RU2521786C1 - Method for determining phase composition of bainitic steels - Google Patents

Method for determining phase composition of bainitic steels Download PDF

Info

Publication number
RU2521786C1
RU2521786C1 RU2013110240/28A RU2013110240A RU2521786C1 RU 2521786 C1 RU2521786 C1 RU 2521786C1 RU 2013110240/28 A RU2013110240/28 A RU 2013110240/28A RU 2013110240 A RU2013110240 A RU 2013110240A RU 2521786 C1 RU2521786 C1 RU 2521786C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ferrite
bainitic
phase
qualitative
phase composition
Prior art date
Application number
RU2013110240/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентина Дмитриевна Андреева
Евгений Васильевич Новиков
Александр Анатольевич Казаков
Елена Иосифовна Казакова
Ольга Вячеславовна Пахомова
Юрий Федорович Титовец
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ")
Priority to RU2013110240/28A priority Critical patent/RU2521786C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2521786C1 publication Critical patent/RU2521786C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: x-ray diffraction spectrum is obtained; qualitative phase analysis is performed and content of phases is determined quantitatively by Rietveld method considering convergence factor GOF; with that, bainitic steel in the form of a metallographic polished section is chosen as a sample; reflexes belonging to alpha-phase are separated on a diffractogram and divided into components - peaks of ferrite and bainitic ferrite; degree of tetragonal ability of a bainitic ferrite pattern is set; quantitative and qualitative phase composition is calculated and adjusted.
EFFECT: providing the possibility of determining qualitative and quantitative phase composition of bainitic steels with determination of ratio of bainite and ferrite.
5 dwg

Description

Изобретение относится к методу рентгеновского анализа и может быть использовано при исследовании структуры и фазового состава металлов в материаловедении.The invention relates to a method of x-ray analysis and can be used to study the structure and phase composition of metals in materials science.

Известен способ исследования структуры трубных сталей, включающий взаимодействие образца трубной стали с водным раствором сульфосолей, последующие промывку и просушку образца, и выявление областей бейнита реечной морфологии с помощью оптического микроскопа [патент №2449055]. Недостатком является то, что способ предназначен только для определения структуры, без разделения феррита на составляющие.A known method of studying the structure of pipe steels, including the interaction of a sample of pipe steel with an aqueous solution of sulfosalts, subsequent washing and drying of the sample, and identifying areas of bainite rack morphology using an optical microscope [patent No. 2449055]. The disadvantage is that the method is intended only to determine the structure, without dividing the ferrite into its components.

Известен рентгеновский способ количественного определения фазового состава портландцементных клинкеров, принятый за прототип [RU Патент №2461817]. Способ заключается в получении рентгендифракционного спектра от порошкового препарата, изготовленного из исследуемого портландцементного клинкера, по полученному рентгендифракционному спектру определяют фазовый состав порошкового препарата методом Ритвельда. Предварительно изготавливают аншлиф из исследуемого портландцементного клинкера, по которому визуально выявляют присутствующие в аншлифе фазы, после чего фазовые составы сравнивают и осуществляют корректировку фазового состава, который получен по рентгендифракционному спектру, по тем фазам, которые выявлены в наименьших количествах, затем определяют соотношение двух моноклинных модификаций алита, который содержится в наибольшем количестве, путем анализа асимметрии наложенных отражений в интервале углов 2ΘCu=31,5-33°. Далее методом Ритвельда определяют количественное содержание всех обнаруженных фаз, затем - количественное содержание всех фаз в исследуемом клинкере в интервале между их средним содержанием и содержанием, полученным по моноклинной модификации алита, присутствующей в большем количестве. Измерения рентгендифракционного спектра можно производить в порошковом автоматизированном рентгеновском дифрактометре с использованием медного излучения в интервале определенных углов, при напряжении 45 кВ и силе тока 35 мА.Known x-ray method for quantitative determination of the phase composition of Portland cement clinkers, adopted as a prototype [RU Patent No. 2461817]. The method consists in obtaining an X-ray diffraction spectrum from a powder preparation made from the Portland cement clinker under study, using the X-ray diffraction spectrum obtained, the phase composition of the powder preparation is determined by the Rietveld method. Preliminarily, a polished section is prepared from the studied Portland cement clinker, by which the phases present in the polished section are visually revealed, after which the phase compositions are compared and the phase composition, which is obtained by the X-ray diffraction spectrum, is corrected by the phases that are detected in the smallest quantities, and then the ratio of the two monoclinic modifications is determined Alite, which is contained in the largest amount, by analyzing the asymmetry of superimposed reflections in the range of angles 2Θ Cu = 31.5-33 °. Next, the quantitative content of all detected phases is determined by the Rietveld method, then the quantitative content of all phases in the clinker under study is determined in the interval between their average content and the content obtained from monoclinic alite modification present in large quantities. The X-ray diffraction spectrum can be measured in a powder automated X-ray diffractometer using copper radiation in the range of certain angles, at a voltage of 45 kV and a current strength of 35 mA.

