CN111893267B - 一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，该方法针对目标钢种，首先获得空烧试样，从空烧试样的奥氏体组织晶粒照片中结合目标晶粒尺寸，获得加热温度和加热时间的下限，再根据夹杂物的溶解情况作为标准进一步约束加热温度和加热时间，进而获得目标钢种的合理加热时间；该方法根据材料的需要制定合理的加热工艺，对材料加热过程种组织变化进行准确控制，保证加热后坯料组织的合理性，使资源利用最大化。该方法能够根据不同时间下夹杂物的尺寸变化获得材料中夹杂物随加热温度和保温时间的溶解情况，可以根据现场条件需求来制定合理的加热工艺，使资源利用最大化。

Description

一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法

【技术领域】

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法。

【背景技术】

现在钢厂中对于材料热加工过程中加热工艺的制定一般是采用经验公式来计算加热时间，而加热温度的确定也一般是根据钢种合金元素溶解温度来确定，这种方式存在着很大的缺陷性。当材料中合金元素种类及含量发生变化时，它的固溶温度和固溶时间就会随之变化，仅依靠经验公式所制定的加热工艺无法准确预测加热后晶粒尺寸的均匀性，未充分了解材料组织随工艺参数的演化规律，夹杂物是否充分溶解，这些都会给后续的热加工带来不利的影响，甚至影响最终成品的性能。而且在加热过程中无法准确预测晶粒尺寸的变化，若晶粒尺寸过大，后续变形工艺无法充分细化，也会造成成品性能不达标，造成资源浪费，影响生产进度。

组织决定性能，而组织具有遗传性，加热作为热加工过程中第一道工序，必须要保证其工艺的合理性，不同材料应有其专有的工艺，以保证能够生成目标的组织，以此保证不会影响后续工序，保证资源的合理利用。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，该方法解决现有技术中针对不同合金元素的钢种无法提供特定的加热参数的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，包括以下步骤：

步骤1，从目标钢种的铸坯上获取并加热试样，以加热时间和加热温度为变量加热试样，加热后的试样水冷，制得空烧试样；

步骤2，获取空烧试样的奥氏体组织晶粒的照片，基于加热时间、加热温度和晶粒尺寸建立加热工艺窗口；

步骤3，获取空烧试样的电镜扫描图，获取夹杂物尺寸小于10μm的空烧试样的最短加热时间和最低加热温度，所述最短加热时间为固溶时间，最低加热温度为固溶温度；

步骤4，选择步骤2中晶粒均匀且尺寸符合规范的空烧试样对应的最短加热时间和最低加热温度作为目标加热温度和目标加热时间，所述目标加热温度大于固溶温度，目标加热时间大于固溶时间，获得的目标加热温度和目标加热时间为加热参数。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中，试验加热时间范围为30min～120min，试验加热温度范围为900℃～1200℃。

优选的，试验过程中，加热温度以50℃为阶段作为温度变量，加热时间为30min为阶段作为时间变量。

优选的，步骤2中，通过显微镜拍摄空烧试样组织晶粒的照片。

优选的，步骤2中，所述加热工艺窗口中，加热温度和加热时间为自变量，晶粒尺寸为应变量。

优选的，步骤2中，每个空烧试样拍摄的照片数量大于等于9张。

优选的，步骤4中，每一类钢种对应有各自的晶粒尺寸要求规范。

优选的，所述制定方法还包括验证步骤。

优选的，所述验证步骤为，以目标加热时间和目标加热温度为加热参数对大尺寸试样进行加热，加热后水冷，水冷至室温后取心部试样，通过显微镜观察晶粒尺寸是否复合要求，通过电镜扫描，观察夹杂物尺寸是否小于10μm；所述大尺寸试样的试样宽度和铸坯厚度的比值≥60％，大尺寸试样的试样厚度和铸坯厚度之比≥60％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，该方法针对目标钢种，首先获得空烧试样，从空烧试样的奥氏体组织晶粒照片中结合目标晶粒尺寸，获得加热温度和加热时间的下限，再根据夹杂物的溶解情况作为标准进一步约束加热温度和加热时间，进而获得目标钢种的合理加热时间；该方法根据材料的需要制定合理的加热工艺，对材料加热过程种组织变化进行准确控制，保证加热后坯料组织的合理性，使资源利用最大化。该方法能够根据不同时间下夹杂物的尺寸变化获得材料中夹杂物随加热温度和保温时间的溶解情况，可以根据现场条件需求来制定合理的加热工艺，使资源利用最大化。该方法将材料夹杂物溶解情况并入加热工艺窗口，可以准确判读夹杂物溶解情况，便于加热工艺的制定。

