CN110568001B - 一种确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度的方法。其技术方案是：将原始试样截取弯角，在弯角外表面取5个等分点，制备退火前金相试样，进行金相组织观察和硬度测量。制备各退火温度点的退火后金相试样，对退火后金相试样进行金相组织观察和硬度测量，取既满足两个硬度条件又满足再结晶的退火后试样，得到满足再结晶的退火后试样；在满足再结晶的退火后试样所分别标记的退火温度中最低的退火温度为满足再结晶的最低退火温度，满足再结晶的最低退火温度减去10～20℃即为去应力退火温度。本发明能精准地确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度，能保证冷弯厚壁型钢弯角外表面及内部残余应力得到完全消除。
Description
技术领域
本发明属于冷弯厚壁型钢弯角去应力退火技术领域。特别涉及一种确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度的方法。
背景技术
冷弯型钢弯角处的残余应力影响构件的静载强度、疲劳强度和稳定性，加速构件的脆性断裂和腐蚀开裂。消除残余应力可以大大提高其性能和扩大应用范围，使产品可以应用于高端、重大工程。
去应力退火是为了消除机械加工工件中的残留内应力，以提高尺寸稳定性，防止工件变形和开裂，在精加工或淬火之前将工件加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
“一种38CrMoAIA的去应力退火工艺”(CN201410761387.2)专利技术，根据碳钢和低合金钢的去应力退火温度为550～650℃，选取610℃为去应力退火温度。该发明并未公开碳钢和低合金钢去应力退火温度的选取方法，而碳钢和低合金钢经过加工成型后其变形量较大处的去应力退火温度会发生变化。碳钢和低合金钢变形量越大，则内应力越高，越处于不稳定状态，再结晶温度越低。由于冷弯厚壁型钢弯角处产生较大的变形量，所述弯角处满足再结晶的最低退火温度会变低，从而导致所述弯角处去应力退火温度变低，因此该发明不能精准地确定经过加工成型的冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度，并且该发明选取的去应力退火温度较高，产生能耗。
赵乾等以辊挤压Q345方管为研究对象(赵乾,朱伏先,石俊红等.低温去应力退火对方管角部力学性能的影响[J].钢管,2005,34(4):12-16.)，分别比较分析了200℃、250℃、300℃、350℃和400℃等5个温度下保温退火处理后所述研究对象直边和弯角的力学性能的变化规律，发现250～300℃的保温退火处理后所述研究对象的直边和弯角屈强比有效降低，消除了有害残余应力。但是在300℃保温退火处理后的所述研究对象弯角各处以及不同深度的硬度并未明显下降，甚至有上升的现象，而且在300℃保温退火处理前后的所述研究对象的弯角处显微组织未发生太大变化。这都表明了弯角处残余应力并未得到消除，从而严重影响所研究对象弯角处的静载强度、疲劳强度和稳定性。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的在于提供一种能精准地确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度的方法，该方法既能降低所选取的去应力退火温度，以减少能耗，又能保证冷弯厚壁型钢弯角外表面及内部横向残余应力和纵向残余应力得到完全消除。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：
步骤1、选取n+2根同批次生产的冷弯厚壁型钢为原始试样，n为5～13的自然数。
步骤2、选取一根原始试样，以焊缝为对称轴，在对称轴一侧的上弯角附近的外表面和下弯角附近的外表面各选取5个待测点，所述5个待测点位于同一横截面上。
上弯角的5个待测点的选取方法是：选取上弯角外弧线的中点为上弯角中心待测点S0，选取外弧线的两个端点为待测点，位于水平线的待测点为第一水平待测点S11，位于垂直线的待测点为第一垂直待测点S21。
