的瓶颈。
桥梁缆索钢丝强度的提高依赖其原材料盘条的强度，为了适应钢丝的强度要求，目前桥索钢盘条的强度要求也不断提高。碳元素一直是钢材强化的主要且常规元素之一，但过高的碳含量会导致盘条组织中的碳化物控制难度加大。桥索钢盘条的合格组织为索氏体，其中渗碳体和铁素体片层交替排列，有利于钢丝扭转变形，释放扭转变形应力。当盘条组织中存在碳化物超标时，盘条中的碳化物会直接遗传至钢丝中，碳化物作为硬质相，在扭转过程中不会发生变形，且会导致扭转变形应力集中，造成钢基撕裂，从而加速扭转失效，造成扭转性能不合，而且碳化物越严重，对扭转性能的影响越大。此外，钢丝扭转过程中的边部和心部变形程度不一致，边部变形量显著大于心部，因此边部区域的网碳较同级别的心部网碳对钢丝扭转性能的破坏更为严重，同级别网碳在边部对钢丝扭转性能的恶化程度约为心部的1.5倍。综上所述，在预测钢丝扭转性能时，需要同时考虑碳化物的严重程度(即形态)和所处区域，准确评价盘条组织中碳化物的严重程度对于预判钢丝扭转性能十分必要。
目前，行业内没有针对高碳钢丝(盘条)的扭转性能进行针对性的组织评价方法和标准，对高碳盘条内部组织中碳化物的评级方法大多采用YB/T 4412-2014《高碳钢盘条网状渗碳体评定方法》，此方法采用标准图片对比法，将盘条组织中的网状碳化物按照形态分为0-4级，0级代表无网状渗碳体，1-4级表征网状渗碳体的严重程度，具体操作过程中需要参照标准图谱进行对比，一般高碳钢的网碳要求为≤2.0级。但这种方法易受评级者的经验、习惯、工作状态等因素的影响，评级结果往往因地区、因人而异，难以统一。该方法仅能提供一个定性的范围，没有精确的定量数据，而且没有考虑碳化物存在的位置对钢丝扭转性能的影响程度区别，无法表征碳化物对钢丝扭转性能的影响程度。因此，该方法对于高碳桥索钢而言是不适用的，特别是没有合理科学的解释碳化物对扭转性能的定量影响，针对高碳钢丝(盘条)的扭转性能制定针对性的组织评价方法和标准十分必要。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种预测结果与钢丝实际扭转性能测量值一致的定量评价高碳桥索钢盘条性能的方法。
为实现上述目的，本发明所设计的定量评价高碳桥索钢盘条性能的方法，包括如下步骤：
1)对高碳桥索钢盘条试样的横截面进行碳化物分布区域划分
在盘条试样任意横截面的一条直径上对其半径进行三等分，其中以盘条的圆心到离圆心最近的等分点为半径所围成的圆形区域为盘条的中心区域A，将其余部分划分为边部区域B；
2)采用计数制标定中心区域A和边部区域B的碳化物分布程度
在金相显微镜下对试样各区域进行观察，综合考虑碳化物的形态和所处区域，按照以下碳化物分布严重程度标准对应关系进行计数标定；
碳化物分布严重程度标准
| 碳化物形态 | 中心区域A | 边部区域B |
| 未见碳化物 | 0 | 0 |
| 存在线状碳化物，不成网状 | 1 | 1.5 |
| 具有1个完整网状碳化物 | 2 | 3 |
| 具有2个或以上完整网状碳化物 | 3 | 4.5 |
3)评价盘条试样边部区域B和中心区域A的性能
统计边部区域B和中心区域A的计数总和，通过以下的碳化物严重程度评价标准进行评价；
碳化物分布严重程度评价标准
| 边部及中心碳化物累积 | 钢丝扭转性能预测 | 钢丝扭转性能预测 |
| ≤2.5 | ≥12次 | 合格 |
| ＞2.5 | ＜12次 | 不合格 |
进一步地，所述步骤1)中，盘条试样横截面进行区域划分之前按照GB/T13298标准，试样经金相砂纸逐级打磨后，利用金刚石抛光剂进行机械抛光，用4％硝酸酒精溶液浸蚀直至清晰显示样品的金相组织。
进一步地，所述步骤2)中，碳化物分布严重程度按照碳化物的形态进行分类，分类标准与YB/T4412-2014《高碳钢盘条网状渗碳体评定方法》分级标准一致，碳化物严重程度包括：未见碳化物；存在线状碳化物，不成网状；具有1个完整网状碳化物；具有2个或以上完整网状碳化物。
进一步地，所述步骤2)中，在400～800倍金相显微镜下对试样各区域进行观察。
