CN114235872B - 一种重轨钢大型夹杂物来源的分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种重轨钢大型夹杂物来源的分析方法，属于钢铁冶金技术领域，包括如下步骤：获取磨抛后的合金试样；获取所述合金试样中夹杂物的位置和尺寸；标记尺寸＞300μm的所述夹杂物，得到大型夹杂物；分析所述大型夹杂物的成分；根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源。本分析方法通过前三个步骤确定合金试样中夹杂物的具体位置，并筛选夹杂物中超标的大型夹杂物，而后一一定位，并通过分析大型夹杂物的各项成分，利用成分及成分所对应的范围分析大型夹杂物中各项成分的对应来源，综合后即可完善、精确地推演大型夹杂物的来源。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种重轨钢大型夹杂物来源的分析方法。
背景技术
重轨钢中大型夹杂物一般指成品钢轨在夹杂物检验和探伤检测中发现的超标夹杂物，通常夹杂物的轧向长度大于300μm，最大尺寸超过1000μm。大型夹杂物的存在直接影响钢轨疲劳性能，严重的会形成核伤甚至断轨，对钢轨使用寿命及行车安全造成危害。目前针对重轨钢夹杂物演变及控制措施多有研究，但如何从钢轨成品超标夹杂物的特征来反向推演夹杂物的来源鲜少研究。
中国专利号CN201110315609.4的专利文献，公开了一种判定钢中外来夹杂物来源的方法，该方法主要是解决大于50μm夹杂物来源的判定问题，其采用对钢中夹杂物进行特征元素分析的方法判断夹杂物的来源。但其仍具备以下缺点：判断夹杂物的特征元素不足，且来源并不只有结晶器保护渣、中间包覆盖剂和精炼渣卷渣这三种，通常大型夹杂物为复合类夹杂物，其成分元素不局限于Ca、Si、Na、F、Ba。因此需要一种更完善、更精准的重轨钢大型夹杂物来源的分析方法来解决上述问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种重轨钢大型夹杂物来源的分析方法，解决现有技术对大型夹杂物的来源判断不完善、不精确的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种重轨钢大型夹杂物来源的分析方法，包括如下步骤：
获取磨抛后的合金试样；
获取所述合金试样中夹杂物的位置和尺寸；
标记尺寸＞300μm的所述夹杂物，得到大型夹杂物；
分析所述大型夹杂物的成分；
根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源。
可选的，采用显微镜确定所述合金试样中的夹杂物的位置和尺寸。
可选的，采用压痕仪标记所述夹杂物。
可选的，采用扫描电镜和能谱分析仪分析所述大型夹杂物的成分。
可选的，所述分析所述大型夹杂物的成分包括如下步骤：
分析所述大型夹杂物的整体形貌；
分析所述大型夹杂物的成分是否包括ZrO2、MgO以及Al2O3；
分析所述大型夹杂物的成分是否包括SiO2和MnO。
可选的，所述分析所述大型夹杂物的整体形貌包括如下步骤：
分析所述大型夹杂物是否呈条状，是否颜色一致，是否端部圆滑；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为硫化物；
分析所述大型夹杂物是否呈不规则条状，是否存在明显界限，是否棱角分明；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为钢渣与耐火材料结合的复合物；
分析所述大型夹杂物是否呈镶嵌状，镶嵌处是否存在明显界限，镶嵌物与被镶嵌物是否颜色不同；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为硫化物与耐火材料结合的复合物；
分析所述大型夹杂物是否呈不连续条状，是否粗细不一致，是否颜色有差别；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为硅锰二次氧化物。
可选的，所述根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源包括如下步骤：
