CN114778231A - 一种超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低碳钢连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法。本发明首先对连铸坯样进行预磨和抛光处理，然后将加入丙酮的去离子水加热到70℃～90℃饱和溶解苦味酸进行超过30min的侵蚀，使连铸坯的凝固钩组织清晰地显露出来，实现凝固钩较高侵蚀成功率，同时清晰地呈现凝固钩和周围枝晶组织的形貌，可以准确测量凝固钩特征参数。

Description

一种超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法

技术领域

本发明涉及一种金属凝固钩组织的侵蚀方法，属于钢铁材料分析方法技术领域。

背景技术

凝固钩，Hook，又称钩状坯壳，是一种钩状结构的凝固组织，在低碳钢和超低碳钢中较为常见，通常凝固钩深入连铸板坯表面以下0.5～3mm。在钢液凝固初期，凝固钩在结晶器中形成，结晶器振动使连铸坯表面出现了周期性的横向凹陷，即振痕，凝固钩从坯壳表面的振痕处向钢液内部生长，结晶器中上浮的气泡、夹杂物及卷入的保护渣接触到凝固钩组织后很容易被捕获，成为连铸坯表面或皮下夹杂(渣)或气孔缺陷。

超低碳钢连铸坯经过热轧、酸洗、冷轧、连续退火和热镀锌等工序，最终得到热镀锌汽车外板，热镀锌汽车外板是一种对表面质量要求很高的薄板产品。上述连铸坯表面的缺陷在后序的轧制过程中随着钢板的延伸而拉长，最终可能导致汽车外板表面的线状缺陷。随着中国汽车工业的高速发展，近年来汽车板的需求量急速增长，市场对热镀锌汽车外板的表面质量要求越来越高。经热镀锌工艺后，汽车外板表面由于炼钢引起的表面缺陷会更加容易显现，因此表面条状缺陷在汽车外板等高等级冷轧板生产中成为制约产品表面质量，影响产品交货和客户满意度的重要问题。在连铸结晶器内连铸坯的凝固过程中，凝固钩容易捕捉卷渣、氧化铝夹杂和气泡等缺陷，形成连铸坯表面缺陷，这些缺陷经轧制和热镀锌后，对于汽车外板表面质量有很大的危害。因此凝固钩的侵蚀，准确观察与测量对于连铸坯质量的改进，以及汽车外板表面质量的提升具有重要意义。

凝固钩形貌的侵蚀观察方法主要是，对样品进行简单的研磨抛光处理；配制浸蚀溶剂，浸蚀溶剂一般选用饱和苦味酸溶液(2，4，6-三硝基苯酚)，部分研究中向浸蚀溶剂中添加表面活性剂以提高浸蚀的速率；将样品放入浸蚀溶剂中侵蚀，还有部分研究中将饱和苦味酸溶剂进行加热侵蚀实验；清洗样品并干燥；使用光学金相显微镜观察，拍摄照片；测量凝固钩的特征参数。但是，上述方法存在以下缺点：

1.简单的研磨抛光处理的样品观察面部分存在划痕，会对后续侵蚀和拍照造成一定程度的影响。

2.饱和苦味酸溶剂用于侵蚀样品浓度不够，这是因为凝固钩的侵蚀时间长，消耗的苦味酸溶质多，一定时间后，溶剂变成了非饱和状态，侵蚀条件发生了改变，容易导致侵蚀实验失败，侵蚀不出凝固钩组织。

