TWI567386B - Heating the steel wire simulation test - Google Patents

Description

鋼材之線加熱模擬試驗方法

本發明是有關於一種加熱模擬試驗方法，特別是指一種鋼材之線加熱模擬試驗方法。

鋼材的應用領域相當廣泛，例如汽車、家電、機械、建築等皆必須使用鋼材，所以鋼材的強度及加工性也需因應各個領域的不同而進行調整，且不同鋼材在生產過程中也會產生不相同的缺陷，因此，必須透過品質檢查以判斷成品是否符合規範。

以用於鋼結構之鋼板為例，鋼結構施工規範規定鋼材加熱整型或彎曲加工之溫度不得超過650℃，主要原因是在於避免鋼材因加熱溫度過高而發生顯微組織變化，造成機械性質損失。然而，目前業界一般在進行加熱整形之施工作業時，大多使用氣體火陷來回烘烤鋼材表面，在作業過程中並不會同時量測加熱溫度，加熱溫度矯正程度主要依施工者的作業經驗判斷，因此仍有可能發生作業溫度超過規範而導致機械性質劣化的情況，若未及時在使用前施予品管檢測而剔除的話，可能造成鋼材在使用上存在安全疑慮。

因此，本發明之一目的，即在提供一種鋼材之線加熱模擬試驗方法，使其可提供加熱矯正後之機械性質測試數據，以作為鋼材生產時製程參數設定與調整依據，大幅提升對於鋼材品質的掌握。

於是，本發明鋼材之線加熱模擬試驗方法，包含下列步驟(a)至(f)：

在步驟(a)中，備置一加熱源，以及自一鋼材擷取一待測試片，由該待測試片底面間隔穿置多數熱電偶，該等熱電偶並未貫穿該待測試片頂面。

在步驟(b)中，該待測試片放置於該加熱源下方，且使該加熱源與第一個熱電偶呈上下相對應。

在步驟(c)中，利用該加熱源對該待測試片進行加熱，同時由相對應之該第一個熱電偶量測該待測試片的表面溫度。

在步驟(d)中，當該待測試片表面受熱區域達到900至1000℃時，驅使該加熱源直線前進位移，且控制該加熱源的行進速率需能使該待測試片表面最高溫度保持在與起始受熱區域相同之最高溫度。

在步驟(e)中，使該待測試片降溫冷卻至室溫。

在步驟(f)中，擷取完成降溫後之該待測試片受熱區域剖面以進行金相觀察，並自該鋼材上另外擷取一對照試片且利用一熱膨脹設備模擬實際試驗之熱履歷進行升溫與降溫，從而比對該待測試片與該對照試片之金相結構 差異，作為確認線加熱的熱履歷是否正確之參考基準。

本發明之功效在於可評估鋼材經加熱整型後之機械性質劣化程度，提供加熱矯正後之機械性質測試數據，以作為鋼材生產時製程參數設定與調整依據，大幅提升對於鋼材品質的掌握。

2‧‧‧加熱源

21‧‧‧乙炔供應單元

22‧‧‧乙炔輸送管

23‧‧‧氧氣供應單元

24‧‧‧氧氣輸送管

25‧‧‧氣體調節閥

26‧‧‧第一壓力計

27‧‧‧第二壓力計

28‧‧‧輸氣管

29‧‧‧火燄噴嘴

3‧‧‧冷卻水輸出源

31‧‧‧水箱

32‧‧‧泵浦

33‧‧‧輸水管

34‧‧‧水量調節閥

35‧‧‧出水噴嘴

4‧‧‧待測試片

41‧‧‧埋設孔

42‧‧‧衝擊試片

5‧‧‧熱電偶

6‧‧‧耐熱棉

A1‧‧‧熱點中心區域

A2‧‧‧受熱區域

S1‧‧‧間距

S2‧‧‧距離

S3‧‧‧距離

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一元件配置示意圖，說明本發明鋼材之線加熱模擬試驗方法的一實施例；圖2是一局部剖視放大示意圖，說明該實施例之一待測試片及多數熱電偶；圖3是一圖2之局部剖視放大示意圖；以及圖4是一示意圖，說明該實施例之衝擊試片取樣位置及該待測試片表面熱履歷關係。