选取水平线上的另一点为第二水平待测点S12，第二水平待测点S12与第一水平待测点S11的距离为B/8，B表示原始试样横截面的短边长度，mm；选取垂直线上另一点为第二垂直待测点S22，第二垂直待测点S22与第一垂直待测点S21的距离为H/8，H表示原始试样横截面的长边长度，mm。
下弯角附近的外表面的第一水平待测点S'11、第二水平待测点S'12、中心待测点S'0、第一垂直待测点S'21和第二垂直待测点S'22的选取方法与上弯角附近的外表面的第一水平待测点S11、第二水平待测点S12、中心待测点S0、第一垂直待测点S21和第二垂直待测点S22的选取方法相同。
步骤3、先采用稀盐酸腐蚀步骤2选取的10个待测点，用水清理，在10个待测点分别画十字线。
再调节x射线应力测定仪的激光十字线与第一水平待测点S11的十字线重合，测量第一水平待测点S11的横向残余应力和纵向残余应力，测量结果保存于计算机；其余待测点的横向残余应力和纵向残余应力测量方法与第一水平待测点S11的横向残余应力和纵向残余应力测量方法相同。
步骤4、先在10个待测点的中心均贴有4×4mm透明胶，每块透明胶分别构成抛光区域。
再对第一水平待测点S11的抛光区域依次进行深度为0.2t、0.4t、0.6t和0.8t的抛光，t为原始试样的壁厚，mm；每次抛光后的表面用酒精清理，清理后利用x射线应力测定仪对抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力进行测量，保存数据；其余待测点抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力的测量方法与第一水平待测点S11的抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力的测量方法相同。
测量结果显示，下弯角5个待测点同一深度的横向残余应力平均值和纵向残余应力的平均值中，在外表面至深度为0.2t间的横向残余应力的平均值和纵向残余应力的平均值最大；上弯角测量结果与下弯角测量结果相同。
步骤5、选取第二根原始试样的任一横截面，以焊缝为对称轴，将对称轴一侧的上弯角和下弯角分别完整的截取下来，用砂纸将上弯角和下弯角的外表面打磨平整；然后将所述任一横截面的上弯角外弧线进行四等分，得到5个等分点，5个等分点依次为a1、a2、a3、a4和a5；同样地，在下弯角外弧线得到5个对应的等分点b1、b2、b3、b4和b5。
步骤6、通过线切割在5×2个等分点处分别切割出长×宽×高为4×4×2mm的长方体实验样本，再将10个实验样本制成10个退火前金相试样，然后对所述10个退火前金相试样分别进行硬度测量和金相组织的观察，将测量结果和观察结果保存于计算机。
步骤7、根据所述原始试样的最低再结晶温度T0选取退火温度区间，在退火温度区间内均匀选取n个退火温度点，n个退火温度点依次为T1,T2,……,Tn-1,Tn，n为5～13的自然数。
所述T0＝0.4Tm；其中：Tm表示原始试样的熔点，℃；T0表示原始试样的最低再结晶温度，℃。
另外n根原始试样中的第1根原始试样标记对应的退火温度T1，第2根原始试样标记对应的退火温度T2，……，第n-1根原始试样标记对应的退火温度Tn-1，第n根原始试样标记对应的退火温度Tn。
将所述n根原始试样分别在各自标记的退火温度条件下进行2小时的保温退火处理，最后得到n根退火后试样，n根退火后试样按照步骤5和步骤6所述方法制作退火后金相试样。
步骤8、先采用显微硬度计测量n根退火后试样制成的10n个退火后金相试样的硬度，若退火后试样同时满足下述两个硬度条件：
每根退火后试样中的各自退火后金相试样中最高硬度值和最低硬度值的差值小于2N/mm2的退火后试样，
每根退火后试样中的退火后金相试样中的最高硬度值比第二根原始试样的退火前金相试样中的最高硬度值低4N/mm2以上的退火后试样；
则称为满足两个硬度条件的退火后试样。
然后采用金相显微镜观察满足两个硬度条件的退火后试样的退火后金相试样的金相组织中晶粒再结晶长大情况，选取既满足两个硬度条件又满足再结晶的退火后试样，得到满足再结晶的退火后试样；在满足再结晶的退火后试样所分别标记的退火温度中，最低的退火温度为满足再结晶的最低退火温度。
满足再结晶的最低退火温度减去10～20℃即为去应力退火温度。
所述冷弯厚壁型钢为闭口冷弯型钢，冷弯厚壁型钢的横截面形状为方形或为矩形，冷弯厚壁型钢的壁厚为6～16mm；冷弯厚壁型钢的材质为低碳合金钢。