Данный способ не позволяет исследовать структуру бейнитных сталей с разделением альфа-фазы на составляющие - феррит и бейнит.This method does not allow to study the structure of bainitic steels with the separation of the alpha phase into components - ferrite and bainite.

Задачей изобретения является разработка способа определения качественного и количественного фазового состава бейнитных сталей с выявлением соотношения бейнита и феррита.The objective of the invention is to develop a method for determining the qualitative and quantitative phase composition of bainitic steels with the identification of the ratio of bainite and ferrite.

На рентгеновском автоматическом дифрактометре проводят съемку рентгенодифракционного спектра металлографического шлифа бейнитной стали. По полученному спектру определяют фазовый состав стали, Фиг.1 - результат качественного фазового анализа бейнитной стали. На дифрактограмме выделяют рефлексы, принадлежащие альфа-фазе, и разделяют их на компоненты - пики феррита и бейнита. Методика разделения основана на визуальной оценке асимметрии дифракционного пика α-Fe, связанной с присутствием феррита с содержанием углерода около 0,02%, и бейнита, имеющего искаженную кристаллическую объемно-центрированную кубическую решетку, обусловленную повышенным содержанием в ней углерода. Задают степень тетрагональности решетки бейнита. Выбирают из базы структурных данных ICSD [Inorganic Crystal Structure Database] параметры атомного строения фаз для расчетов количественного состава (относительные координаты атомов, заселенности позиций и параметры смещения, а также ожидаемые средние размеры и формы кристаллитов), подсчитывают значение фактора сходимости GOF по методу Ритвельда, и, в случае необходимости, производят корректировку качественного и количественного фазового состава стали путем повторного подбора параметров атомного строения фаз до достижения значений фактора сходимости GOF по методу Ритвельда менее 1,4.An X-ray automatic diffractometer is used to record the X-ray diffraction spectrum of a metallographic section of bainitic steel. The resulting spectrum determines the phase composition of steel, Figure 1 - the result of a qualitative phase analysis of bainitic steel. Reflections belonging to the alpha phase are distinguished on the diffractogram and separated into components — peaks of ferrite and bainite. The separation technique is based on a visual assessment of the asymmetry of the α-Fe diffraction peak associated with the presence of ferrite with a carbon content of about 0.02%, and bainite, which has a distorted crystalline body-centered cubic lattice due to the increased carbon content in it. Set the degree of tetragonality of the bainite lattice. The parameters of the atomic structure of the phases are selected from the ICSD [Inorganic Crystal Structure Database] for calculating the quantitative composition (relative coordinates of atoms, population of positions and displacement parameters, as well as the expected average sizes and shapes of crystallites), the value of the GOF convergence factor is calculated according to the Rietveld method, and, if necessary, make adjustments to the qualitative and quantitative phase composition of the steel by repeatedly selecting the parameters of the atomic structure of the phases until the GOF convergence factor is reached by the Rietveld method less than 1.4.

В процессе может быть произведен металлографический анализ шлифа (Фиг.2. а - Микроструктура (×500) и б - панорамное изображение структуры после травления в поляризованном свете).During metallographic microsection analysis (. - Microstructure (× 500), and b - panoramic view of the structure after etching in polarized light and 2) can be produced.

Выделение рефлексов альфа-фазы, разделение их на компоненты и задание степени тетрагональности решетки бейнита позволяют выявить различия структурных характеристик феррита и бейнита, что в результате позволяет использовать метод Ритвельда для определения качественного и количественного состава бейнитной стали. Совокупность отличительных признаков является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи.The selection of alpha-phase reflections, their separation into components, and the determination of the degree of tetragonality of the bainite lattice make it possible to reveal differences in the structural characteristics of ferrite and bainite, which as a result makes it possible to use the Rietveld method to determine the qualitative and quantitative composition of bainitic steel. The combination of distinctive features is necessary and sufficient to solve the problem.

