CN112697614A - 一种含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，在直径140~170mm的含硫中碳钢棒材中取3~5个横向冲击试样进行室温冲击试验，取符合测试要求试样的最低冲击功值，判断取样区域中单条硫化物的最大长度。本发明采用上述检测方法可以不进行金相检验而快速判断取样区域中单条硫化物的最大长度，为大棒材中硫化物控制水平评价和后续产品性能预测提供依据。
Description
技术领域
本发明属于钢铁材料技术领域，是一种含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，具体涉及一种通过测量横向冲击试样冲击功值判断中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法。
背景技术
硫化物作为一种钢中常见的塑性夹杂物，常用来改善切削性能。对于汽车曲轴等机加工成本占比较高的零部件，含硫钢是最常用的钢种类型。但是硫化物在轧制、锻造等热变形过程中会随基体发生塑性变形，呈长条状，严重降低材料的横向力学性能。尤其是大截面棒材中，由于钢坯凝固速度较慢等原因，其中的硫化物长度往往很大。因此快速、准确判断钢中硫化物的长度，尤其是局部区域中硫化物的最大长度具有重要意义。
金相法是量取硫化物长度的主要方法。实际检验中多数企业参照国标《GB/T10516-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定方法》和相关协议约定截取试样，观察一个平面上硫化物的粗细和长度，并进行评级。一方面，一条连续或相关联的硫化物形状复杂，很有可能不能同时呈现在一个平面上；另一方面，截取平面恰好展现出该区域长度最大硫化物的可能性也较小。
冲击试验是检测材料韧性的常规手段。钢材或零件毛坯在进行质检和验收时一般都会进行冲击试验检测，取样、检测流程规范，检测结果可靠。冲击试验外力加载速度快，断裂过程多以先韧性断裂、后脆性解理断裂、最后撕裂的形式进行。其中韧性断裂面积的大小决定了最终冲击功值的高低。对于珠光体占比较高的铁素体-珠光体型钢，解理断裂是断口的主要类型。解理断裂开始的越晚，韧性断裂区面积越大，冲击功值越高。而大尺寸夹杂物通常是引起解理断裂过早开始的源区，冲击断裂裂纹扩展过程中前沿一瞬间掠过的夹杂物长度越大，解理断裂出现的越早。基于此，本发明提出一种含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，以有效评价碳钢棒材中硫化物的最大长度。
发明内容
本发明的目的是针对碳钢中对性能影响较大的大尺寸硫化物难以有效捕捉，难以评价其最大长度这一问题，提供一种含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法。利用横向室温冲击试验测试冲击功值，快速判断含硫中碳钢大棒材取样区域中长度最大硫化物的长度范围。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，在直径为140~170mm的含硫中碳钢棒材中取试样进行横向冲击试验，测量断后冲击功值，判断取样区域中单条硫化物的最大长度，所述试样轴向垂直于棒材轧向；其中，试样断后冲击功值与取样区域中单条硫化物的最大长度对应关系包括：
冲击功值处于17~25J时，硫化物最大长度小于100μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降；
冲击功值处于10~17J时，硫化物最大长度介于100μm~300μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降；
冲击功值处于5~10J时，硫化物最大长度介于300μm~400μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降；
冲击功值处于3~5J时，硫化物最大长度介于400μm~500μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降。
进一步的，所述的试样为标准夏比冲击试样，尺寸为10mm×10mm×55mm，试样中部一侧开设2mm深U型槽，试样表面磨光。
进一步的，每支棒材取3~5个试样，取冲击功值最低的数据判断单条硫化物的最大长度。
进一步的，所述横向冲击试验在室温条件下进行，具体为：将试样置于摆锤式冲击试验机进行打断，以测定冲击功值。
进一步的，所述横向冲击试验的具体步骤为：
S1：检验试样表面，保证试样表面无油污和明显缺陷，试样中部的U型槽内无微裂纹；
S2：将试样平稳置于试验机卡槽内，试样与卡槽无间隙，试样的U型槽朝向摆锤落下时的前进方向且居于摆锤落下时的正中位置；
S3：摆锤落下后，试样被打断；
S4：记录摆锤上显示的冲击功数值。
进一步的，所述含硫中碳钢棒材的化学成分质量百分比范围为：C：0.34~0.40%、Si：0.35~0.65%、Mn：1.25~1.65%、S：0.025~0.035%、P：0~0.030%，余量为Fe及不可避免杂质。