所述满足再结晶是指：晶粒再结晶长大完成，金相组织已形成等轴晶粒。
由于采用上述方法，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
1.本发明在原始试样的上弯角和下弯角的外弧线上各取5个等分点，在5×2个等分点处分别切割出长方体实验样本制成10个退火前金相试样，分别进行硬度测量和金相组织的观察。然后将n个原始试样与选取的n个退火温度点分别予以对应标记，按标记的退火温度进行保温退火处理，最后将退火后试样按照取等分点和切割出实验样本的方法制成退火后金相试样。先确定所述n根退火后试样中满足所述两个硬度条件的退火后试样，再采用金相显微镜观察满足所述两个硬度条件的退火后试样金相组织中晶粒再结晶长大情况，确定满足所述两个硬度条件的退火后试样中又满足再结晶的退火后试样，满足再结晶的退火后试样所标记的退火温度中最低的退火温度为满足再结晶的最低退火温度。用满足再结晶的最低退火温度能精准地确定去应力退火温度，以减少能耗。
去应力退火温度为满足再结晶的最低退火温度减去10～20℃。
2.本发明采用x射线应力测定仪测量原始试样变形量最大的上弯角和下弯角附近外表面上10个待测点不同深度的横向残余应力和纵向残余应力。测量结果显示，下弯角5个待测点同一深度的横向残余应力平均值和纵向残余应力的平均值中，在外表面至深度为0.2t间的横向残余应力的平均值和纵向残余应力的平均值最大；上弯角测量结果与下弯角测量结果相同。故本发明在保证弯角处外表面至深度为0.2t间的横向残余应力和纵向残余应力得到完全消除的情况下，能保证所述弯角内部的横向残余应力和纵向残余应力得到完全消除。
3.本发明中的原始试样弯角在满足再结晶的最低退火温度下保温退火处理后，退火后试样弯角的退火后金相试样硬度满足两个条件，晶粒再结晶长大完成，金相组织已形成等轴晶粒。
这都表明了所述退火后试样弯角外表面至深度为0.2t间的横向残余应力和纵向残余应力得到完全消除，弯角内部的横向残余应力和纵向残余应力也得到完全消除。与原始试样弯角的静载强度、疲劳强度和稳定性相比，退火后试样弯角的静载强度、疲劳强度和稳定性得到了提升。
因此，本发明能精准地确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度，既能降低所选取的去应力退火温度，以减少能耗，又能保证冷弯厚壁型钢弯角外表面及内部横向残余应力和纵向残余应力得到完全消除。
附图说明
图1为本发明的一种冷弯厚壁型钢横向残余应力和纵向残余应力待测点分布示意图；
图2为图1所示规格为200×200×10mm冷弯厚壁型钢的下弯角横向残余应力测量结果；
图3为图1所示规格为200×200×10mm冷弯厚壁型钢的下弯角纵向残余应力测量结果；
图4为图1所示冷弯厚壁型钢的弯角部位截取示意图；
图5为图2所示冷弯厚壁型钢上弯角5个等分点的放大示意图；
图6为图1所示冷弯厚壁型钢制成的退火后金相试样满足再结晶的金相组织图；
图7为图1所示规格为500×300×12mm冷弯厚壁型钢的下弯角横向残余应力测量结果；
图8为图1所示规格为500×300×12mm冷弯厚壁型钢的下弯角纵向残余应力测量结果。
实施例1
1.一种确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度的方法。本实施例所述方法的步骤是：
本实施例所述冷弯厚壁型钢为闭口冷弯型钢，冷弯厚壁型钢的横截面形状为方形，冷弯厚壁型钢的壁厚t＝10mm；冷弯厚壁型钢的材质为低碳合金钢。
步骤1、选取9根同批次生产的规格为H×B×t＝200×200×10mm的冷弯厚壁型钢为原始试样。
步骤2、选取一根原始试样，如图1所示，以焊缝为对称轴，在对称轴一侧的上弯角附近的外表面和下弯角附近的外表面各选取5个待测点，所述5个待测点位于同一横截面上。
上弯角的5个待测点的选取方法如图1所示，选取上弯角外弧线的中点为上弯角中心待测点S0，选取外弧线的两个端点为待测点，位于水平线的待测点为第一水平待测点S11，位于垂直线的待测点为第一垂直待测点S21。
选取水平线上的另一点为第二水平待测点S12，第二水平待测点S12与第一水平待测点S11的距离为B/8＝200/8＝25mm，B表示原始试样横截面的短边长度；选取垂直线上另一点为第二垂直待测点S22，第二垂直待测点S22与第一垂直待测点S21的距离为H/8＝200/8＝25mm，H表示原始试样横截面的长边长度。