Из образцов бейнитных сталей класса прочности К65 с содержанием углерода до 0,07% изготовили 3 металлографических шлифа.Three metallographic sections were made from samples of bainitic steels of strength class K65 with a carbon content of up to 0.07%.

Рентгеновское исследование полученных образцов производили на автоматизированном дифрактометре D8 Advance фирмы Bruker в Θ-Θ-геометрии с использованием медного излучения, с установленным на дифрагированном (т.е. отраженном) пучке графитного кристалл-монохроматора, в интервале углов 2Θ=34-120°, при напряжении 40 kV и силе тока 40 mA, с вращением и с регистрацией дифрагированных лучей сцинтилляционным счетчиком. Сканирование осуществляли с шагом 0,02° по 2Θ и временем накопления сигнала в каждой точке 9 с. По полученному спектру определили фазовый состав стали, включающий α- и γ-Fe и цементит (Фиг.1. Результат качественного фазового анализа бейнитной стали). Качественный фазовый анализ определяли путем сравнения набора межплоскостных расстояний экспериментально полученной рентгенограммы с рентгенометрическими данными фаз порошковой базы ICDD [International Centre for Diffraction Data - PDF2008].An X-ray study of the obtained samples was performed on a Bruker D8 Advance automated diffractometer in Θ-Θ geometry using copper radiation, mounted on a diffracted (i.e. reflected) beam of a graphite crystal monochromator, in the angle range 2Θ = 34-120 °, at a voltage of 40 kV and a current strength of 40 mA, with rotation and registration of diffracted rays by a scintillation counter. Scanning was carried out with a step of 0.02 ° in 2Θ and a signal accumulation time at each point of 9 s. According to the obtained spectrum, the phase composition of the steel was determined, including α- and γ-Fe and cementite (Figure 1. The result of a qualitative phase analysis of bainitic steel). Qualitative phase analysis was determined by comparing the set of interplanar distances of the experimentally obtained x-ray diffraction pattern with x-ray phase data of the ICDD powder base [International Center for Diffraction Data - PDF2008].

На полученных дифрактограммах выделили рефлексы, принадлежащие альфа-фазе, и разделили их на компоненты - пики феррита и бейнита, предполагая, что решетка бейнита подобна решетке мартенсита, но с чрезвычайно малой (до 1,004) величиной тетрагональности (Фиг.3. Пример разделения пика α-фазы на компоненты - рефлексы феррита и бейнита). Задали степень тетрагональности решетки бейнита.Reflections belonging to the alpha phase were isolated on the obtained diffractograms and divided into components — peaks of ferrite and bainite, suggesting that the bainite lattice is similar to the martensite lattice, but with an extremely small (up to 1.004) tetragonality value (Figure 3. Example of peak separation α -phases on the components - reflexes of ferrite and bainite). The degree of tetragonality of the bainite lattice was set.

Структурные параметры для расчетов количественного фазового состава по методу Ритвельда (относительные координаты атомов, заселенности позиций и параметры смещения) были взяты из базы структурных данных ICSD [Inorganic Crystal Structure Database]. Подсчитали значение фактора сходимости GOF=4,68; Rwp=47,41.The structural parameters for calculating the quantitative phase composition according to the Rietveld method (relative atom coordinates, position occupancy and displacement parameters) were taken from the ICSD [Inorganic Crystal Structure Database]. The value of the convergence factor GOF = 4.68 was calculated; R wp = 47.41.

Произвели корректировку качественного и количественного фазового состава стали путем повторного подбора параметров атомного строения фаз до достижения значений фактора сходимости GOF по методу Ритвельда менее 1,4 - GOF=1,31; Rwp=11,65. (Фиг.4. а - Вид исходной дифрактограммы; б - промежуточный результат обработки дифрактограммы по Ритвельду; в - окончательный результат расчета по Ритвельду количества фаз.)The qualitative and quantitative phase composition of the steel was adjusted by re-selecting the parameters of the atomic structure of the phases until the GOF convergence factor was reached by the Rietveld method of less than 1.4 - GOF = 1.31; R wp = 11.65. (Figure 4. a - View of the initial diffractogram; b - an intermediate result of processing the diffraction pattern according to Rietveld; c - the final result of the calculation according to Rietveld of the number of phases.)

В качестве дополнительного критерия соответствия модели и эксперимента может быть принят также вид разностной кривой (Фиг.5. Разложение экспериментального дифракционного профиля, соответствующего линии 110 α-Fe на составляющие феррита (Iron alpha) и бейнита (Bainite)).As an additional criterion for the correspondence between the model and the experiment, the shape of the difference curve can also be taken (Figure 5. The decomposition of the experimental diffraction profile corresponding to the 110 α-Fe line into the components of ferrite (Iron alpha) and bainite (Bainite)).

