專利名稱：控制鋼中魏氏組織的方法
技術領域：
本發明屬于軋鋼領域，具體地講，涉及一種控制鋼中魏氏組織的方法。
背景技術：
軋鋼過程中形成的魏氏組織對鋼材的力學性能有很大的影響。因此，在軋制過程中需要對魏氏組織進行控制。對于在軋鋼過程中魏氏組織的形成原因，金屬材料的熱力學和動力學原理認為加熱溫度過高或冷卻速率過快導致亞共析鋼或過共析鋼在冷卻過程中，先共析的鐵素體或滲碳體從奧氏體晶界上沿著奧氏體的一定晶面向晶體內生長而形成魏氏組織。
雖然現有的資料文獻已給出了魏氏組織的形成溫度范圍，但是對于不同的鋼種，很難在較寬的溫度范圍內確定魏氏組織形成的確切溫度以及加熱終溫和/或冷卻速率對魏氏組織形成的影響，導致軋鋼過程中難以對于魏氏組織的形成進行控制。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供ー種能夠針對不同的鋼種來在軋鋼過程中控制魏氏組織的方法。根據本發明的方面，控制鋼中魏氏組織的方法包括在軋鋼之前，用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描軋鋼原料的試樣在高溫冷卻過程中的金相組織圖像，以確定魏氏組織的析出與加熱終溫的關系；根據魏氏組織的析出與加熱終溫的關系確定軋鋼過程的終軋溫度。根據本發明的實施例，當確定加熱終溫在第一溫度以下不析出魏氏組織時，可以將軋鋼過程中的終軋溫度控制在第一溫度以下。根據本發明的實施例，控制鋼中魏氏組織的方法還可以包括在軋鋼之前，用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描軋鋼原料的試樣在高溫冷卻過程中的金相組織圖像，以確定魏氏組織的析出與冷卻速率的關系；根據魏氏組織的析出與冷卻速率的關系確定軋鋼過程中終軋后的冷卻速率。根據本發明的實施例，當確定冷卻速率在第一冷卻速率以下不析出魏氏組織時，可以將軋鋼過程中終軋后的冷卻速率控制在第一冷卻速率以下。根據本發明的實施例，控制鋼中魏氏組織的方法還可以包括在軋鋼之前，用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描軋鋼原料的試樣在加熱終溫在第一溫度以下時的高溫冷卻過程中的金相組織圖像，以確定魏氏組織的析出與冷卻速率的關系；根據魏氏組織的析出與冷卻速率的關系確定軋鋼過程中終軋后的冷卻速率。根據本發明的實施例，可以通過觀察軋鋼原料的試樣的金相組織圖像中的魏氏組織形成時的表面浮凸來確定魏氏組織的析出。根據本發明的實施例，可以通過觀察軋鋼原料的試樣的金相組織圖像中的魏氏組織形成時的針狀組織來確定魏氏組織的析出。根據本發明的實施例，可以用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描45號鋼的軋鋼原料的試樣在高溫冷卻過程中的金相組織圖像，以確定45號鋼魏氏組織的析出與冷卻速率和/或加熱終溫的關系。根據本發明的實施例，在45號鋼的軋鋼過程中，可以將終軋溫度控制在860°C以下。根據本發明的控制鋼中魏氏組織的方法，可以在軋鋼之前通過用高溫激光共聚焦顯微鏡對高溫冷卻過程中的軋鋼原料進行金相組織的三維掃描成像，來確定魏氏組織的析出與加熱終溫和/或冷卻速率的關系，從而可以針對不同鋼種為軋鋼過程中的魏氏組織的控制エ藝提供依據。
