TWI475225B - 鋼材韌性之評估方法 - Google Patents

Description

鋼材韌性之評估方法

本發明是有關於一種鋼材性質之評估方法，且特別是有關於一種鋼材韌性之評估方法。

煉鋼過程中，鋼材的介在物含量及大小會影響鋼材本身的機械性及加工性。以中國鋼鐵公司製造的SUJ2軸承鋼而言，SUJ2軸承鋼是屬於含碳量較高的鋼種，所以鋼材中會產生一些碳化物(如共晶碳化物)的介在物，而共晶碳化物對於鋼材韌性有不利之影響。例如，當共晶碳化物的數量越多或是體積越大時，則鋼材韌性會減少，而不利於鋼材的後續加工。

以往分析共晶碳化物在鋼材中的含量時，皆是採用金相觀測法，並且搭配共晶碳化物指標(Eutectic Carbide Index；ECI)做為判斷標準。具體而言，首先在鋼材中取出待觀測的金相試片，利用金相觀測法所觀察到金相試片中的共晶碳化物，並依照共晶碳化物截面積範圍來分類共晶碳化物的數量，將其分類後的數量分別乘上相對應的預設加權係數以得到乘積總和，此乘積總和即為共晶碳化物指標。然後，再將此共晶碳化物指標與預設判斷值比較，一般而言，若是共晶碳化物指標越大，則表示鋼材中的共晶 碳化物數量越多或是體積越大，致使鋼材韌性不佳。

然而，因為共晶碳化物是點狀分佈在鋼材中，所以利用金相觀測法可能會因金相試片的觀測平面不同，導致分析結果的差異，而導致不準確的分析結果。

有鑑於此，亟需提出一種鋼材韌性之評估方法，藉以改善習知無法準確分析鋼材韌性的問題。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種鋼材韌性之評估方法，係對鋼材進行酸蝕步驟以萃取鋼材的複數個碳化物，再進行後續的分析、計算以及判斷步驟。由於所進行的分析、計算以及判斷步驟是直接針對被萃取後的碳化物進行，所以不會有習知技術中，因取樣位置的平面不同，而導致分析結果的差異。

根據本發明之上述態樣，提出一種鋼材韌性之評估方法。在一實施例中，對鋼材進行酸蝕步驟以萃取鋼材之複數個碳化物。進行分析步驟，分析複數個碳化物之複數個粒徑範圍以及對應複數個粒徑範圍的複數個體積分率。提供複數個預設加權係數，其中預設加權係數係分別對應粒徑範圍，且各個預設加權係數隨對應之粒徑範圍中之最大值的增加而增加。進行計算步驟，以計算出複數個體積分率與對應之複數個預設加權係數所得之複數個乘積之乘積總和。進行判斷步驟，以依據乘積總和判斷鋼材之韌性。

依據本發明一實施例，上述酸蝕步驟中，以酸蝕液體酸蝕鋼材，其中酸蝕液體包含鹽酸或硝酸。

依據本發明一實施例，在酸蝕步驟與上述分析步驟之間，上述鋼材韌性之評估方法更包含過濾步驟，以濾除酸蝕液體來萃取碳化物。

依據本發明一實施例，上述複數個預設加權係數之其中一數值為零。

依據本發明一實施例，上述酸蝕步驟中，以酸蝕液體酸蝕鋼材，其中酸蝕液體包含鹽酸或硝酸。

依據本發明一實施例，在酸蝕步驟與上述分析步驟之間，上述鋼材韌性之評估方法更包含過濾步驟，以利用過濾單元濾除酸蝕液體來萃取碳化物。

依據本發明一實施例，上述過濾步驟更包含過濾一部份之複數個碳化物，其中過濾單元之孔徑係小於此數值對應之粒徑範圍之最大值。

依據本發明一實施例，上述提供複數個預設加權係數之步驟中，各個預設加權係數隨對應之粒徑範圍中之最大值的增加而以等比級數增加。

依據本發明一實施例，上述之判斷步驟中，更包含提供預設判斷值，當乘積總和大於預設判斷值時，判斷鋼材之韌性不符合判斷標準。

依據本發明一實施例，上述之分析步驟中，利用雷射粒徑分佈測定方法分析複數個碳化物之複數個粒徑範圍及複數個體積分率。

本發明之鋼材韌性之評估方法係以酸蝕步驟將鋼材中的複數個碳化物萃取而出，以分析此些碳化物的粒徑 範圍以及對應粒徑範圍的體積分率，並計算此些體積分率與對應之預設加權係數所得之複數個乘積之乘積總和，來判斷鋼材韌性。由於是萃取鋼材中的所有碳化物來進行分析，所以可避免習知技術以金相觀測法所截取之金相試片的觀測平面不同，而導致之不準確的分析結果。