根据CaO/SiO2的质量分数比分析钢渣的来源；
根据特征元素Na、K的质量分数分析钢渣的来源；
根据SiO2/MnO的质量分数比分析所述硅锰二次氧化物的来源；
ZrO2的来源为浸入式水口；
MgO的来源为耐火材料；
Al2O3的来源为钢液；
分析Al2O3/MgO的质量分数比是否为(3.0-3.5)：1，若是，判断Al2O3和MgO形成镁铝尖晶石。
可选的，所述根据CaO/SiO2的质量分数比分析钢渣的来源包括如下步骤：
分析CaO/SiO2质量分数比是否为(1.2-2.5)：1，若是，判断所述钢渣的来源为钢包精炼渣；
分析CaO/SiO2质量分数比是否为(0.8-1.2)：1，若是，判断所述钢渣的来源为中间包覆盖剂或结晶器保护渣。
可选的，所述根据特征元素Na、K的质量分数分析钢渣的来源包括如下步骤：
分析Na和K的氧化物的质量分数总和是否＞3％，若是，判断所述钢渣的来源为结晶器保护渣。
可选的，所述根据SiO2/MnO的质量分数比分析所述硅锰二次氧化物的来源包括如下步骤：
分析SiO2/MnO的质量分数比是否为(0.85±0.05)：1，若是，判断所述硅锰二次氧化物的来源为钢液与空气接触，造成Si、Mn二次氧化。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的一种重轨钢大型夹杂物来源的分析方法，包括如下步骤：获取磨抛后的合金试样；获取所述合金试样中夹杂物的位置和尺寸；标记尺寸＞300μm的所述夹杂物，得到大型夹杂物；分析所述大型夹杂物的成分；根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源；本分析方法通过前三个步骤确定合金试样中夹杂物的具体位置，并筛选夹杂物中超标的大型夹杂物，而后一一定位，并通过分析大型夹杂物的各项成分，利用成分及成分所对应的范围分析大型夹杂物中各项成分的对应来源，综合后即可完善、精确地推演大型夹杂物的来源。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种重轨钢大型夹杂物来源的分析方法的流程图；
图2是本发明实施例1的大型夹杂物的扫描电镜图；
图3是本发明实施例1的大型夹杂物的能谱分析图；
图4是本发明实施例2的大型夹杂物的扫描电镜图；
图5是本发明实施例2的大型夹杂物的钢渣的能谱分析图；
图6是本发明实施例2的大型夹杂物的钢渣的成分图；
图7是本发明实施例2的大型夹杂物的耐火材料的能谱分析图；
图8是本发明实施例2的大型夹杂物的耐火材料的成分图；
图9是本发明实施例3的大型夹杂物的扫描电镜图；
图10是本发明实施例3的大型夹杂物的钢渣的能谱分析图；
图11是本发明实施例3的大型夹杂物的钢渣的成分图；
图12是本发明实施例3的大型夹杂物的耐火材料的能谱分析图；
图13是本发明实施例3的大型夹杂物的耐火材料的成分图；
图14是本发明实施例4的大型夹杂物的扫描电镜图；
图15是本发明实施例4的大型夹杂物的能谱分析图；
图16是本发明实施例4的大型夹杂物的成分图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。例如，室温可以是指10～35℃区间内的温度。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种重轨钢大型夹杂物来源的分析方法，包括如下步骤：
S1、获取磨抛后的合金试样；
S2、获取所述合金试样中夹杂物的位置和尺寸；
S3、标记尺寸＞300μm的所述夹杂物，得到大型夹杂物；
S4、分析所述大型夹杂物的成分；
S5、根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源。
本筛选方法通过上述五个步骤进行大型夹杂物来源的分析，具体地，通过步骤S1至S3获取夹杂物的具体位置，并利用尺寸对夹杂物进行筛选，得到尺寸＞300μm的大型夹杂物；进一步通过对大型夹杂物包括的具体成分进行分析，分别确认每个成分的来源，综合后即可完善且精确地推演并确认整个大型夹杂物的来源。
需要说明的是，上述尺寸指轧向长度。
具体地，采用显微镜确定所述合金试样中的夹杂物的位置和尺寸；采用压痕仪标记所述夹杂物；采用扫描电镜和能谱分析仪分析所述大型夹杂物的成分。