通過結合附圖進行的示例性實施例的以下描述，本發明的這些和/或其他方面和優點將變得清楚和更易于理解，其中 圖IA至圖IF是45號鋼的軋鋼原料試樣在加熱終溫為1020°C的等溫冷卻過程中的高溫激光共聚焦顯微鏡掃描圖像；圖2A至圖2C是45號鋼的軋鋼原料試樣在加熱終溫分別為1020°C、950°C和880°C的連續冷卻過程中的魏氏組織析出的高溫激光共聚焦顯微鏡掃描圖像；圖3A和圖3B是示出45號鋼的軋鋼原料試樣在加熱終溫分別為880°C (以緩慢冷卻速率)和860°C (以較快冷卻速率)時的等溫冷卻過程中的魏氏組織析出情況的高溫激光共聚焦顯微鏡掃描圖像。
具體實施例方式下面將參照附圖和示例性實施例來詳細地描述本發明。本發明的控制鋼中魏氏組織的方法通過以下步驟來實現在軋鋼之前，將軋鋼原料制備成為適于高溫激光共聚焦顯微鏡的試樣，并用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描其在高溫冷卻過程中的金相組織圖像，從而根據掃描的金相組織圖像確定軋鋼原料在高溫冷卻過程中魏氏組織的析出與加熱終溫的關系；然后，根據試樣在高溫冷卻過程中的魏氏組織的析出與加熱終溫的關系確定軋鋼エ藝。在軋鋼過程中，終軋溫度和冷卻速率是影響魏氏組織形成的最主要的兩個因素。通常，對不同的鋼種來講，在軋制過程終軋溫度越高、冷卻速率越快，魏氏組織越容易形成。然而，在軋鋼過程中，通常對終軋后的鋼材進行空冷，由于空冷速率很慢，所以在這種情況下冷卻速率對魏氏組織的形成幾乎不產生影響，因此，根據本發明的控制鋼中魏氏組織的方法，側重于控制終軋溫度。由于在軋鋼之前，通過高溫激光共聚焦顯微鏡準確地確定軋鋼原料在軋制過程中的魏氏組織的析出與加熱終溫的關系，所以可以根據魏氏組織的析出與加熱終溫的關系確定終軋エ藝。例如，根據本發明的示例性實施例，當確定加熱終溫在某一溫度下不形成魏氏組織時，可以在軋制過程中將終軋溫度設置在該溫度以下。根據本發明的示例性實施例，如果在實際生產過程中在終軋后需要控制冷卻速率，則可以在軋鋼之前，用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描軋鋼原料的試樣在高溫冷卻過程中的金相組織圖像來確定魏氏組織的析出與冷卻速率和加熱終溫的關系，并根據如此確定的魏氏組織的析出與冷卻速率和加熱終溫的關系確定軋鋼エ藝。例如，根據本發明的示例性實施例，可以根據高溫共聚焦顯微鏡的掃描圖像確定不形成魏氏組織的加熱終溫和冷卻速率，為了在軋制過程中使鋼材不形成魏氏組織，可以將終軋溫度設置在確定的不產生魏氏組織的加熱終溫之下并將冷卻速率設置在確定的不產生魏氏組織的冷卻速率之下。根據本發明的示例性實施例，可以用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描軋鋼原料的試樣在加熱終溫為不產生魏氏組織的溫度時的高溫冷卻過程中的金相組織圖像，以確定魏氏組織的析出與冷卻速率的關系，并可以根據魏氏組織的析出與冷卻速率的關系確定軋鋼過程中終軋后的冷卻速率。根據本發明的示例性實施例，在通過高溫激光共聚焦顯微鏡的金相組織圖像確定軋鋼原料在高溫冷卻過程中魏氏組織的析出的過程中，可以通過魏氏組織形成時的表面浮凸來確定魏氏組織的析出，即，在金相組織圖像中出現表面浮凸表示魏氏組織的出現。這里，表面浮凸呈針狀。在下面的具體實施例中示例性地示出了 45號鋼的魏氏組織的控制方法，然而，本發明不限于此，本發明可以應用于除45號鋼之外的其他鋼材的魏氏組織的控制。