100‧‧‧方法

110、115、120、130、140、150‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明之一實施例的一種鋼材韌性之評估方法的流程示意圖。

第2圖為實施例1至4以雷射粒徑分佈測定方法所測得之粒徑分佈相對於體積分率之示意圖。

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施例的一種鋼材韌性之評估方法的流程示意圖。在本實施例中，進行鋼材韌性之評估方法100時，首先對鋼材進行酸蝕步驟110以萃取鋼材之複數個碳化物。在一示範例子中，鋼材可以是碳含量不小於0.8wt%的高碳含量鋼種，例如1080S鋼材或SUJ2鋼材。

在一例子中，酸蝕步驟110可利用包含鹽酸或硝酸等的酸蝕液體來酸蝕鋼材，以萃取出鋼材中的複數個碳化物。在其他例子中，也可以根據不同的鋼材特性來選擇酸蝕步驟110中所使用的酸蝕液體，其中，所使用的酸蝕液體可選用溶解鋼材中鐵基晶粒且不溶解碳化物的酸蝕液 體。

接著，如步驟120所示，分析複數個碳化物之複數個粒徑範圍以及對應此些粒徑範圍的複數個體積分率。在一例子中，可利用例如雷射粒徑分佈測定方法的粒徑分析方法來分析複數個碳化物之複數個粒徑範圍及複數個體積分率。雷射粒徑分佈測定方法是將前述已被萃取的碳化物泡製成懸浮液體，接著利用雷射散射儀以單一波長的雷射光照射分散在液體中的碳化物表面，以量測幾個反射角的反射光強度，或者固定在某一個角度量測反射光強度的衰變情形。然後，配合理論分析模式，便可以得到碳化物的粒徑範圍及體積分率。在一示範例子中，體積分率的單位可以是百分率(%)或是百萬分率(ppm)。

在一些例子中，酸蝕步驟110及分析步驟120之間可更包含過濾步驟115，用來過濾酸蝕液體，可避免殘留的酸蝕液體破壞雷射散射儀。

完成碳化物之粒徑範圍以及對應之體積分率的分析後，進行步驟130，以提供複數個預設加權係數。其中，各個預設加權係數係對應各個粒徑範圍，且各個預設加權係數隨對應之粒徑範圍中之最大值的增加而增加。接下來，進行步驟140，以將複數個體積分率分別與其對應之預設加權係數相乘，而計算出複數個乘積，並將此些乘積加總而得到一乘積總和。

前述的預設加權係數是作為評估碳化物的粒徑大小對鋼材韌性不利影響的加權係數。一般而言，通常碳化 物的粒徑較小時，碳化物對於鋼材韌性不會有明顯的影響，所以對於較小粒徑範圍的碳化物，可以設定為較小或甚至於零的預設加權係數。然而，若是在碳化物的粒徑較大時，會對鋼材韌性產生較明顯的影響，可設定為較大的預設加權係數。舉例而言，經分析後的碳化物的粒徑尺寸若為D，且粒徑尺寸分佈區間包含(a)區間0<D<50μm、(b)區間50μm≦D<100μm、(c)區間100μm≦D<200μm以及(d)區間D≧200μm。其中，分別在(a)區間至(d)區間的預設加權係數則可例如分別預先設定為0、1、5及20。由前述的例子中可知，碳化物的粒徑大小如果是位在(a)區間，由於(a)區間所對應的預設加權係數為零，所以不論在(a)區間中的體積分率為多少，其所得之乘積皆為零，故不會對乘積總和有影響。反之，即使在(d)區間中所佔的體積分率較小，但由於(d)區間所對應的預設加權係數較大，所以在進行計算步驟140的時候，所得之乘積仍可在乘積總和中佔有一定的比重來顯示位在(d)區間的碳化物對於鋼材韌性所產生之影響。在一示範例子中，各個預設加權係數隨對應之粒徑範圍中之最大值的增加而以等比級數的形式增加。要提到的是，前述的預設加權係數以及粒徑大小的區間皆為舉例，實際上可以依據鋼材韌性的需求來訂定不同的預設加權係數以及粒徑大小的區間。