下弯角附近的外表面的第一水平待测点S'11、第二水平待测点S'12、中心待测点S'0、第一垂直待测点S'21和第二垂直待测点S'22的选取方法与上弯角附近的外表面的第一水平待测点S11、第二水平待测点S12、中心待测点S0、第一垂直待测点S21和第二垂直待测点S22的选取方法相同。
步骤3、先采用稀盐酸腐蚀步骤2选取的10个待测点，用水清理，在10个待测点分别画十字线。
再调节x射线应力测定仪的激光十字线与第一水平待测点S11的十字线重合，测量第一水平待测点S11的横向残余应力和纵向残余应力，测量结果保存于计算机；其余待测点的横向残余应力和纵向残余应力测量方法与第一水平待测点S11的横向残余应力和纵向残余应力测量方法相同。
步骤4、先在10个待测点的中心均贴有4×4mm透明胶，每块透明胶分别构成抛光区域。
再对第一水平待测点S11的抛光区域依次进行深度为0.2t＝0.2×10＝2mm、0.4t＝0.4×10＝4mm、0.6t＝0.6×10＝6mm和0.8t＝0.8×10＝8mm的抛光，t为原始试样的壁厚；每次抛光后的表面用酒精清理，清理后利用x射线应力测定仪对抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力进行测量，保存数据；其余待测点抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力的测量方法与第一水平待测点S11的抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力的测量方法相同。
本实施例的冷弯厚壁型钢的下弯角横向残余应力测量结果如图2所示，从图2可以看出，下弯角5个待测点同一深度的横向残余应力的平均值中，外表面横向残余应力的平均值为108MPa，0.2t＝2mm处横向残余应力的平均值为162MPa，0.4t＝4mm处横向残余应力的平均值为21.2MPa，0.6t＝6mm处横向残余应力的平均值为-51.8MPa，0.8t＝8mm处横向残余应力的平均值为19.6MPa，因此在外表面至深度为0.2t间的横向残余应力的平均值最大。
本实施例的冷弯厚壁型钢的下弯角纵向残余应力测量结果如图3所示，从图3可以看出，下弯角5个待测点同一深度的纵向残余应力的平均值中，外表面纵向残余应力的平均值为189MPa，0.2t＝2mm处纵向残余应力的平均值为221MPa，0.4t＝4mm处纵向残余应力的平均值为98MPa，0.6t＝6mm处纵向残余应力的平均值为-91MPa，0.8t＝8mm处纵向残余应力的平均值为-54MPa，因此在外表面至深度为0.2t＝2mm间的纵向残余应力的平均值最大。
上弯角测量结果与下弯角测量结果相同。
步骤5、选取第二根原始试样的任一横截面，如图4所示，以焊缝为对称轴，将对称轴一侧的上弯角和下弯角分别完整的截取下来，用砂纸将上弯角和下弯角的外表面打磨平整；然后将所述任一横截面的上弯角外弧线进行四等分，得到如图5所示的5个等分点，5个等分点依次为a1、a2、a3、a4和a5。同样地，在下弯角外弧线得到5个对应的等分点b1、b2、b3、b4和b5。
步骤6、通过线切割在5×2个等分点处分别切割出长×宽×高为4×4×2mm的长方体实验样本，再将10个实验样本制成10个退火前金相试样，然后对所述10个退火前金相试样分别进行硬度测量(详见表1中的退火前金相试样的硬度测量值)和金相组织的观察，将测量结果和观察结果保存于计算机。
步骤7、根据所述原始试样的最低再结晶温度T0＝0.4×(1400～1500)＝560～600℃，选取退火温度区间为400～700℃，在退火温度区间内均匀选取7个退火温度点，7个退火温度点依次为T1＝400℃，T2＝450℃，T3＝500℃，T4＝550℃，T5＝600℃，T6＝650℃，T7＝700℃。
所述T0＝0.4Tm；其中：Tm表示原始试样的熔点，Tm为1400～1500℃；T0表示原始试样的最低再结晶温度，T0＝0.4×(1400～1500)＝560～600℃。