3.在常温下配置的饱和苦味酸溶剂，在加热后溶剂的溶解度变大，苦味酸处于不饱和状态，这也容易导致侵蚀实验失败。

4.针对超低碳钢连铸坯凝固钩，按照上述方法配置的侵蚀溶剂溶解度小，溶剂中溶解的苦味酸溶质少，容易导致侵蚀时间较长或是侵蚀实验失败。

5.配置方法复杂，需要用去离子水分别配置苦味酸溶液和表面活性剂溶液，然后进行混合。

6.上述方法凝固钩的侵蚀成功率较低，一般仅有50％或以下的样品可以成果显露出凝固钩组织，且凝固钩组织模糊不清晰。

因此，为了提高凝固钩的侵蚀成功率，缩短超低碳钢凝固钩的侵蚀时间，更加清晰地观察到凝固钩组织的形貌特征，急需一种高侵蚀成功率且操作简便的凝固钩组织的侵蚀方法。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，首先对连铸坯样进行预磨和抛光处理，将添加丙酮的去离子水加热，然后加入苦味酸溶质和表面活性剂，使连铸坯凝固钩组织清晰地显露出来，在实现凝固钩高成功率侵蚀的同时缩短侵蚀时间，还能清晰地呈现出凝固钩周围枝晶分布特征，以准确测量凝固钩特征参数。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案:

一种超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，步骤如下：

1)将超低碳钢连铸坯进行切割，得到小块金属样品，对所切金属样品进行预磨和抛光，完成金属样品磨抛处理，备用；

2)配制侵蚀溶剂，侵蚀溶剂是由苦味酸、丙酮、表面活性剂和去离子水组成，其中，将加入丙酮时得到的混合溶液加热到至少70℃，然后添加苦味酸溶质直至饱和，备用；

3)将磨抛好的金属样品放入加热的恒温槽内的侵蚀溶剂中进行超过30min的侵蚀，使金属样品观察面朝上放置，保证金属样品观察面充分接触侵蚀溶剂；

4)冲洗并干燥样品观察面；

5)用光学显微镜观察金属样品凝固钩组织和形貌特征，并根据需要拍摄照片；

6)根据拍摄照片测量凝固钩的特征参数。

本发明方法先在去离子水中添加丙酮，以提高苦味酸溶剂的溶解度，然后在加热下添加苦味酸溶质直至饱和，使去离子水中溶解更多的苦味酸溶质，保证样品在侵蚀过程中消耗的苦味酸溶质不影响侵蚀效果，以缩短侵蚀时间，能够更有效地显示超低碳钢连铸坯凝固钩的整体形貌，使连铸坯凝固钩组织更清晰地显露出来，凝固钩及凝固钩周围的枝晶分布侵蚀成功率较高，从而可以准确地测量出凝固钩的特征参数。

优选地，在所述步骤1)中，采用特殊的磨抛工艺，选择性地依次使用400目、600目、1000目和1200目的砂纸以及9μm、3μm、1μm和0.03μm的抛光液层层磨抛金属样品观察面。使样品表面达到很好的光洁度，为后续溶剂侵蚀创造条件。

优选地，在所述步骤2)中，按照如下配比配制侵蚀溶剂：在每100mL去离子水中，加入苦味酸8.0～14.0g、丙酮2.0～10.0mL、表面活性剂zephiramine4.0～6.0g。如果变化去离子水体积，下面所配置的溶质重量或体积按此比例进行变化。

优选地，在所述步骤2)中，侵蚀溶剂的制备方法包括如下步骤：

将水浴锅加热至70～90℃，恒温5～30min；在装有100mL去离子水的烧杯中加入2.0～10.0mL丙酮；搅拌溶解后，将烧杯放入恒温水浴锅中，加热丙酮溶剂至70～90℃，得到混合溶剂；加入8.0～14.0g苦味酸到混合溶剂中，然后恒温保存5～10min，得到饱和的苦味酸溶液；然后在饱和的苦味酸溶液中加入4.0～6.0g表面活性剂zephiramine，恒温保持至少5min，得到侵蚀溶剂。