本发明采用上述的检测方法，是基于大棒材横截面积较大，在轧制成形后冷速缓慢且不易受外界环境影响。因此棒材组织为铁素体和珠光体的组合，各组织占比稳定，力学性能波动很小。添加硫化物后，棒材中硫化物与轧向平行，成不严格的长条状，单条硫化物中可能存在拉断现象，但间距很小。冲击试样断裂时裂纹前端与开槽方向平行，当取横向冲击试样时，裂纹前端即与硫化物长轴方向平行。扩展过程中裂纹前端遇到的单条硫化物越长，断裂形式越早地由韧性断裂阶段进入脆性断裂阶段，进而造成冲击功值下降。因此横向室温冲击试验的冲击功值与冲击试样开槽平面附近硫化物最大长度直接相关。本方法中冲击功值与硫化物最大长度的对应关系来源于大量实验数据的积累。
需要说明的是，本发明所述方法适用的冲击试样对试样尺寸和开槽方式提出了明确要求。冲击试样断裂截面的原始截面积大小直接影响冲击功值的高低。本方法的对应关系来源于实验数据积累，因此，试样尺寸的不同会影响冲击功的具体数值。而本发明方法适用的冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，开槽深度2mm，断裂截面的原始尺寸为8mm×10mm。本发明方法要求开U型槽，开槽形式不同会造成冲击时断裂截面应力集中程度不同，进而影响冲击功值，开V型槽试样应力集中过大，对本发明方法适用的含硫中碳钢棒材使用V型槽室温冲试验，冲击功值过低，不同最大长度硫化物棒材的横向冲击功值差距过小，容易造成误判，因此要求试样开U型槽。
本发明所述方法适用的冲击试验过程对试验温度提出了明确要求。钢铁材料具有明显的韧脆转变温度，对本发明方法适用的含硫中碳钢棒材，温度降低至明显低于室温后，可能会出现冲击功值的显著下降，造成误判。因此，本发明冲击试验在室温条件下进行。
本发明所述方法适用的冲击试验过程对试样摆放位置和试验后试样的状态提出了明确要求。本发明提出试样与卡槽应无间隙，U型槽朝向摆锤落下时的前进方向且居于摆锤落下时的正中位置，以便能够将摆锤下落时的能量施加于开槽截面。试样摆放出现偏差会使能量耗散在其他位置，造成冲击功值偏高而误判。试验后冲击试样必须打断，如果出现未完全断裂现象，说明断裂截面积小于本发明所述方法的要求，造成冲击功值偏低，造成误判。
本发明所述方法适用的单条硫化物的最大长度对应冲击功值的判定依据对冲击试验结果取值方法提出了明确要求。为防止单个冲击试样开槽截面附近没有大尺寸硫化物存在的偶然事件发生，应取3~5个平行试样进行试验，保证实验结果可靠性。因此，每支棒材取3~5个横向冲击试样进行冲击试验，同时，单条硫化物长度越大，冲击功值越低。因此，应取所有冲击功值的最小值作为判定单条硫化物长度的依据。
本发明的有益效果：
（1）本发明通过将试样进行横向冲击试验，测量冲击功值，即可判断取样区域中单条硫化物的最大长度，本方法无需进行金相检验即可快速判断取样区域中单条硫化物的最大长度，为大棒材中硫化物控制水平评价和后续产品性能预测提供依据；
（2）本发明检测方法相对于金相检测，测量范围更大，可以直接获得检测区域三维空间中单条硫化物的最大长度，同时避免了单条硫化物因弯曲或粗细不均匀等原因不能同时展现在金相检验的某一二维平面，而导致检测人员对硫化物长度的误判。
附图说明
图1是本发明实施例1冲击功值为20.45J的横向冲击试样断裂截面附近硫化物形态照片；
图2是本发明实施例2冲击功值为13.80J的横向冲击试样断裂截面附近硫化物形态照片；
图3是本发明实施例3冲击功值为8.02J的横向冲击试样断裂截面附近硫化物形态照片；
图4是本发明实施例4冲击功值为3.02J的横向冲击试样断裂截面附近硫化物形态照片。
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
本发明提供一种含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，在直径为140~170mm的含硫中碳钢棒材中取试样在室温下进行横向冲击试验，测量断后冲击功值，判断取样区域中单条硫化物的最大长度，所述试样轴向垂直于棒材轧向；其中，所述的试样为标准夏比冲击试样，尺寸为10mm×10mm×55mm，试样中部一侧开设2mm深U型槽，试样表面磨光。
所述横向冲击试验的具体步骤为：
S1：每支棒材取3~5个试样，检验试样表面，保证试样表面无油污和明显缺陷，试样中部的U型槽内无微裂纹；
S2：将试样平稳置于试验机卡槽内，试样与卡槽无间隙，试样的U型槽朝向摆锤落下时的前进方向且居于摆锤落下时的正中位置；
S3：摆锤落下后，试样被打断；
S4：记录摆锤上显示的冲击功数值，取冲击功值最低的数据判断单条硫化物的最大长度。
具体的，取样区域中单条硫化物的最大长度的判断依据为：冲击功值处于17~25J时，硫化物最大长度小于100μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降；冲击功值处于10~17J时，硫化物最大长度介于100μm~300μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降；冲击功值处于5~10J时，硫化物最大长度介于300μm~400μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降；冲击功值处于3~5J时，硫化物最大长度介于400μm~500μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降。