进一步地，所述步骤2)中，在500倍金相显微镜下对试样各区域进行观察。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明定量评价方法通过综合考虑高碳桥索钢盘条组织中碳化物的形态及位置，强调了扭转过程中不同区域碳化物对扭转性能的影响，并且利用计数的方式进行定量表达，且计数结果不易受到观察人员及外界环境的干扰，而且该方法与试制镀锌钢丝的扭转性能具有显著对应关系，该计数结果与钢丝实际扭转性能一致，可以有效预测钢丝扭转性能；与现行YB/T 4412-2014《高碳钢盘条网状渗碳体评定方法》相比，本定量评价方法更能准确有效预测钢丝的扭转性能。
附图说明
图1为本发明试样盘条横截面分区示意图；
图2为实施例1中心区域组织金相图；
图3为实施例1边部区域组织金相图；
图4为实施例2边部区域组织金相图；
图5为实施例3中心区域组织金相图；
图6为实施例3边部区域组织金相图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和对比例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
定量评价高碳桥索钢盘条性能的方法如下：
1)将高碳桥索钢盘条的横截面进行区域划分
取盘条横截面为观察面，按照GB/T13298标准，试样经金相砂纸逐级打磨后，利用金刚石抛光剂进行机械抛光，用4％硝酸酒精溶液浸蚀直至清晰显示样品的金相组织；
在盘条横截面的一条直径上对其半径进行三等分，其中，以盘条的圆心到离圆心最近的等分点为半径所围成的圆形区域为盘条的中心区域，如图1中A部分阴影区域，其余部分划分为边部区域，如图1中B部分阴影区域；
2)采用计数制标定中心区域和边部区域的严重程度
在500倍金相显微镜下对试样各区域进行观察，综合考虑碳化物的形态和所处区域，按照以下碳化物严重程度标准对应关系进行计数标定；
碳化物严重程度标准
| 碳化物形态 | 中心区域 | 边部区域 |
| 未见碳化物 | 0 | 0 |
| 存在线状碳化物，不成网状 | 1 | 1.5 |
| 具有1个完整网状碳化物 | 2 | 3 |
| 具有2个或以上完整网状碳化物 | 3 | 4.5 |
其中，碳化物严重程度按照碳化物的形态进行分类，分类标准与YB/T 4412-2014《高碳钢盘条网状渗碳体评定方法》分级标准一致，碳化物严重程度包括：未见碳化物；存在线状碳化物，不成网状；具有1个完整网状碳化物；具有2个或以上完整网状碳化物；
3)评价边部区域和中心区域的性能
统计边部区域和中心区域的计数总和，通过以下的碳化物严重程度评价标准进行评价；
碳化物严重程度评价标准
| 边部及中心碳化物计数 | 钢丝扭转性能预测 | 钢丝扭转性能预测 |
| ≤2.5 | ≥12次 | 合格 |
| ＞2.5 | ＜12次 | 不合格 |
经累积数据验证，该评价方法获得的碳化物计数值与钢丝实测扭转性能结果一致性优良。
当盘条组织中存在碳化物超标时，盘条中的碳化物会直接遗传至钢丝中，碳化物作为硬质相，在扭转过程中不会发生变形，且会导致扭转变形应力集中，造成钢基撕裂，从而加速扭转失效，造成扭转性能不合，而且碳化物越严重，对扭转性能的影响越大。此外，钢丝扭转过程中的边部和心部变形程度不一致，边部变形量显著大于心部，因此边部区域的网碳较同级别的心部网碳对钢丝扭转性能的破坏更为严重，同级别网碳在边部对钢丝扭转性能的恶化程度约为心部的1.5倍。
该定量评价方法通过综合考虑高碳桥索钢盘条组织中碳化物的形态及位置，强调了扭转过程中不同区域碳化物对扭转性能的影响，并且利用计数的方式进行定量表达，且计数结果不易受到观察人员及外界环境的干扰，而且该方法与试制镀锌钢丝的扭转性能具有显著对应关系：当盘条碳化物计数小于或等于2.5分时，镀锌钢丝扭转性能大于12次的概率约95.0％；而当盘条碳化物计数大于2.5分，镀锌钢丝扭转性能均小于12次。该技术结果与钢丝实际扭转性能一致，可以有效预测钢丝扭转性能。与现行YB/T 4412-2014《高碳钢盘条网状渗碳体评定方法》相比，本定量评价方法更能准确有效预测钢丝的扭转性能。
实施例1
切取1#高碳桥索钢盘条试样，取盘条横截面为观察面，按照GB/T13298标准，试样经金相砂纸逐级打磨后，利用金刚石抛光剂进行机械抛光，用4％硝酸酒精溶液浸蚀直至清晰显示样品的金相组织；在盘条横截面的一条直径上对其半径进行三等分，其中，以盘条的圆心到离圆心最近的等分点为半径所围成的圆形区域为盘条的中心区域，其余部分为边部区域；在金相显微镜500倍放大倍数对试样的碳化物进行观察。
如图2所示中心区域组织中可见多个网状碳化物，计数3.0。
如图3所示边部区域组织中可见不成网状的线状碳化物，计数1.5。