优选地，在所述步骤3)中，侵蚀方法包括如下步骤：

将磨抛好的金属样品放入70～90℃的恒温槽内的侵蚀溶剂中进行侵蚀，金属样品观察面朝上放置，保证金属样品观察面充分接触侵蚀溶剂。

优选地，在所述步骤3)中，侵蚀方法的侵蚀时间为30～90min。

通过上述方法，可以提高溶剂的溶解度，使相同体积的去离子水中溶解更多的苦味酸溶质，保证样品在加热和侵蚀过程中消耗的苦味酸溶质不影响侵蚀效果，提高凝固钩侵蚀的成功率，缩短成功侵蚀出凝固钩的时间，可以清晰地观察到超低碳钢连铸坯凝固钩组织的整体形貌。并且上述侵蚀溶剂配方简单，侵蚀操作便利。本发明方法提高了材料凝固钩的侵蚀成功率，缩短超低碳钢凝固钩的侵蚀时间，更加清晰地观察到凝固钩组织的形貌特征，操作简单，快速高效。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明选择性地依次使用400目、600目、1000目和1200目的砂纸以及9μm、3μm、1μm和0.03μm的抛光液层层磨抛样品观察面，使样品表面达到很好的光洁度，可以提高超低碳钢连铸坯凝固钩和周围枝晶组织的侵蚀成功率；

2.本发明在去离子水中加入丙酮，在加热到70～90℃，然后添加苦味酸溶质至饱和，可以提高苦味酸的溶解度，溶解更多的苦味酸，配置的苦味酸溶剂浓度更大，缩短超低碳钢连铸坯凝固钩的侵蚀时间；

3.本发明由于溶解了更多的苦味酸溶质，保证样品在加热和侵蚀过程中消耗的苦味酸溶质不影响侵蚀效果，提高超低碳钢连铸坯凝固钩的侵蚀成功率；

4.本发明凝固钩的侵蚀成功率高达80％以上，凝固钩及周围的枝晶组织可以清晰地显露出来，可以准确测量凝固钩的特征参数；

5.本发明方法易于控制，直接在加入丙酮的去离子水中添加苦味酸，并添加表面活性剂，侵蚀溶剂便配置完成，方法简单易行，成本低，适合推广使用。

附图说明

图1为实施例1中超低碳钢连铸坯试样A凝固钩的形貌图。

图2为实施例1中超低碳钢连铸坯试样A凝固钩的形貌及特征参数示意图。

图3为实施例1中凝固钩形貌随侵蚀时间的变化图。

图4为实施例2中超低碳钢连铸坯试样B凝固钩的形貌图。

图5为实施例2中超低碳钢连铸坯试样B凝固钩形貌及特征参数示意图。

图6为实施例3中超低碳钢连铸坯试样C凝固钩的形貌图。

图7为实施例3中超低碳钢连铸坯试样C凝固钩形貌及特征参数示意图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例1

在本实施例中，一种超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，包括如下步骤：

在超低碳钢连铸坯上切割出15mm×10mm×10mm的试样A并镶嵌，观察面垂直于振痕，大小为15mm×10mm。依次使用600目和1200目的砂纸以及9μm、3μm、1μm和0.03μm的抛光液层层磨抛样品观察面，保证观察面无氧化、无划痕，具有良好的光洁度。

将水浴锅加热至90℃，恒温20min。在装有100mL去离子水的烧杯中加入2.0mL丙酮，搅拌溶解后将烧杯放入恒温水浴锅中，由此加热丙酮溶剂至90℃。加入10.0g苦味酸到丙酮溶剂中，恒温保存5min。然后在苦味酸溶液中加入4.0g表面活性剂zephiramine，恒温保存5min。如果变化去离子水体积，下面所配置的溶质重量或体积按此比例进行变化。

让样品观察面朝上放置，将磨抛好的样品放入恒温90℃的侵蚀溶剂中侵蚀30min后取出样品，依次使用自来水、去离子水和酒精冲洗样品观察面，去除观察面残留的苦味酸溶剂，并干燥样品观察面。最后在光学显微镜下观察样品，无凝固钩组织。于是放入侵蚀液中继续侵蚀，50min时凝固钩主线和形貌特征显露，并根据需要拍摄照片，测量凝固钩的特征参数。