另外7根原始试样中的第1根原始试样标记对应的退火温度为T1＝400℃，第2根原始试样标记对应的退火温度为T2＝450℃，……，第6根原始试样标记对应的退火温度为T6＝650℃，第7根原始试样标记对应的退火温度T7＝700℃；
然后将所述7根原始试样分别在各自标记的退火温度条件下进行2小时的保温退火处理，最后得到7根退火后试样，7根退火后试样按照步骤5和步骤6所述方法制作退火后金相试样。
步骤8、先采用显微硬度计测量7根退火后试样制成的7×10个退火后金相试样的硬度(详见表1中的退火后金相试样的硬度测量值)，若退火后试样同时满足下述两个硬度条件：
每根退火后试样的各自退火后金相试样中最高硬度值和最低硬度值的差值小于2N/mm2的退火后试样，
每根退火后试样的退火后金相试样中的最高硬度值比第二根原始试样的退火前金相试样中的最高硬度值低4N/mm2以上的退火后试样；
则称为满足两个硬度条件的退火后试样。
退火前金相试样和退火后金相试样的硬度测量值如表1所示。
表1 退火前金相试样和退火后金相试样的硬度测量值
从表1可以看出，第5根退火后试样、第6根退火后试样和第7根退火后试样为满足两个硬度条件的退火后试样。
然后根据图6所示的冷弯厚壁型钢制成的退火后金相试样满足再结晶的金相组织图，采用金相显微镜观察第5根退火后试样、第6根退火后试样和第7根退火后试样的退火后金相试样的金相组织中晶粒再结晶长大情况，观察结果显示，第5根退火后试样的退火后金相试样不满足再结晶。得到满足再结晶的退火后试样为第6根退火后试样和第7根退火后试样。在满足再结晶的第6根退火后试样和第7根退火后试样所分别标记的退火温度中，最低的退火温度为第6根退火后试样所标记的退火温度T6＝650℃，650℃即为满足再结晶的最低退火温度；
满足再结晶的最低退火温度减去10～20℃即为去应力退火温度，去应力退火温度即为630℃～640℃。
实施例2
一种确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度的方法。本实施例所述方法的步骤是：
本实施例所述冷弯厚壁型钢为闭口冷弯型钢，冷弯厚壁型钢的横截面形状为矩形，冷弯厚壁型钢的壁厚t＝12mm；冷弯厚壁型钢的材质为低碳合金钢。
步骤1、选取15根同批次生产的规格为H×B×t＝500×300×12mm的冷弯厚壁型钢为原始试样。
步骤2、选取一根原始试样，以焊缝为对称轴，在对称轴一侧的上弯角附近的外表面和下弯角附近的外表面各选取5个待测点，所述5个待测点位于同一横截面上。
上弯角的5个待测点的选取方法是：选取上弯角外弧线的中点为上弯角中心待测点S0，选取外弧线的两个端点为待测点，位于水平线的待测点为第一水平待测点S11，位于垂直线的待测点为第一垂直待测点S21。
选取水平线上的另一点为第二水平待测点S12，第二水平待测点S12与第一水平待测点S11的距离为B/8＝300/8＝37.5mm，B表示原始试样横截面的短边长度；选取垂直线上另一点为第二垂直待测点S22，第二垂直待测点S22与第一垂直待测点S21的距离为H/8＝500/8＝62.5mm，H表示原始试样横截面的长边长度。
下弯角附近的外表面的第一水平待测点S'11、第二水平待测点S'12、中心待测点S'0、第一垂直待测点S'21和第二垂直待测点S'22的选取方法与上弯角附近的外表面的第一水平待测点S11、第二水平待测点S12、中心待测点S0、第一垂直待测点S21和第二垂直待测点S22的选取方法相同。
步骤3、先采用稀盐酸腐蚀步骤2选取的10个待测点，用水清理，在10个待测点分别画十字线。
再调节x射线应力测定仪的激光十字线与第一水平待测点S11的十字线重合，测量第一水平待测点S11的横向残余应力和纵向残余应力，测量结果保存于计算机；其余待测点的横向残余应力和纵向残余应力测量方法与第一水平待测点S11的横向残余应力和纵向残余应力测量方法相同。
步骤4、先在10个待测点的中心均贴有4×4mm透明胶，每块透明胶分别构成抛光区域。
再对第一水平待测点S11的抛光区域依次进行深度为0.2t＝0.2×12＝2.4mm、0.4t＝0.4×12＝4.8mm、0.6t＝0.6×12＝7.2mm和0.8t＝0.8×12＝9.6mm的抛光，t为原始试样的壁厚；每次抛光后的表面用酒精清理，清理后利用x射线应力测定仪对抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力进行测量，保存数据。其余待测点抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力的测量方法与第一水平待测点S11的抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力的测量方法相同。