对各区域计数相加，1#高碳桥索钢盘条的碳化物总计数为4.5，不合格。
该试样按照YB/T 4412-2014《高碳钢盘条网状渗碳体评定方法》进行检测，其评分为4级，不合格。
通过全流程试验，1#高碳桥索钢盘条试制镀锌钢丝扭转性能为2.0次，不能满足要求(要求为≥12.0次)，与YB/T 4412-2014评级结果4级(＞2.0级，不合格)一致，与其碳化物总罚分为4.5分(＞2.5分，不合格)一致。
实施例2
切取2#高碳桥索钢盘条试样，取盘条横截面为观察面，按照GB/T13298标准，试样经金相砂纸逐级打磨后，利用金刚石抛光剂进行机械抛光，用4％硝酸酒精溶液浸蚀直至清晰显示样品的金相组织；在盘条横截面的一条直径上对其半径进行三等分，其中，以盘条的圆心到离圆心最近的等分点为半径所围成的圆形区域为盘条的中心区域，其余部分为边部区域；在金相显微镜500倍放大倍数对试样的碳化物进行观察。
其中心区域组织中未见碳化物，计数0。
如图4所示边部区域组织中可见不成网状的线状碳化物，计数1.5。
对各区域计数相加，2#高碳桥索钢盘条的碳化物总计数为1.5分，合格。
该试样按照YB/T 4412-2014《高碳钢盘条网状渗碳体评定方法》进行检测，其评分为1.0级，合格。
通过全流程试验，2#高碳桥索钢盘条试制镀锌钢丝扭转性能为22.0次，满足要求(要求为≥12.0次)，与YB/T 4412-2014评级结果1.0级(≤2.0级，合格)一致，与其碳化物总罚分为1.5分(≤2.5分，合格)一致。
实施例3
切取3#高碳桥索钢盘条试样，取盘条横截面为观察面，按照GB/T13298标准，试样经金相砂纸逐级打磨后，利用金刚石抛光剂进行机械抛光，用4％硝酸酒精溶液浸蚀直至清晰显示样品的金相组织；在盘条横截面的一条直径上对其半径进行三等分，其中，以盘条的圆心到离圆心最近的等分点为半径所围成的圆形区域为盘条的中心区域，其余部分为边部区域；在金相显微镜500倍放大倍数对试样的碳化物进行观察。
如图5所示中心区域组织中具有1个完整网状碳化物，计数2.0。
如图6所示边部区域组织中可见不成网状的线状碳化物，计数1.5。
对各区域计数相加，3#高碳桥索钢盘条的碳化物总计数为3.5，不合格。
该试样按照YB/T 4412-2014《高碳钢盘条网状渗碳体评定方法》进行检测，其评分为2.0级，合格。
通过全流程试验，3#高碳桥索钢盘条试制镀锌钢丝扭转性能为3.0次，不满足要求(要求为≥12.0次)，与YB/T 4412-2014评级结果2.0级(≤2.0级，合格)不一致，与其碳化物总罚分为3.5分(＞2.5分，不合格)一致。
Claims (3)
1.一种定量评价高碳桥索钢盘条性能的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)对高碳桥索钢盘条试样的横截面进行碳化物分布区域划分
在盘条试样任意横截面的一条直径上对其半径进行三等分，其中以盘条的圆心到离圆心最近的等分点为半径所围成的圆形区域为盘条的中心区域A，将其余部分划分为边部区域B；
盘条试样横截面进行区域划分之前按照GB/T13298标准，试样经金相砂纸逐级打磨后，利用金刚石抛光剂进行机械抛光，用4％硝酸酒精溶液浸蚀直至清晰显示样品的金相组织；
2)采用计数制标定中心区域A和边部区域B的碳化物分布程度
在金相显微镜下对试样各区域进行观察，综合考虑碳化物的形态和所处区域，按照以下碳化物分布严重程度标准对应关系进行计数标定；
碳化物分布严重程度按照碳化物的形态进行分类，分类标准与YB/T4412-2014《高碳钢盘条网状渗碳体评定方法》分级标准一致，碳化物严重程度包括：未见碳化物；存在线状碳化物，不成网状；具有1个完整网状碳化物；具有2个或以上完整网状碳化物；
碳化物分布严重程度标准
3)评价盘条试样边部区域B和中心区域A的性能
统计边部区域B和中心区域A的计数总和，通过以下的碳化物严重程度评价标准进行评价；
碳化物分布严重程度评价标准
2.根据权利要求1所述定量评价高碳桥索钢盘条性能的方法，其特征在于：所述步骤2)中，在400～800倍金相显微镜下对试样各区域进行观察。
3.根据权利要求2所述定量评价高碳桥索钢盘条性能的方法，其特征在于：所述步骤2)中，在500倍金相显微镜下对试样各区域进行观察。
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