侵蚀出来的凝固钩形貌如图1所示，在同一振痕处出现了两个凝固钩结构，分为上凝固钩和下凝固钩.两个凝固钩的主线从铸坯振痕根部不同位置向铸坯内部同一方向延伸，形成了双凝固钩。按照凝固钩形貌的分类方式属于双凝固钩型。图2展示了该凝固钩的特征参数。上凝固钩的深度为1.32mm，长度为0.91mm，厚度为0.82mm，角度为37°。而下凝固钩的深度为1.91mm，长度为2.32mm，厚度为0.55mm；下凝固钩的角度与上凝固钩角度相同，这是因为上下凝固钩主线平行，该振痕深度为0.59mm。

侵蚀时间为30min、50min和70min的凝固钩形貌如图3所示，侵蚀30min时，双凝固钩的主线均清晰地显露出来，两条主线平行；侵蚀50min时，相同位置的双凝固钩主线略有变长变粗；侵蚀70min时，双凝固钩的主线清晰度均下降，说明70min的侵蚀时间长。

本实施例先在去离子水中添加丙酮，以提高苦味酸溶剂的溶解度，然后在加热下添加苦味酸溶质，使去离子水中溶解更多的苦味酸溶质，保证样品在侵蚀过程中消耗的苦味酸溶质不影响侵蚀效果，以缩短侵蚀时间，能够更有效地显示超低碳钢连铸坯凝固钩的整体形貌，使连铸坯凝固钩组织更清晰地显露出来，凝固钩及凝固钩周围的枝晶分布侵蚀成功率较高，从而可以准确地测量出凝固钩的特征参数。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，特别之处在于，在本实施例中，一种超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，包括如下步骤：

在超低碳钢连铸坯上切割出17mm×10mm×10mm的试样B并镶嵌，观察面垂直于振痕，大小为17mm×10mm。依次使用400目和1000目的砂纸以及9μm、3μm、1μm和0.03μm的抛光液层层磨抛样品观察面，保证观察面无氧化、无划痕，具有良好的光洁度。

将水浴锅加热至80℃，恒温15min，在装有100mL去离子水的烧杯中加入6.0mL丙酮，搅拌溶解后将烧杯放入恒温水浴锅中，由此加热丙酮溶剂至80℃。加入14.0g苦味酸到丙酮溶剂中，恒温保存5min。然后在苦味酸溶液中加入6.0g表面活性剂zephiramine，恒温保存5min。如果变化去离子水体积，下面所配置的溶质重量或体积按此比例进行变化。

让样品观察面朝上放置，将磨抛好的样品放入恒温80℃的侵蚀溶剂中侵蚀30min后取出样品，依次用自来水、去离子水和酒精冲洗样品观察面，去除观察面残留的苦味酸溶剂，并干燥样品观察面。最后将样品用光学显微镜观察凝固钩主线和形貌特征，并根据需要拍摄照片，测量凝固钩的特征参数。

侵蚀出来的凝固钩形貌如图4所示，凝固钩结构的主线清晰可见，枝晶发达，属于完整叶状凝固钩。图5展示了该凝固钩的特征参数。该凝固钩的深度为1.92mm，长度为3.45mm，厚度为0.72mm，角度为30°，该振痕深度为0.60mm。

实施例3

本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于，在本实施例中，一种超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，包括如下步骤：

在超低碳钢连铸坯上切割出15mm×12mm×10mm的试样C并镶嵌，观察面垂直于振痕，大小为15mm×12mm。依次使用600目和1000目的砂纸以及9μm、3μm、1μm和0.03μm的抛光液层层磨抛样品观察面，保证观察面无氧化、无划痕，具有良好的光洁度。

将水浴锅加热至70℃，恒温15min，在装有100mL去离子水的烧杯中加入10.0mL丙酮，搅拌溶解后将烧杯放入恒温水浴锅中，由此加热丙酮溶剂至70℃。加入8.0g苦味酸到丙酮溶剂中，恒温保存5min。然后在苦味酸溶液中加入5.0g表面活性剂zephiramine，恒温保存5min。如果变化去离子水体积，下面所配置的溶质重量或体积按此比例进行变化。