В процессе может быть осуществлен металлографический анализ исследуемых проб, который позволит визуально определить тип и морфологию структурных составляющих - феррита и кристаллитов бейнита.In the process, a metallographic analysis of the studied samples can be carried out, which will visually determine the type and morphology of the structural components - ferrite and bainite crystallites.

Результаты качественного и количественного фазового анализа исследуемых металлографических шлифов и параметров выявленных фаз представлены в таблице.The results of the qualitative and quantitative phase analysis of the studied metallographic sections and the parameters of the identified phases are presented in the table.

ОбразецSample 1one 22 33 Аустенит, %Austenite,% 0,300.30 0,090.09 1,251.25 Бейнитный феррит, %Bainitic ferrite,% 48,3948.39 44,5744.57 43,0643.06 Феррит, %Ferrite,% 50,3950.39 54,9554.95 55,4055.40 Цементит, %Cementite,% 0,920.92 0,380.38 0,290.29 Параметр решетки аустенита а, ÅThe lattice parameter of austenite a , Å 3,61128 (5)3.61128 (5) 3,60871 (5)3,60871 (5) 3,60852 (7)3.60852 (7) Дисперсность карбидов, нмThe dispersion of carbides, nm 308308 4545 6767 GOFGOF 1,311.31 1,361.36 1,291.29

Таким образом, предлагаемый способ позволил установить качественный и количественный фазовый состав высокопрочных трубных сталей с определением соотношения феррита и бейнитного феррита.Thus, the proposed method made it possible to establish a qualitative and quantitative phase composition of high-strength pipe steels with determination of the ratio of ferrite and bainitic ferrite.

Claims (1)

Способ определения фазового состава бейнитных сталей, заключающийся в получении рентгенодифракционного спектра с проведением качественного фазового анализа и количественного определения содержания фаз методом Ритвельда с учетом фактора сходимости GOF, отличающийся тем, что в качестве пробы выбирают бейнитную сталь в виде металлографического шлифа, на дифрактограмме выделяют рефлексы, принадлежащие альфа-фазе и разделяют их на компоненты - пики феррита и бейнитного феррита, задают степень тетрагональности решетки бейнитного феррита, рассчитывают и корректируют количественный и качественный фазовый состав. A method for determining the phase composition of bainitic steels, which consists in obtaining an X-ray diffraction spectrum with a qualitative phase analysis and quantitative determination of the phase content by the Rietveld method, taking into account the GOF convergence factor, characterized in that bainitic steel is selected as a metallographic thin section as a sample, reflections are distinguished on the diffractogram, belonging to the alpha phase and divide them into components - peaks of ferrite and bainitic ferrite, specify the degree of tetragonality of the lattice of bainitic ferrite, calculate and correct the quantitative and qualitative phase composition.
RU2013110240/28A 2013-03-06 2013-03-06 Method for determining phase composition of bainitic steels RU2521786C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013110240/28A RU2521786C1 (en) 2013-03-06 2013-03-06 Method for determining phase composition of bainitic steels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013110240/28A RU2521786C1 (en) 2013-03-06 2013-03-06 Method for determining phase composition of bainitic steels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2521786C1 true RU2521786C1 (en) 2014-07-10

Family

ID=51217082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013110240/28A RU2521786C1 (en) 2013-03-06 2013-03-06 Method for determining phase composition of bainitic steels

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2521786C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109977591A (en) * 2019-04-09 2019-07-05 天津理工大学 A kind of analysis method of semi-autogenous mill bainitic steel liner plate failure
RU2734878C1 (en) * 2019-12-16 2020-10-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method of detecting bainite in steel
CN113447506A (en) * 2020-03-26 2021-09-28 国标(北京)检验认证有限公司 Rapid analysis method for phase ratio of two-phase titanium alloy
CN113899605A (en) * 2021-09-24 2022-01-07 北京科技大学 Quantitative analysis method for volume content of each phase in QP steel
RU2769111C1 (en) * 2021-04-09 2022-03-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for detecting bainite in structural steel