參閱圖1、2、3，本發明鋼材之線加熱模擬試驗方法包含下列步驟(a)至(e)：

在步驟(a)中，備置一加熱源2、一設置於該加熱源2後方之冷卻水輸出源3，及自一鋼材擷取一待測試片4。且該加熱源2包含一用以輸出乙炔之乙炔供應單元21、一乙炔輸送管22、一用以輸出氧氣之氧氣供應單元23、一氧氣輸送管24、一氣體調節閥25、一第一壓力計26、一第 二壓力計27、一用以輸送該氣體調節閥25所輸出的氣體之輸氣管28，以及一設於該輸氣管28末端之火燄噴嘴29。該乙炔輸送管22連接於該乙炔供應單元21與該氣體調節閥25間，該氧氣輸送管24連接於該氧氣供應單元23與該氣體調節閥25間，該第一壓力計26設於該乙炔輸送管22而用以偵測該乙炔輸送管22內流通之乙炔的壓力，該第二壓力計27設於該氧氣輸送管24而用以偵測該氧氣輸送管24內流通之氧氣的壓力。該乙炔輸送管22所輸送的乙炔及該氧氣輸送管24所輸送的氧氣輸入該氣體調節閥25，同時藉由該氣體調節閥25調節乙炔與氧氣的流量且進行混合。在本實施例中，乙炔的壓力為0.2至1.0kg/cm²，乙炔的流量為10至15公升/分鐘(L/min)，氧氣的壓力為1至5kg/cm²，氧氣的流量為10至50公升/分鐘。

另外，該冷卻水輸出源3包含一盛裝有冷卻水之水箱31、一用以抽取該水箱31內的冷卻水之泵浦32、一連接該泵浦32而用以輸送該泵浦32所抽取的冷卻水之輸水管33、一設於該輸水管33之水量調節閥34，以及一設於該輸水管33末端之出水噴嘴35。該出水噴嘴35的直徑為6至8mm，該出水噴嘴35是位於該加熱源2之火燄噴嘴29後方約60至90毫米處並朝遠離該火燄噴嘴29方向傾斜收斂。

該待測試片4底面往頂面方向間隔鑽設有多數埋設孔41，任兩相鄰埋設孔41間之間距S1為60至90毫米，該等埋設孔41並未貫穿該待測試片4頂面，並於該等 埋設孔41中穿置多數熱電偶5，該等熱電偶5直徑為0.1至0.5毫米(mm)，且該等埋設孔41中分別填入耐熱棉6以確保該等熱電偶5不會晃動或鬆脫，以求後續能準確量測該待測試片4的表面溫度。另外，該等熱電偶5頂端與該待測試片4頂面間的距離S2為0.8至1.5毫米，在本實施例中是以1毫米做說明。

特別說明的，於擷取該待測試片4時必須避開該鋼材的粗晶區域，因該區域受熱後之頂峰溫度會過高，不符合實際狀況。

在步驟(b)中，將該待測試片4放置於該加熱源2之火燄噴嘴29與該冷卻水輸出源3之出水噴嘴35下方，且該加熱源2與第一個熱電偶5呈上下相對應，且使該加熱源2之火燄噴嘴29與該待測試片4頂面間的距離S3為10至15毫米。

在步驟(c)中，該加熱源2之輸氣管28所輸送乙炔與氧氣的混合氣體，於輸出該火燄噴嘴29時予以點火以產生火燄，並對該待測試片4頂面進行加熱，此時由相對應之第一個熱電偶5量測該待測試片4的表面溫度。

在步驟(d)中，當第一個熱電偶5量測該待測試片4表面受熱區域達到900至1000℃時，驅使該加熱源2及冷卻水輸出源3同步朝同向直線前進位移，且控制行進速率需能使該待測試片4表面最高溫度保持在與起始受熱區域相同之最高溫度。