上述显微镜、压痕仪、扫描电镜和能谱分析仪均为现有技术中的设备。
进一步地，作为一种可选的实施方式，所述分析所述大型夹杂物的成分包括如下步骤：
S4.1、分析所述大型夹杂物的整体形貌；
S4.2、分析所述大型夹杂物的成分是否包括ZrO2、MgO以及Al2O3；
S4.3、分析所述大型夹杂物的成分是否包括SiO2和MnO。
上述步骤的作用在于：通过步骤S4.1，能够初步且有效地判断大型夹杂物的主要成分，一般而言，大型夹杂物通常存在四种形式，分别为：硫化物、钢渣与耐火材料结合的复合物、硫化物与耐火材料结合的复合物以及硅锰二次氧化物，通过步骤S4.1，从整体形貌即可初步确认大型夹杂物的成分；通过步骤S4.2，对包含钢渣类的大型夹杂物中的钢渣的来源进行分析；通过步骤S4.3，对硅锰二次氧化物类的大型夹杂物的来源进行分析。
再进一步地，作为一种可选的实施方式，所述分析所述大型夹杂物的整体形貌包括如下步骤：
S4.1.1、分析所述大型夹杂物是否呈条状，是否颜色一致，是否端部圆滑；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为硫化物；
S4.1.2、分析所述大型夹杂物是否呈不规则条状，是否存在明显界限，是否棱角分明；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为钢渣与耐火材料结合的复合物；
S4.1.3、分析所述大型夹杂物是否呈镶嵌状，镶嵌处是否存在明显界限，镶嵌物与被镶嵌物是否颜色不同；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为硫化物与耐火材料结合的复合物；
S4.1.4、分析所述大型夹杂物是否呈不连续条状，是否粗细不一致，是否颜色有差别；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为硅锰二次氧化物。
上述步骤的作用在于：为步骤S4.1提供判断依据，通过上述依据即可确认大型夹杂物的成分为硫化物、钢渣与耐火材料结合的复合物、硫化物与耐火材料结合的复合物以及硅锰二次氧化物中的哪一种。
需要说明的是，上述四个步骤可乱序进行，确定类型后即可结束。
更进一步地，作为一种可选的实施方式，所述根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源包括如下步骤：
S5.1、根据CaO/SiO2的质量分数比分析钢渣的来源；
S5.2、根据特征元素Na、K的质量分数分析钢渣的来源；
S5.3、根据SiO2/MnO的质量分数比分析所述硅锰二次氧化物的来源；
S5.4、ZrO2的来源为浸入式水口；
S5.5、MgO的来源为耐火材料；
S5.6、Al2O3的来源为钢液；
S5.7、分析Al2O3/MgO的质量分数比是否为(3.0-3.5)：1，若是，判断Al2O3和MgO形成镁铝尖晶石。
上述步骤的作用在于：通过所有前步骤分析出的大型夹杂物的成分，反向推演成分的对应来源，继而综合得出整个大型夹杂物的来源。
具体地，作为一种可选的实施方式，所述根据CaO/SiO2的质量分数比分析钢渣的来源包括如下步骤：
S5.1.1、分析CaO/SiO2质量分数比是否为(1.2-2.5)：1，若是，判断所述钢渣的来源为钢包精炼渣；
S5.1.2、分析CaO/SiO2质量分数比是否为(0.8-1.2)：1，若是，判断所述钢渣的来源为中间包覆盖剂或结晶器保护渣。
需要说明的是，CaO/SiO2质量分数比为1.2：1时，判断所述钢渣的来源为中间包覆盖剂或结晶器保护渣。
上述两个步骤的作用在于判断钢渣类成分的来源，因为钢渣、中间包覆盖剂和结晶器保护渣的碱度均与夹杂物中CaO/SiO2比值相对应。
具体地，作为一种可选的实施方式，所述根据特征元素Na、K的质量分数分析钢渣的来源包括如下步骤：
S5.2.1、分析Na和K的氧化物的质量分数总和是否＞3％，若是，判断所述钢渣的来源为结晶器保护渣。
该步骤的作用在于提供另一种钢渣类成分的来源的分析方法，机理为：结晶器保护渣中含有Na、K元素，通常含量大于3％可判断存在结晶器保护渣卷入。
具体地，作为一种可选的实施方式，所述根据SiO2/MnO的质量分数比分析所述硅锰二次氧化物的来源包括如下步骤：