本实施例的冷弯厚壁型钢的下弯角横向残余应力测量结果如图7所示，从图7可以看出，下弯角5个待测点同一深度的横向残余应力的平均值中，外表面横向残余应力的平均值为156MPa，0.2t＝2.4mm处横向残余应力的平均值为190MPa，0.4t＝4.8mm处横向残余应力的平均值为13MPa，0.6t＝7.2mm处横向残余应力的平均值为-44MPa，0.8t＝9.6mm处横向残余应力的平均值为-3MPa，因此在外表面至深度为0.2t＝2.4mm间的横向残余应力的平均值最大。
本实施例的冷弯厚壁型钢的下弯角纵向残余应力测量结果如图8所示，从图8可以看出，下弯角5个待测点同一深度的纵向残余应力的平均值中，外表面纵向残余应力的平均值为181MPa，0.2t＝2.4mm处纵向残余应力的平均值为200MPa，0.4t＝4.8mm处纵向残余应力的平均值为95MPa，0.6t＝7.2mm处纵向残余应力的平均值为-80MPa，0.8t＝9.6mm处纵向残余应力的平均值为-45MPa，因此在外表面至深度为0.2t＝2.4mm间的纵向残余应力的平均值最大。
上弯角测量结果与下弯角测量结果相同。
步骤5、选取第二根原始试样的任一横截面，以焊缝为对称轴，将对称轴一侧的上弯角和下弯角分别完整的截取下来，用砂纸将上弯角和下弯角的外表面打磨平整。将所述任一横截面的上弯角外弧线进行四等分，得到5个等分点，5个等分点依次为a1、a2、a3、a4和a5；同样地，在下弯角外弧线得到5个对应的等分点b1、b2、b3、b4和b5。
步骤6、通过线切割在5×2个等分点处分别切割出长×宽×高为4×4×2mm的长方体实验样本，再将10个实验样本制成10个退火前金相试样，然后对所述10个退火前金相试样分别进行硬度测量和金相组织的观察，将测量和观察结果保存于计算机。
步骤7、根据所述原始试样的最低再结晶温度T0＝0.4×(1400～1500)＝560～600℃，选取退火温度区间为400～700℃，在退火温度区间内均匀选取13个退火温度点，13个退火温度点依次为T1＝400℃、T2＝425℃、T3＝450℃、T4＝475℃、T5＝500℃、T6＝525℃、T7＝550℃、T8＝575℃、T9＝600℃、T10＝625℃、T11＝650℃、T12＝675℃、T13＝700℃。
所述T0＝0.4Tm；其中：Tm表示原始试样的熔点，Tm为1400～1500℃；T0表示原始试样的最低再结晶温度，T0＝0.4×(1400～1500)＝560～600℃。
另外13根原始试样中的第1根原始试样标记对应的退火温度为T1＝400℃，第2根原始试样标记对应的退火温度为T2＝425℃，……，第12根原始试样标记对应的退火温度为T12＝675℃，第13根原始试样标记对应的退火温度T13＝700℃。
然后将所述13根原始试样分别在各自标记的退火温度条件下进行2小时的保温退火处理，最后得到13根退火后试样，13根退火后试样按照步骤5和步骤6所述方法制作退火后金相试样。
步骤8、先采用显微硬度计测量13根退火后试样制成的13×10个退火后金相试样的硬度，若退火后试样同时满足下述两个硬度条件：
每根退火后试样的各自退火后金相试样中最高硬度值和最低硬度值的差值小于2N/mm2的退火后试样，
每根退火后试样的退火后金相试样中的最高硬度值比第二根原始试样的退火前金相试样中的最高硬度值低4N/mm2以上的退火后试样；
则称为满足两个硬度条件的退火后试样。
本实施例中，满足两个硬度条件的退火后试样为第8根退火后试样、第9根退火后试样、第10根退火后试样、第11根退火后试样、第12根退火后试样和第13根退火后试样。