让样品观察面朝上放置，将磨抛好的样品放入恒温70℃的侵蚀溶剂中侵蚀90min后取出样品，依次用自来水、去离子水和酒精冲洗样品观察面，去除观察面残留的苦味酸溶剂，并干燥样品观察面。最后在光学显微镜下观察样品凝固钩主线和形貌特征，并根据需要拍摄照片，测量凝固钩的特征参数。

侵蚀出来的凝固钩形貌如图6所示，周围无明显枝晶，属于完整叶状凝固钩。图7展示了该凝固钩的特征参数，该凝固钩的深度为2.05mm，长度为3.02mm，厚度为0.60mm，角度为49°，该振痕深度为0.68mm。

根据上述方法，凝固钩的侵蚀成功率高达80％以上，凝固钩组织以及周围的枝晶组织可以清晰地显露出来，可以准确测量凝固钩的特征参数。

超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法。本发明首先对连铸坯样进行预磨和抛光处理，然后将加入丙酮的去离子水加热至70～90℃饱和溶解苦味酸进行侵蚀，使连铸坯的凝固钩组织清晰地显露出来，实现凝固钩较高侵蚀成功率，同时清晰地呈现凝固钩和周围枝晶组织的形貌，可以准确测量凝固钩特征参数。本发明方法提高了材料凝固钩的侵蚀成功率，缩短超低碳钢凝固钩的侵蚀时间，更加清晰地观察到凝固钩组织的形貌特征，操作简单，快速高效。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，其特征在于：其步骤如下：

1)将超低碳钢连铸坯进行切割，得到小块金属样品，对所切金属样品进行预磨和抛光，完成金属样品磨抛处理，备用；

2)配制侵蚀溶剂，侵蚀溶剂是由苦味酸、丙酮、表面活性剂和去离子水组成，其中，将加入丙酮时得到的混合溶液加热到至少70℃，然后添加苦味酸溶质直至饱和，备用；

3)将磨抛好的金属样品放入加热的恒温槽内的侵蚀溶剂中进行超过30min的侵蚀，使金属样品观察面朝上放置，保证金属样品观察面充分接触侵蚀溶剂；

4)冲洗并干燥样品观察面；

5)用光学显微镜观察金属样品凝固钩组织和形貌特征，并根据需要拍摄照片；

6)根据拍摄照片测量凝固钩的特征参数。

2.根据权利要求1所述超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，其特征在于：在所述步骤1)中，采用特殊的磨抛工艺，选择性地依次使用400目、600目、1000目和1200目的砂纸以及9μm、3μm、1μm和0.03μm的抛光液层层磨抛金属样品观察面。

3.根据权利要求1所述超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，其特征在于：在所述步骤2)中，按照如下配比配制侵蚀溶剂：在每100mL去离子水中，加入苦味酸8.0～14.0g、丙酮2.0～10.0mL、表面活性剂zephiramine4.0～6.0g。

4.根据权利要求1所述超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，其特征在于：在所述步骤2)中，侵蚀溶剂的制备方法包括如下步骤：

将水浴锅加热至70～90℃，恒温5～30min；在装有100mL去离子水的烧杯中加入2.0～10.0mL丙酮；搅拌溶解后，将烧杯放入恒温水浴锅中，加热丙酮溶剂至70～90℃，得到混合溶剂；加入8.0～14.0g苦味酸到混合溶剂中，然后恒温保存5～10min，得到饱和的苦味酸溶液；然后在饱和的苦味酸溶液中加入4.0～6.0g表面活性剂zephiramine，恒温保持至少5min，得到侵蚀溶剂。

5.根据权利要求1所述超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，其特征在于：在所述步骤3)中，侵蚀方法包括如下步骤：

将磨抛好的金属样品放入70～90℃的恒温槽内的侵蚀溶剂中进行侵蚀，金属样品观察面朝上放置，保证金属样品观察面充分接触侵蚀溶剂。

6.根据权利要求1所述超低碳钢板坯连铸坯凝固钩组织的侵蚀方法，其特征在于：在所述步骤3)中，侵蚀方法的侵蚀时间为30～90min。

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