实施例1
按本发明方法，在一直径150mm的含硫中碳钢大棒材取3支横向冲击试样进行室温冲击试验，该中碳钢具有如下的质量百分比化学成分：0.38%C、0.35%Si、1.25%Mn、0.010%P、0.030%S，余量为Fe及不可避免杂质。3支试样冲击功值最低为20.45J，将该试样断口磨平抛光后，包含单条最大长度硫化物的金相照片参见图1，照片的宽度方向为轧向，深灰色长条状为硫化物，单条硫化物最大长度为60μm。使用本方法所检测的单条硫化物最大长度与冲击功值对应关系准确。
实施例2
按本发明方法，在一直径160mm的含硫中碳钢大棒材取5支横向冲击试样进行室温冲击试验，该中碳钢具有如下的质量百分比化学成分：0.36%C、0.65%Si、1.38%Mn、0.030%P、0.035%S，余量为Fe及不可避免杂质。5支试样冲击功值最低为13.80J，将该试样断口磨平抛光后，包含单条最大长度硫化物的金相照片参见图2，照片的宽度方向为轧向，深灰色长条状为硫化物，单条硫化物最大长度为165μm。使用本方法所检测的单条硫化物最大长度与冲击功值对应关系准确。
实施例3
按本发明方法，在一直径140mm的含硫中碳钢大棒材取5支横向冲击试样进行室温冲击试验，该中碳钢具有如下的质量百分比化学成分：0.34%C、0.45%Si、1.65%Mn、0.008%P、0.025%S，余量为Fe及不可避免杂质。5支试样冲击功值最低为8.02J，将该试样断口磨平抛光后，包含单条最大长度硫化物的金相照片参见图3，照片的宽度方向为轧向，深灰色长条状为硫化物，单条硫化物最大长度为341μm。使用本方法所检测的单条硫化物最大长度与冲击功值对应关系准确。
实施例4
按本发明方法，在一直径170mm的含硫中碳钢大棒材取5支横向冲击试样进行室温冲击试验，该中碳钢具有如下的质量百分比化学成分：0.40%C、0.51%Si、1.49%Mn、0.011%P、0.028%S，余量为Fe及不可避免杂质。5支试样冲击功值最低为3.02J，将该试样断口磨平抛光后，包含单条最大长度硫化物的金相照片参见图3，照片的宽度方向为轧向，深灰色长条状为硫化物，单条硫化物最大长度为493μm。使用本方法所检测的单条硫化物最大长度与冲击功值对应关系准确。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，其特征在于，在直径为140~170mm的含硫中碳钢棒材中取试样进行横向冲击试验，测量断后冲击功值，判断取样区域中单条硫化物的最大长度，所述试样轴向垂直于棒材轧向；其中，试样断后冲击功值与取样区域中单条硫化物的最大长度对应关系包括：
冲击功值处于17~25J时，硫化物最大长度小于100μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降；
冲击功值处于10~17J时，硫化物最大长度介于100μm~300μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降；
冲击功值处于5~10J时，硫化物最大长度介于300μm~400μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降；
冲击功值处于3~5J时，硫化物最大长度介于400μm~500μm；随单条硫化物长度增大，冲击功值下降。
2.根据权利要求1所述的含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，其特征在于，所述的试样为标准夏比冲击试样，尺寸为10mm×10mm×55mm，试样中部一侧开设2mm深U型槽，试样表面磨光。
3.根据权利要求1所述的含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，其特征在于，所述横向冲击试验在室温条件下进行，将试样置于摆锤式冲击试验机进行打断，以测定冲击功值。
4.根据权利要求1所述的含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，其特征在于，每支棒材取3~5个试样，取冲击功值最低的数据判断单条硫化物的最大长度。
5.根据权利要求1所述的含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，其特征在于，所述横向冲击试验的具体步骤为：
S1：检验试样表面，保证试样表面无油污和明显缺陷，试样中部的U型槽内无微裂纹；
S2：将试样平稳置于试验机卡槽内，试样与卡槽无间隙，试样的U型槽朝向摆锤落下时的前进方向且居于摆锤落下时的正中位置；
S3：摆锤落下后，试样被打断；
S4：记录摆锤上显示的冲击功数值。
6.根据权利要求1所述的含硫中碳钢大棒材中硫化物最大长度的检测方法，其特征在于，所述含硫中碳钢棒材的化学成分质量百分比范围为：C：0.34~0.40%、Si：0.35~0.65%、Mn：1.25~1.65%、S：0.025~0.035%、P：0~0.030%，余量为Fe及不可避免杂质。
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