然后根据图6所示的冷弯厚壁型钢制成的退火后金相试样满足再结晶的金相组织图，采用金相显微镜观察第8根退火后试样、第9根退火后试样、第10根退火后试样、第11根退火后试样、第12根退火后试样和第13根退火后试样的退火后金相试样的金相组织中晶粒再结晶长大情况，观察结果显示，第8根退火后试样和第9根退火后试样的退火后金相试样不满足再结晶。得到满足再结晶的退火后试样为第10根退火后试样、第11根退火后试样、第12根退火后试样和第13根退火后试样；在满足再结晶的第10根退火后试样、第11根退火后试样、第12根退火后试样和第13根退火后试样所分别标记的退火温度中，最低的退火温度为第10根退火后试样所标记的退火温度T6＝625℃，625℃即为满足再结晶的最低退火温度。
满足再结晶的最低退火温度减去10～20℃即为去应力退火温度，去应力退火温度即为605℃～615℃。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1.本具体实施方式在原始试样的上弯角和下弯角的外弧线上各取5个等分点，在5×2个等分点处分别切割出长方体实验样本制成10个退火前金相试样，分别进行硬度测量和金相组织的观察。然后将n个原始试样与选取的n个退火温度点分别予以对应标记，按标记的退火温度进行保温退火处理，最后将退火后试样按照取等分点和切割出实验样本的方法制成退火后金相试样。先确定所述n根退火后试样中满足所述两个硬度条件的退火后试样，再采用金相显微镜观察满足所述两个硬度条件的退火后试样金相组织中晶粒再结晶长大情况，确定满足所述两个硬度条件的退火后试样中满足再结晶的退火后试样，满足再结晶的退火后试样所标记的退火温度中最低的退火温度为满足再结晶的最低退火温度。用满足再结晶的最低退火温度能精准地确定去应力退火温度，以减少能耗；去应力退火温度为满足再结晶的最低退火温度减去10～20℃。
2.本具体实施方式采用x射线应力测定仪测量原始试样变形量最大的上弯角和下弯角附近外表面上10个待测点不同深度的横向残余应力和纵向残余应力。测量结果显示，下弯角5个待测点同一深度的横向残余应力平均值和纵向残余应力的平均值中，在外表面至深度为0.2t间的横向残余应力的平均值和纵向残余应力的平均值最大；上弯角测量结果与下弯角测量结果相同。故本具体实施方式在保证弯角处外表面至深度为0.2t间的横向残余应力和纵向残余应力得到完全消除的情况下，能保证所述弯角内部的横向残余应力和纵向残余应力得到完全消除。
3.本具体实施方式中的原始试样弯角在满足再结晶的最低退火温度下保温退火处理后，退火后试样弯角的退火后金相试样硬度满足两个条件，晶粒再结晶长大完成，金相组织已形成等轴晶粒。
这都表明了所述退火后试样弯角外表面至深度为0.2t间的横向残余应力和纵向残余应力得到完全消除，弯角内部的横向残余应力和纵向残余应力也得到完全消除。与原始试样弯角的静载强度、疲劳强度和稳定性相比，退火后试样弯角的静载强度、疲劳强度和稳定性得到了提升。
因此，本具体实施方式能精准地确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度，既能降低所选取的去应力退火温度，以减少能耗，又能保证冷弯厚壁型钢弯角外表面及内部横向残余应力和纵向残余应力得到完全消除。
Claims (3)
1.一种确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、选取n+2根同批次生产的冷弯厚壁型钢为原始试样，n为5～13的自然数；
步骤2、选取一根原始试样，以焊缝为对称轴，在对称轴一侧的上弯角附近的外表面和下弯角附近的外表面各选取5个待测点，所述5个待测点位于同一横截面上；
上弯角的5个待测点的选取方法是：选取上弯角外弧线的中点为上弯角中心待测点S0，选取外弧线的两个端点为待测点，位于水平线的待测点为第一水平待测点S11，位于垂直线的待测点为第一垂直待测点S21；
选取水平线上的另一点为第二水平待测点S12，第二水平待测点S12与第一水平待测点S11的距离为B/8，B表示原始试样横截面的短边长度，mm；选取垂直线上另一点为第二垂直待测点S22，第二垂直待测点S22与第一垂直待测点S21的距离为H/8，H表示原始试样横截面的长边长度，mm；
下弯角附近的外表面的第一水平待测点S'11、第二水平待测点S'12、中心待测点S'0、第一垂直待测点S'21和第二垂直待测点S'22的选取方法与上弯角附近的外表面的第一水平待测点S11、第二水平待测点S12、中心待测点S0、第一垂直待测点S21和第二垂直待测点S22的选取方法相同；
步骤3、先采用稀盐酸腐蚀步骤2选取的10个待测点，用水清理，在10个待测点分别画十字线；