进一步的，不同的钢种加热时间范围和加热温度范围不同，总体来说加热时间范围为30min～120min，试验加热温度范围为900℃～1200℃。

进一步的，以50℃为阶段，进行加热温度的细致划分，以30min为阶段进行加热时间的细致划分，能够精确的获得组织的变化规律和夹杂物溶解情况的变化规律。

进一步的，该方法通过建立加热工艺窗口可以准确判断在不同加热工艺下材料晶粒尺寸的演化规律以及晶粒尺寸均匀性，实现对加热过程准确控制，避免晶粒尺寸均匀性差、晶粒异常长大等情况出现，影响成品性能。

进一步的，每个空烧试样的拍摄照片数量大于等于9张，保证晶粒尺寸的稳定性。

进一步的，不同的钢种尤其对应的晶粒尺寸要求规范，使得本发明方法的适应性强，能够根据不同的钢种指定不同的规范。

进一步的，确定出来的最后工艺参数通过验证步骤进行衡量和考核，若获取的加热参数不合适，可进一步进行调整。

进一步的，采用大尺寸效应能够避免尺寸效应。

【附图说明】

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的加热工艺窗口图；

其中：(a)图为平均晶粒尺寸图；(b)图为晶粒尺寸方差图；

图3为验证试验的扫描电镜图；

图4为验证试验组织金相图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1，本发明公开了一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，从所研究钢种的铸坯上切割获取试样，在箱式加热炉中加热，根据钢种的不同，确定试验温度范围900℃～1200℃和加热时间30min～120min，以50℃为一个阶段，以30min为一个阶段，进行若干次加热试验，所有试样出炉立即水冷，具体的试验过程中，设定一个温度，在该温度情况下，以时间为变量，再增加温度，在增加温度的情况下，更改时间，直至所有的温度都完成。

步骤2，对空烧试样在常温下进行研磨和抛光，然后用腐蚀液腐蚀出材料晶粒，利用显微镜每个试样至少拍摄9张组织照片，统计其奥氏体晶粒尺寸，并计算其晶粒尺寸方差来表示晶粒的均匀性，以x轴为保温时间，y轴为加热温度，z轴为各组试验加热后奥氏体晶粒尺寸，绘制晶粒尺寸与加热温度及保温时间相关的等值线图，即为加热工艺窗口。。

步骤3，将空烧试样中高温和加热时间较长的试样腐蚀处理后进行电镜扫描，保证该试样中的碳化物和夹杂物有一定程度的溶解，观察试样的夹杂物溶解情况，设定夹杂物尺寸在10μm以内的最低加热温度与最短保温时间为材料最终固溶温度和固溶时间。将夹杂物尺寸限制在10μm以内可以保证在后续的轧制过程中被破碎消除。电镜扫描的放大倍数要求碳化物和夹杂物能够看清。

步骤4，在步骤2所建立的加热工艺窗口中选择晶粒尺寸均匀性好且晶粒尺寸偏低所对应的最低加热温度和最短保温时间，分别作为目标加热温度和目标加热时间，但所选加热温度与保温时间不能低于步骤3中所得到的固溶温度与固溶时间，该目标后加热温度和目标加热时间即为该钢种对应的加热工艺参数。

步骤5，将加热参数进行验证，为了避免尺寸效应，利用大尺寸试样(试样边长尽量接近连铸坯厚度)按照步骤4得到的加热工艺参数进行验证试验，出炉立即水冷，在试样心部取样，观察其晶粒尺寸，进行电镜扫描，观察夹杂物溶解情况。若夹杂物尺寸过大，提高固溶温度或增加保温时间，温度每次增加不超过20℃，保温时间每次增加不能超过30min。