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU938113A1 (en) * 1980-12-12 1982-06-23 Кабардино-Балкарский государственный университет Monocrystal structure diffraction analysis method
RU2449055C1 (en) * 2010-10-18 2012-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") Investigation method of structure of tube steels
RU2449262C2 (en) * 2007-09-28 2012-04-27 Ригаку Корпорейшн X-ray diffraction apparatus and x-ray diffraction method
RU2461817C1 (en) * 2011-05-31 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет Method of quantitative determination of portland cement clinker phase composition

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU938113A1 (en) * 1980-12-12 1982-06-23 Кабардино-Балкарский государственный университет Monocrystal structure diffraction analysis method
RU2449262C2 (en) * 2007-09-28 2012-04-27 Ригаку Корпорейшн X-ray diffraction apparatus and x-ray diffraction method
RU2449055C1 (en) * 2010-10-18 2012-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") Investigation method of structure of tube steels
RU2461817C1 (en) * 2011-05-31 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет Method of quantitative determination of portland cement clinker phase composition

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109977591A (en) * 2019-04-09 2019-07-05 天津理工大学 A kind of analysis method of semi-autogenous mill bainitic steel liner plate failure
RU2734878C1 (en) * 2019-12-16 2020-10-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method of detecting bainite in steel
CN113447506A (en) * 2020-03-26 2021-09-28 国标(北京)检验认证有限公司 Rapid analysis method for phase ratio of two-phase titanium alloy
CN113447506B (en) * 2020-03-26 2022-07-08 国标(北京)检验认证有限公司 Rapid analysis method for phase ratio of two-phase titanium alloy
RU2769111C1 (en) * 2021-04-09 2022-03-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for detecting bainite in structural steel
CN113899605A (en) * 2021-09-24 2022-01-07 北京科技大学 Quantitative analysis method for volume content of each phase in QP steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2521786C1 (en) Method for determining phase composition of bainitic steels
Rémazeilles et al. Fe (II) hydroxycarbonate Fe2 (OH) 2CO3 (chukanovite) as iron corrosion product: Synthesis and study by Fourier Transform Infrared Spectroscopy
Su et al. Retained austenite amount determination comparison in JIS SKD11 steel using quantitative metallography and X-ray diffraction methods
Luo A new XRD method to quantify plate and lath martensites of hardened medium-carbon steel
Szabó et al. Bimodal grain size distribution enhances strength and ductility simultaneously in a low-carbon low-alloy steel
Vanmeert et al. Macroscopic X-ray powder diffraction scanning: possibilities for quantitative and depth-selective parchment analysis
Tian et al. Martensite formation during incremental cooling of Fe-Cr-Ni alloys: An in-situ bulk X-ray study of the grain-averaged and single-grain behavior
Park et al. Swift heavy ion irradiation-induced amorphization of La2Ti2O7
Konieczny et al. 1D coordination polymer (OPD) 2 Co II SO 4 showing SMM behaviour and multiple relaxation modes
Chukanov et al. Crystal chemistry of cancrinite-group minerals with an AB-type framework: A review and new data. II. IR spectroscopy and its crystal-chemical implications
Ristanović et al. X‐ray Excited Optical Fluorescence and Diffraction Imaging of Reactivity and Crystallinity in a Zeolite Crystal: Crystallography and Molecular Spectroscopy in One
Anselmi et al. Molecular and structural characterization of some violet phosphate pigments for their non-invasive identification in modern paintings
CN103424398B (en) A kind of assay method for barium percentage composition in titanium sponge
Vonk Surface structure refinement including anomalous crystal truncation rods
Kazakov et al. Quantitative Description of Microstructural Banding in Steels
Wiskel et al. Characterization of X80 and X100 microalloyed pipeline steel using quantitative X-ray diffraction
Jayakumar et al. Morphological characterization of poly methyl methacrylate for surface coating of metals
Lechartier et al. Influence of the martensitic transformation on the microscale plastic strain heterogeneities in a duplex stainless steel
Jakobsson Determination of Si/Al ratios in semicrystalline aluminosilicates by FT-IR spectroscopy
JP6604351B2 (en) Method for evaluating the stability of steel
Arns et al. Mesocrystalline Architecture in Hyaline Foraminifer Shells Indicates a Non‐Classical Crystallisation Pathway
Mishra Thermo-mechanical processing of API-X60 grade pipe line steel
te Nijenhuis et al. Possibilities and limitations of X-ray diffraction using high-energy X-rays on a laboratory system
López et al. Raman and infrared spectroscopic study of the mineral goyazite SrAl3 (PO4) 2 (OH) 5· H2O
Pawluk et al. The comparative study of phase composition of steels using X-ray diffraction and mössbauer spectroscopy methods

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160307