再调节x射线应力测定仪的激光十字线与第一水平待测点S11的十字线重合，测量第一水平待测点S11的横向残余应力和纵向残余应力，测量结果保存于计算机；其余待测点的横向残余应力和纵向残余应力测量方法与第一水平待测点S11的横向残余应力和纵向残余应力测量方法相同；
步骤4、先在10个待测点的中心均贴有4×4mm透明胶，每块透明胶分别构成抛光区域；
再对第一水平待测点S11的抛光区域依次进行深度为0.2t、0.4t、0.6t和0.8t的抛光，t为原始试样的壁厚，mm；每次抛光后的表面用酒精清理，清理后利用x射线应力测定仪对抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力进行测量，保存数据；其余待测点抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力的测量方法与第一水平待测点S11的抛光区域的横向残余应力和纵向残余应力的测量方法相同；
测量结果显示，下弯角5个待测点同一深度的横向残余应力平均值和纵向残余应力的平均值中，在外表面至深度为0.2t间的横向残余应力的平均值和纵向残余应力的平均值最大；上弯角测量结果与下弯角测量结果相同；
步骤5、选取第二根原始试样的任一横截面，以焊缝为对称轴，将对称轴一侧的上弯角和下弯角分别完整的截取下来，用砂纸将上弯角和下弯角的外表面打磨平整；然后将所述任一横截面的上弯角外弧线进行四等分，得到5个等分点，5个等分点依次为a1、a2、a3、a4和a5；同样地，在下弯角外弧线得到5个对应的等分点b1、b2、b3、b4和b5；
步骤6、通过线切割在5×2个等分点处分别切割出长×宽×高为4×4×2mm的长方体实验样本，再将10个实验样本制成10个退火前金相试样，然后对所述10个退火前金相试样分别进行硬度测量和金相组织的观察，将测量结果和观察结果保存于计算机；
步骤7、根据所述原始试样的最低再结晶温度T0选取退火温度区间，在退火温度区间内均匀选取n个退火温度点，n个退火温度点依次为T1,T2,……,Tn-1,Tn，n为5～13的自然数；
所述T0＝0.4Tm；其中：Tm表示原始试样的熔点，℃；T0表示原始试样的最低再结晶温度，℃；
另外n根原始试样中的第1根原始试样标记对应的退火温度T1，第2根原始试样标记对应的退火温度T2，……，第n-1根原始试样标记对应的退火温度Tn-1，第n根原始试样标记对应的退火温度Tn；
然后将所述n根原始试样分别在各自标记的退火温度条件下进行2小时的保温退火处理，最后得到n根退火后试样，n根退火后试样按照步骤5和步骤6所述方法制作退火后金相试样；
步骤8、先采用显微硬度计测量n根退火后试样制成的10n个退火后金相试样的硬度，若退火后试样同时满足下述两个硬度条件的：
每根退火后试样中的各自退火后金相试样中最高硬度值和最低硬度值的差值小于2N/mm2的退火后试样，
每根退火后试样中的退火后金相试样中的最高硬度值比第二根原始试样的退火前金相试样中的最高硬度值低4N/mm2以上的退火后试样；
则称为满足两个硬度条件的退火后试样；
然后采用金相显微镜观察满足两个硬度条件的退火后试样的退火后金相试样的金相组织中晶粒再结晶长大情况，选取既满足两个硬度条件又满足再结晶的退火后试样，得到满足再结晶的退火后试样；在满足再结晶的退火后试样所分别标记的退火温度中，最低的退火温度为满足再结晶的最低退火温度；
满足再结晶的最低退火温度减去10～20℃即为去应力退火温度。
2.根据权利要求1所述的确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度的方法，其特征在于所述冷弯厚壁型钢为闭口冷弯型钢，冷弯厚壁型钢的横截面形状为方形或为矩形，冷弯厚壁型钢的壁厚为6～16mm；冷弯厚壁型钢的材质为低碳合金钢。
3.根据权利要求1所述的确定冷弯厚壁型钢弯角去应力退火温度的方法，其特征在于所述满足再结晶是指：晶粒再结晶长大完成，金相组织已形成等轴晶粒。
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| CN110568001A (zh) | 2019-12-13 |
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