在一示範例子中，在進行過濾步驟115以濾除酸蝕液體時，一般可使用，例如濾紙或濾網等過濾單元，但是仍可能會濾除掉部份的碳化物，而可能導致計算步驟140 產生乘積誤差。在這樣的考量下，過濾單元的孔徑可小於預設加權係數為零所對應之粒徑範圍之最大值，以避免因過濾而導致計算步驟140產生乘積誤差。例如，依照前述的例子，(a)區間為0<D<50μm，其所對應的預設加權係數為零，則過濾單元的孔徑可選擇為小於50μm。因此，就算有部份的碳化物因為小於過濾單元的孔徑而被濾除，其所對應預設加權係數為零，所以也不會對乘算總和的結果產生影響。在一些例子中，為了增加過濾步驟的速度，過濾單元的孔徑可以接近但小於預設加權係數為零所對應的粒徑範圍的最大值，此因較大的孔徑可增快過濾速度，並且也不會對乘積總和的結果產生影響。

完成計算步驟140後，進行步驟150。步驟150是依據前述的乘積總和來判斷鋼材的韌性。在一例子中，可在判斷步驟150中提供預設判斷值，當乘積總和大於預設判斷值時，判斷鋼材之韌性不符合判斷標準。要提到的是，此預設判斷值可依據鋼材的韌性需求以及不同的鋼材種類來設定。

在此說明的是，本發明之特徵之一，在於利用酸蝕步驟110來萃取鋼材中的碳化物，以分析此些碳化物的粒徑範圍以及對應粒徑範圍的體積分率，並計算此些體積分率與對應之預設加權係數所得之複數個乘積之乘積總和，再利用所計算出之乘積總和來判斷鋼材韌性。由於已萃取鋼材中的所有碳化物來進行分析，所以可避免習知技術以金相觀測法所截取之金相試片的觀測平面不同，而導致的 不準確分析結果。

以下列舉數個實施例，藉此更詳盡闡述本發明之鋼材韌性之評估方法，然其並非用以限定本發明，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

在實施例1中，先提供一鋼材。此鋼材之組成包含1重量百分比的碳、0.43重量百分比的錳、0.02重量百分比的磷、0.005重量比的硫、0.25重量百分比的矽、1.39重量百分比的鉻、0.017重量百分比的鋁、0.0038重量百分比的氮、其餘為鐵及不可避免之雜質。然後，順著鋼材的軋延方向從鋼材中截取出一試片，此試片的長軸方向平行鋼材的軋延方向。接著以950℃的溫度對此試片進行持續30分鐘的熱處理，以消除鋼材中的波來鐵。再將試片淬火至室溫。

然後，以溫度介於25℃至35℃且濃度為37體積百分率的鹽酸溶液洗去熱處理後之試片表面的油脂或金屬屑。再將試片浸入濃度為7.25體積百分率且持溫60℃的硝酸溶液中，直至試片溶解於硝酸溶液中。接著以孔徑為11μm的濾網過濾得到碳化物。

接著，將碳化物泡製成懸浮液後，以雷射粒徑分佈測定方法來測量碳化物的粒徑分佈以及對應粒徑範圍的體積分率，所得之結果如第2圖所示。第2圖為實施例1至4以雷射粒徑分佈測定方法所測得之粒徑分佈相對於體積分率之示意圖。

然後，將所測得之粒徑分佈及體積分率分別依照(a) 區間0<D<50μm、(b)區間50μm≦D<100μm、(c)區間100μm≦D<200μm以及(d)區間D≧200μm分類，並且(a)區間至(d)區間的預設加權係數分別為0、1、5及20，其所得之結果如下表1所示。