表I中示出了 45號鋼的主要組分和各組分的重量百分比。表I
組分I-CI-Si ΓΤ HsFe和不可避免的雜質
重量百分比 0.46 0.66 O. 30 0.011 0.003 余量首先，制備高溫激光共聚焦顯微鏡用45號鋼的軋鋼原料的試樣。用于觀察高溫金相組織的試樣不通過化學或電解腐蝕處理，以能夠在高溫狀態下真實地呈現試樣的金相組織形貌。根據本發明的示例性實施例，試樣的尺寸為Φ6Χ2. 6mm(即，直徑為6mm、高為2. 6mm的圓柱狀),并與常規金相試樣的制備方法一樣，將試樣拋光以后，即可進行高溫金相試驗。將制備的試樣放入高溫激光共聚焦顯微鏡的加熱爐中，設置包括升溫速率、加熱終溫、終溫保溫時間、降溫速率和/或降溫后等溫保溫時間等エ藝參數。接下來，對加熱爐抽真空，然后充入純度為99. 99%的高純氬氣進行保護。通過高溫激光共聚焦顯微鏡觀察軋鋼試樣在高溫冷卻過程中的金相組織轉變圖像。下面將參照附圖來詳細地描述通過高溫激光共聚焦顯微鏡的金相組織掃描圖像確定魏氏組織的析出與加熱終溫和冷卻速率的關系的過程。I.用高溫激光共聚焦顯微鏡進行等溫冷卻エ藝試驗在等溫冷卻過程中用高溫激光共聚焦顯微鏡對通過上述方法制備的9個45號鋼軋鋼原料試樣進行金相組織掃描。在該組試驗中，9個試樣的加熱終溫分別為1050°C、1020 °C > 1000 V、980で、950°C、900 V、880で、870 V和860で。升溫過程采用從室溫以3000C /分升至700°C，然后以100°C /分升溫至各自的加熱終溫并保溫30分鐘。降溫過程采用等溫冷卻エ藝，即，從各自的加熱終溫以120°C /分冷卻至727°C并保溫10分鐘，然后以120°C /分冷卻至680°C并保溫10分鐘，最后以180°C /分冷卻至室溫。由于試樣在不同加熱終溫的等溫冷卻過程中的組織變化存在共性，所以僅選取試樣在加熱終溫為1020°C的等溫冷卻過程中的組織變化進行說明。
圖IA至圖IF是45號鋼的軋鋼原料試樣在加熱終溫為1020°C的等溫冷卻過程中的高溫激光共聚焦顯微鏡掃描圖像，其中，圖IA至圖IF分別示出了在溫度為1020°C、727°C、680°C、511°C、48rC和129°C左右時的高溫激光共聚焦顯微鏡掃描圖像。通過圖IA至圖IF可以看出，當溫度降至680°C后，開始析出針狀組織(包括粗針和隱針，如圖IC中箭頭所指示的位置)，并且在溫度繼續降低吋，圖IC中箭頭所指示位置處的隱針狀組織析出而形成細針狀的魏氏組織，而繼續冷卻后，魏氏組織變化不大。通過對9個試樣在等溫冷卻過程中的高溫激光共聚焦顯微鏡圖像的對比觀察，可以得知加熱終溫對魏氏組織的影響。加熱終溫越高，形成的針狀魏氏組織量越多，且所形成的針狀組織越粗越長。當加熱終溫在1000°c以上保溫冷卻后，針狀魏氏組織的析出分為兩個階段，具體地講，在680°c保溫，析出針狀組織，一般析出在3s內結束，同時有隱形針狀組織形成的趨勢；隨后連續冷卻至511°C，隱形針狀組織開始轉變成為明顯的針狀組織。當加熱終溫在1000°C以下保溫冷卻后，只在680°C析出針狀組織，而無隱形針狀組織出現。