在步驟(e)中，使該待測試片4降溫冷卻至室 溫。其冷卻方式可採空冷或水冷，其中，採空冷時，是讓該待測試片4自然冷卻而降溫達到室溫。

而採水冷時，則是啟動該冷卻水輸出源3，利用泵浦32抽取該水箱31內的冷卻水，輸水管33輸往該出水噴嘴35，同時藉由該水量調節閥34控制冷卻水流量為5至10公升/分鐘，以對該待測試片4進行噴水降溫冷卻。特別說明的是，藉由該出水噴嘴35是朝遠離該加熱源2方向傾斜收斂之設計，可避免冷卻水流向正在加熱或尚未加熱之待測區域。

在步驟(f)中，擷取完成降溫後之該待測試片4受熱區域剖面以進行金相觀察，並自該鋼材上另外擷取一對照試片且利用一熱膨脹設備模擬實際試驗之熱履歷進行升溫與降溫，從而比對該待測試片4與該對照試片之金相結構差異，作為確認線加熱的熱履歷是否正確之參考基準。

參閱圖4並配合圖2，該火燄噴嘴29所輸出的火燄對該待測試片4頂面之直接接觸處定義為熱點中心區域A1，熱點中心區域A1的鄰近外周則定義為受熱區域A2。後續再對待測試片4進行拉伸及衝擊實驗，做法是先在待測試片4上取樣一衝擊試片42，該衝擊試片42的尺寸需符合ASTM(金屬材料拉伸試驗方法)E8與E235之規範，取樣位置為該衝擊試片42的頂面距離待測試片4頂面1-5mm，該衝擊試片42長、寬、高約為55mm×10mm×10mm，但不應以此為限。且該衝擊試片42待測位置涵蓋之受熱區域約為整個截面的1/4至1/2，且取樣該衝擊試片42 時必須避免擷取到粗晶區域(因此區域受熱之頂峰溫度過高，已不符合實際狀況)，以免影響測試結果。該測試片經過線加熱試驗後，接著進行後續的衝擊和拉伸實驗，主要目的為和原鋼板母材的性質進行比較。若在進行衝擊和拉伸實驗後，發現衝擊和拉伸的性能有明顯降低，則代表所述之原鋼板母材的加熱矯正性質不佳。依據此試驗和測試結果，製造廠方可評估是否進行成分或者製程條件的修改，以改善加熱矯正性質。

綜上所述，本發明鋼材之線加熱模擬試驗方法藉由上述步驟流程設計，根據該待測試片4與該對照試片之金相結構差異，作為確認線加熱的熱履歷是否正確之參考基準，從而可供評估鋼材經加熱整型後之機械性質劣化程度，提供加熱矯正後之機械性質測試數據，以作為鋼材生產時製程參數設定與調整依據，大幅提升對於鋼材品質的掌握。故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧加熱源

21‧‧‧乙炔供應單元

22‧‧‧乙炔輸送管

23‧‧‧氧氣供應單元

24‧‧‧氧氣輸送管

25‧‧‧氣體調節閥

26‧‧‧第一壓力計

27‧‧‧第二壓力計

28‧‧‧輸氣管

29‧‧‧火燄噴嘴

3‧‧‧冷卻水輸出源

31‧‧‧水箱

32‧‧‧泵浦

33‧‧‧輸水管

34‧‧‧水量調節閥

35‧‧‧出水噴嘴

4‧‧‧待測試片

5‧‧‧熱電偶

Claims (10)