實施例2至4係類似於實施例1，惟實施例2至4 與實施例1不同處在於實施例2至4的熱處理溫度及持續時間，其熱處理溫度及持續時間如下表2所示。

比較例1至4係分別類似於實施例1至4，唯其不同處在於比較例1至4在進行熱處理之後，即以金相觀測法進行共晶碳化物指標的分析，其結果如上表1所示。

從上表1的實施例1至4以及比較例1至4可知，隨著熱處理的溫度越高以及時間越長，碳化物的粒徑大小逐漸朝小尺寸偏移，並且乘積總和也相對降低。反觀比較例1至4所測得之共晶碳化物指標皆為零，無法準確反應鋼材中的碳化物含量。因此，本發明之鋼材韌性之評估方法確實可利用乘積總和來準確判斷鋼材之韌性，而不會有比較例1至4利用習知技術分析時所產生的不準確的問題。

綜言之，由上述本發明實施方式可知，本發明鋼材韌性之評估方法係利用酸蝕的方式來將鋼材中的碳化物萃取而出，並分析此些碳化物的粒徑分佈，再透過計算的方式來使碳化物對於鋼材韌性的影響得以數值化的顯現，之後依據不同需求訂定預設判斷值，以判斷鋼材韌性是否符合需求。由於本發明可將鋼材中的所有碳化物萃取出來而 進行分析及計算，因此可具有精確的判斷結果，而不會像習知技術以金相觀測法觀測試片時容易因為所截取之金相試片的觀測平面不同，而導致的不準確分析結果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧方法

110、115、120、130、140、150‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種鋼材韌性之評估方法，包含：對該鋼材進行一酸蝕步驟以萃取該鋼材之複數個碳化物；進行一分析步驟，分析該複數個碳化物之複數個粒徑範圍以及對應該複數個粒徑範圍的複數個體積分率；提供複數個預設加權係數，其中該複數個預設加權係數係分別對應於該複數個粒徑範圍，且各該複數個預設加權係數隨對應之該粒徑範圍中之一最大值的增加而增加；進行一計算步驟，以計算出該複數個體積分率與對應之該複數個預設加權係數所得之複數個乘積之一乘積總和；以及進行一判斷步驟，以依據該乘積總和判斷該鋼材之韌性。
2. 如請求項1所述之鋼材韌性之評估方法，其中在該酸蝕步驟中，以一酸蝕液體酸蝕該鋼材，其中該酸蝕液體包含一鹽酸或一硝酸。
3. 如請求項2所述之鋼材韌性之評估方法，於該酸蝕步驟與該分析步驟之間，更包含一過濾步驟，以濾除該酸蝕液體來萃取該複數個碳化物。
4. 如請求項1所述之鋼材韌性之評估方法，其中該複 數個預設加權係數之其中一數值為零。
5. 如請求項4所述之鋼材韌性之評估方法，其中在該酸蝕步驟中，以一酸蝕液體酸蝕該鋼材，其中該酸蝕液體包含一鹽酸或一硝酸。
6. 如請求項5所述之鋼材韌性之評估方法，於該酸蝕步驟與該分析步驟之間，更包含一過濾步驟，以利用一過濾單元濾除該酸蝕液體來萃取該複數個碳化物。
7. 如請求項6述之鋼材韌性之評估方法，其中該過濾步驟更包含過濾一部份之該複數個碳化物，其中該過濾單元之一孔徑係小於該數值對應之該粒徑範圍之該最大值。
8. 如請求項1所述之鋼材韌性之評估方法，其中提供該複數個預設加權係數之步驟中，各該複數個預設加權係數隨對應之該粒徑範圍中之該最大值的增加而以等比級數增加。
9. 如請求項1所述之鋼材韌性之評估方法，其中在該判斷步驟中，更包含提供一預設判斷值，當該乘積總和大於該預設判斷值時，判斷該鋼材之該韌性不符合判斷標準。
10. 如請求項1所述之鋼材韌性之評估方法，其中在 該分析步驟中，利用一雷射粒徑分佈測定方法分析該複數個碳化物之該複數個粒徑範圍及該複數個體積分率。