实施例1：

下面通过具体示例详细说明本发明的示例性实施例。下面的示例以07MnNiMoDR钢为例，然而本发明不限于此，也可通过本发明制定其它材料的加热工艺。

(1)空烧试验

用线切割在连铸坯上切取若干个边长为10mm的正方体，然后在箱式加热炉中进行加热，出炉后立即水冷，保留其原奥氏体晶界，然后对空烧试样进行腐蚀和组织观察试验，统计其奥氏体晶粒尺寸，并计算其晶粒尺寸方差来表示晶粒的均匀性，以x轴为保温时间，y轴为加热温度，z轴为各组试验加热后奥氏体晶粒尺寸或晶粒尺寸方差值，绘制晶粒尺寸和晶粒尺寸方差值与加热温度及保温时间相关的等值线图，即为所建立的加热工艺窗口，如图2示为所建立的加热工艺窗口，从图中可以看到在不同加热温度和保温时间下奥氏体晶粒长大规律及不同加热工艺下晶粒尺寸的均匀性。然后根据加热窗口中各加热温度及保温时间所对应的晶粒尺寸均匀性确定各加热段的加热温度和加热时间。

试验参数：加热温度900℃～1200℃，保温时间30min～120min，以50℃为一个阶梯，以30min为一个阶段，试验参数表如下表1所示。

表1试验参数表

(2)电镜扫描试验

选取空烧试验中加热温度在1100℃～1200℃，保温时间90min～120min的试样，腐蚀处理后进行电镜扫描，观察其夹杂物溶解情况，当夹杂物尺寸小于10μm时所对应的最低加热温度与最短保温时间就是材料最终固溶温度和固溶时间。

(3)工艺制定与验证

根据(1)和(2)中所得结果制定加热工艺。因空烧试验中所用试样较小，为了避免尺寸效应，利用大尺寸试样110mm*110mm*110mm(试样边长尽量接近连铸坯厚度)按照所指定加热工艺进行验证试验，出炉立即水冷，在试样心部取样，将所取试样在室温下经打磨抛光腐蚀后，进行金相组织拍照及电镜扫描，如图3和图4所示，图3为验证试验组织电镜扫描照片，可以观察到夹杂物尺寸在4μm左右，符合要求；图4为验证试验金相照片，经统计其奥氏体晶粒尺寸为89.23μm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，从目标钢种的铸坯上获取并加热试样，以加热时间和加热温度为变量加热试样，加热后的试样水冷，制得空烧试样；试验过程中，加热温度以50℃为阶段作为温度变量，加热时间为30min为阶段作为时间变量；

步骤2，获取空烧试样的奥氏体组织晶粒的照片，基于加热时间、加热温度和晶粒尺寸建立加热工艺窗口；步骤2中，所述加热工艺窗口中，加热温度和加热时间为自变量，晶粒尺寸为应变量；步骤2中，每个空烧试样拍摄的照片数量大于等于9张；

以x轴为保温时间，y轴为加热温度，z轴为各组试验加热后奥氏体晶粒尺寸或晶粒尺寸方差值，绘制晶粒尺寸和晶粒尺寸方差值与加热温度及保温时间相关的等值线图，即为所建立的加热工艺窗口，

步骤3，获取空烧试样的电镜扫描图，获取夹杂物尺寸小于10μm的空烧试样的最短加热时间和最低加热温度，所述最短加热时间为固溶时间，最低加热温度为固溶温度；

步骤4，选择步骤2中晶粒均匀且尺寸符合规范的空烧试样对应的最短加热时间和最低加热温度作为目标加热温度和目标加热时间，所述目标加热温度大于固溶温度，目标加热时间大于固溶时间，获得的目标加热温度和目标加热时间为加热参数。

2.根据权利要求1所述的一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，其特征在于，步骤1中，试验加热时间范围为30min~120min，试验加热温度范围为900℃~1200℃。

3.根据权利要求1所述的一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，其特征在于，步骤2中，通过显微镜拍摄空烧试样组织晶粒的照片。

4.根据权利要求1所述的一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，其特征在于，步骤4中，每一类钢种对应有各自的晶粒尺寸要求规范。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，其特征在于，所述制定方法还包括验证步骤。

6.根据权利要求5所述的一种明确考量组织目标要求的加热参数制定方法，其特征在于，所述验证步骤为，以目标加热时间和目标加热温度为加热参数对大尺寸试样进行加热，加热后水冷，水冷至室温后取心部试样，通过显微镜观察晶粒尺寸是否复合要求，通过电镜扫描，观察夹杂物尺寸是否小于10μm；所述大尺寸试样的试样宽度和铸坯厚度的比值≥60%，大尺寸试样的试样厚度和铸坯厚度之比≥60%。

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