S5.3.1、分析SiO2/MnO的质量分数比是否为(0.85±0.05)：1，若是，判断所述硅锰二次氧化物的来源为钢液与空气接触，造成Si、Mn二次氧化。
该步骤的作用在于分析硅锰二次氧化物类成分的来源，机理为：重轨为硅锰合金脱氧钢，如夹杂物为纯硅锰氧化物，可判断是钢水接触空气造成二次氧化。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的重轨钢大型夹杂物来源的分析方法进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种重轨钢大型夹杂物来源的分析方法，包括如下步骤：
S1、获取磨抛后的合金试样。
S2、采用显微镜获取所述合金试样中夹杂物的位置和尺寸。
S3、采用压痕仪标记尺寸＞300μm的所述夹杂物，得到大型夹杂物。
S4、采用扫描电镜和能谱分析仪分析所述大型夹杂物的成分，扫描电镜图见图2，能谱分析图见图3。
S4.1、分析所述大型夹杂物的整体形貌。
S4.1.1、由图2可知，所述大型夹杂物呈条状，颜色一致，端部圆滑，因此判断该大型夹杂物为硫化物，由图3可知，该硫化物为硫化锰。
实施例2
S1、获取磨抛后的合金试样。
S2、采用显微镜获取所述合金试样中夹杂物的位置和尺寸。
S3、采用压痕仪标记尺寸＞300μm的所述夹杂物，得到大型夹杂物。
S4、采用扫描电镜和能谱分析仪分析所述大型夹杂物的成分，扫描电镜图见图4，钢渣能谱分析图见图5，钢渣成分图见图6，耐火材料能谱分析图见图7，耐火材料成分图见图8。
S4.1、分析所述大型夹杂物的整体形貌。
S4.1.2、由图4可知，所述大型夹杂物呈不规则条状，存在明显界限，棱角分明，判断该大型夹杂物为钢渣与耐火材料结合的复合物。
S4.2、分析所述大型夹杂物的成分是否包括ZrO2、MgO、Al2O3以及镁铝尖晶石，由图4、图7和图8可知，该大型夹杂物的成分中包括MgO和Al2O3。
S5、根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源。
S5.1、根据CaO/SiO2的质量分数比分析钢渣的来源。
S5.1.1、由图5和图6可知，CaO/SiO2质量分数比为1.5：1，判断所述钢渣的来源为钢包精炼渣。
S5.5、MgO的来源为耐火材料。
S5.6、Al2O3的来源为钢液。
S5.7、由图7和图8可知，Al2O3/MgO的质量分数比为3.5：1，判断Al2O3和MgO形成镁铝尖晶石。
实施例3
S1、获取磨抛后的合金试样。
S2、采用显微镜获取所述合金试样中夹杂物的位置和尺寸。
S3、采用压痕仪标记尺寸＞300μm的所述夹杂物，得到大型夹杂物。
S4、采用扫描电镜和能谱分析仪分析所述大型夹杂物的成分，扫描电镜图见图9，钢渣能谱分析图见图10，钢渣成分图见图11，耐火材料能谱分析图见图12，耐火材料成分图见图13。
S4.1、分析所述大型夹杂物的整体形貌。
S4.1.2、由图9可知，所述大型夹杂物呈不规则条状，存在明显界限，棱角分明，判断该大型夹杂物为钢渣与耐火材料结合的复合物。
S4.2、分析所述大型夹杂物的成分是否包括ZrO2、MgO、Al2O3以及镁铝尖晶石，由图9、图12和图13可知，该大型夹杂物的成分中包括MgO以及Al2O3。
S5、根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源。
S5.1、根据CaO/SiO2的质量分数比分析钢渣的来源。
S5.1.1、由图10和图11可知，CaO/SiO2质量分数比是否为1.2：1，判断所述钢渣的来源为中间包覆盖剂或结晶器保护渣。
S5.2、根据特征元素Na、K的质量分数分析钢渣的来源。
S5.2.1、由图11可知，K2O的质量分数为11％＞3％，判断所述钢渣的来源为结晶器保护渣。
S5.5、MgO的来源为耐火材料。
S5.6、Al2O3的来源为钢液。
S5.7、由图12和图13可知，Al2O3/MgO的质量分数比为3.3：1，判断Al2O3和MgO形成镁铝尖晶石。
实施例4
S1、获取磨抛后的合金试样。
S2、采用显微镜获取所述合金试样中夹杂物的位置和尺寸。
S3、采用压痕仪标记尺寸＞300μm的所述夹杂物，得到大型夹杂物。