1. 一種鋼材之線加熱模擬試驗方法，包含：(a)備置一加熱源，以及自一鋼材擷取一待測試片，由該待測試片底面間隔穿置多數熱電偶，該等熱電偶並未貫穿該待測試片頂面；(b)該待測試片放置於該加熱源下方，且使該加熱源與第一個熱電偶呈上下相對應；(c)利用該加熱源對該待測試片進行加熱，同時由相對應之該第一個熱電偶量測該待測試片的表面溫度；(d)當該待測試片表面受熱區域達到900至1000℃時，驅使該加熱源直線前進位移，且控制該加熱源的行進速率需能使該待測試片表面最高溫度保持在與起始受熱區域相同之最高溫度；(e)使該待測試片降溫冷卻至室溫；以及(f)擷取完成降溫後之該待測試片受熱區域剖面以進行金相觀察，並自該鋼材上另外擷取一對照試片且利用一熱膨脹設備模擬實際試驗之熱履歷進行升溫與降溫，從而比對該待測試片與該對照試片之金相結構差異，作為確認線加熱的熱履歷是否正確之參考基準。
2. 如請求項1所述鋼材之線加熱模擬試驗方法，其中，在步驟(a)中，還備置一冷卻水輸出源，在步驟(d)中，驅使該冷卻水輸出源與該加熱源同步朝同向位移。
3. 如請求項2所述鋼材之線加熱模擬試驗方法，其中，在步驟(a)中，該加熱源能輸出乙炔與氧氣的混合氣體。
4. 如請求項3所述鋼材之線加熱模擬試驗方法，其中，在步驟(a)中，乙炔的壓力為0.2至1.0kg/cm²，乙炔的流量為10至15公升/分鐘，氧氣的壓力為1至5kg/cm²，氧氣的流量為10至50公升/分鐘。
5. 如請求項4所述鋼材之線加熱模擬試驗方法，其中，在步驟(b)中，該加熱源包含一用以輸出乙炔之乙炔供應單元、一乙炔輸送管、一用以輸出氧氣之氧氣供應單元、一氧氣輸送管、一氣體調節閥、一第一壓力計、一第二壓力計、一用以輸送該氣體調節閥所輸出的氣體之輸氣管，以及一設於該輸氣管末端之火燄噴嘴，該乙炔輸送管連接於該乙炔供應單元與該氣體調節閥間，該氧氣輸送管連接於該氧氣供應單元與該氣體調節閥間，該第一壓力計設於該乙炔輸送管而用以偵測該乙炔輸送管內流通之乙炔的壓力，該第二壓力計設於該氧氣輸送管而用以偵測該氧氣輸送管內流通之氧氣的壓力，該乙炔輸送管所輸送的乙炔及該氧氣輸送管所輸送的氧氣輸入該氣體調節閥，同時藉由該氣體調節閥調節乙炔與氧氣的流量且進行混合，該火燄噴嘴與該待測試片頂面間的距離為10至15毫米。
6. 如請求項5所述鋼材之線加熱模擬試驗方法，其中，在步驟(a)中，該等熱電偶直徑為0.1至0.5毫米，且該等熱電偶穿入該待測試片後，該等熱電偶頂端與該待測試片頂面間的距離為0.8至1.5毫米。
7. 如請求項6所述鋼材之線加熱模擬試驗方法，其中，在 步驟(e)中，該待測試片是藉由自然冷卻而降溫至室溫。
8. 如請求項6所述鋼材之線加熱模擬試驗方法，其中，在步驟(e)中，該冷卻水輸出源包含一盛裝有冷卻水之水箱、一用以抽取該水箱內的冷卻水之泵浦、一連接該泵浦而用以輸送該泵浦所抽取的冷卻水之輸水管、一設於該輸水管之水量調節閥，以及一設於該輸水管末端之出水噴嘴，該出水噴嘴是位於該加熱源之該火燄噴嘴後方約60至90毫米處並朝遠離該火燄噴嘴方向傾斜收斂，另外，該待測試片是放置於該加熱源之該火燄噴嘴與該冷卻水輸出源之該出水噴嘴下方。
9. 如請求項8所述鋼材之線加熱模擬試驗方法，其中，在步驟(e)中，該冷卻水輸出源所輸出之冷卻水流量為5至10公升/分鐘。
10. 如請求項9所述鋼材之線加熱模擬試驗方法，其中，在步驟(e)中，該出水噴嘴的直徑為6至8mm。