S4、采用扫描电镜和能谱分析仪分析所述大型夹杂物的成分，扫描电镜图见图14，能谱分析图见图15，成分图见图16。
S4.1、分析所述大型夹杂物的整体形貌。
S4.1.4、由图14可知，所述大型夹杂物呈不连续条状，粗细不一致，颜色有差别，判断该大型夹杂物的成分为硅锰二次氧化物。
S4.3、由图15和图16可知，所述大型夹杂物的成分包括SiO2和MnO。
S5、根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源。
S5.3、根据SiO2/MnO的质量分数比分析所述硅锰二次氧化物的来源。
S5.3.1、由图16可知，SiO2/MnO的质量分数比为0.87：1，判断所述硅锰二次氧化物的来源为钢液与空气接触，造成Si、Mn二次氧化。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种重轨钢大型夹杂物来源的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取磨抛后的合金试样；
获取所述合金试样中夹杂物的位置和尺寸；
标记尺寸＞300μm的所述夹杂物，得到大型夹杂物；
分析所述大型夹杂物的成分；
根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源；
所述分析所述大型夹杂物的成分包括如下步骤：
分析所述大型夹杂物的整体形貌；
分析所述大型夹杂物的成分是否包括ZrO2、MgO以及Al2O3；
分析所述大型夹杂物的成分是否包括SiO2和MnO；
所述分析所述大型夹杂物的整体形貌包括如下步骤：
分析所述大型夹杂物是否呈条状，是否颜色一致，是否端部圆滑；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为硫化物；
分析所述大型夹杂物是否呈不规则条状，是否存在明显界限，是否棱角分明；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为钢渣与耐火材料结合的复合物；
分析所述大型夹杂物是否呈镶嵌状，镶嵌处是否存在明显界限，镶嵌物与被镶嵌物是否颜色不同；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为硫化物与耐火材料结合的复合物；
分析所述大型夹杂物是否呈不连续条状，是否粗细不一致，是否颜色有差别；
若均是，判断所述大型夹杂物的成分为硅锰二次氧化物；
所述根据所述成分分析所述大型夹杂物的来源包括如下步骤：
根据CaO/SiO2的质量分数比分析钢渣的来源；
根据特征元素Na、K的质量分数分析钢渣的来源；
根据SiO2/MnO的质量分数比分析所述硅锰二次氧化物的来源；
ZrO2的来源为浸入式水口；
MgO的来源为耐火材料；
Al2O3的来源为钢液；
分析Al2O3/MgO的质量分数比是否为(3.0-3.5)：1，若是，判断Al2O3和MgO形成镁铝尖晶石；
所述根据CaO/SiO2的质量分数比分析钢渣的来源包括如下步骤：
分析CaO/SiO2质量分数比是否为(1.2-2.5)：1，若是，判断所述钢渣的来源为钢包精炼渣；
分析CaO/SiO2质量分数比是否为(0.8-1.2)：1，若是，判断所述钢渣的来源为中间包覆盖剂或结晶器保护渣；
所述根据特征元素Na、K的质量分数分析钢渣的来源包括如下步骤：
分析Na和K的氧化物的质量分数总和是否＞3％，若是，判断所述钢渣的来源为结晶器保护渣；
所述根据SiO2/MnO的质量分数比分析所述硅锰二次氧化物的来源包括如下步骤：
分析SiO2/MnO的质量分数比是否为(0.85±0.05)：1，若是，判断所述硅锰二次氧化物的来源为钢液与空气接触，造成Si、Mn二次氧化。
2.根据权利要求1所述的重轨钢大型夹杂物来源的分析方法，其特征在于，采用显微镜确定所述合金试样中的夹杂物的位置和尺寸。
3.根据权利要求1所述的重轨钢大型夹杂物来源的分析方法，其特征在于，采用压痕仪标记所述夹杂物。
4.根据权利要求1所述的重轨钢大型夹杂物来源的分析方法，其特征在于，采用扫描电镜和能谱分析仪分析所述大型夹杂物的成分。
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