等溫冷卻エ藝試驗采用等溫冷卻エ藝，意在能夠在等溫過程中給以充分的時間，以便能夠使更多的針狀魏氏組織析出。此外，由于在實際生產過程中終軋后一般采用冷卻 速度較慢的堆冷，所以等溫冷卻エ藝試驗與實際生產過程接近。2.用高溫激光共聚焦顯微鏡進行連續冷卻エ藝試驗為了了解連續冷卻狀態下魏氏組織的析出與加熱終溫以及其他因素的關系以對后續軋鋼エ藝的確定提供依據，進行了連續冷卻エ藝試驗。在該連續冷卻エ藝試驗中，在連續冷卻過程中用高溫激光共聚焦顯微鏡對通過上述方法制備的3個45號鋼軋鋼原料試樣進行金相組織圖像掃描。根據等溫冷卻エ藝試驗結果，在連續冷卻エ藝試驗中，3個試樣的加熱終溫分別為1020°C、950°C和880°C，以60°C /分的冷卻速率冷卻至室溫。圖2A至圖2C是45號鋼的軋鋼原料試樣在加熱終溫分別為1020°C、950°C和880°C的連續冷卻過程中的魏氏組織析出的高溫激光共聚焦顯微鏡掃描圖像，具體地講，圖2A示出了加熱終溫為1020°C的情況，圖2B示出了加熱終溫為950°C的情況，圖2C示出了加熱終溫為880°C的情況。從圖2A至圖2C中示出的高溫激光共聚焦顯微鏡掃描圖像可以看出，當加熱終溫為880°C時，在649°C開始析出針狀組織(如圖2C中箭頭所指位置)，在642 °C析出完成；當加熱終溫為950°C時，在675°C開始析出針狀組織(如圖2B中箭頭所指位置)，在667°C左右析出完成；當加熱終溫為1020°C時，在680°C開始析出針狀組織(如圖2A中箭頭所指位置)，在658°C左右析出完成。3.用高溫激光共聚焦顯微鏡進行冷卻速率エ藝試驗根據等溫冷卻エ藝試驗結果和連續冷卻エ藝試驗結果，選取加熱終溫為880°C和860°C來測試冷卻速率對試樣的在高溫冷卻過程中的魏氏組織形成的影響。在該組試驗中，對于加熱終溫為880°C的45號鋼軋制原料試樣，首先以30°C /分的冷卻速率冷卻至680°C保溫10分鐘，然后以180°C /分冷卻至室溫。對于加熱終溫為860°C的45號鋼軋制原料試樣，首先以200°C /分的冷卻速率冷卻至680°C保溫10分鐘，然后以180°C /分冷卻至室溫。圖3A和圖3B是示出了該組試驗的魏氏組織析出情況的高溫激光共聚焦顯微鏡掃描圖像，具體地講，圖3A示出了加熱終溫為880°C的情況，圖3B示出了加熱終溫為860°C的情況。從圖3A和圖3B可以看出，當加熱終溫為880°C時，即使冷卻速率降到很低，也有針狀魏氏組織形成；當加熱終溫為860°C時，即使冷卻速率很高，也沒有針狀魏氏組織出現。根據以上三組試驗可以確定，在45號鋼的軋制過程中，將終軋溫度控制在860°C以下可以在終軋后冷卻過程中抑制魏氏組織的析出，而不受冷卻速率的影響。因此，基于此，在軋制45號鋼的エ藝中將終軋溫度設置在860°C以下，得到了魏氏組織被有效地抑制且具有優異的力學性能的45號鋼。 根據本發明的以上實施例的描述可以看出，根據本發明實施例的控制鋼中魏氏組織的方法可以在軋鋼之前容易且準確地確定魏氏組織的析出溫度、析出時間以及析出溫度和析出時間與加熱溫度的關系，從而容易地確定軋鋼エ藝。
權利要求
1.一種控制鋼中魏氏組織的方法，其特征在于，所述方法包括 在軋鋼之前，用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描軋鋼原料的試樣在高溫冷卻過程中的金相組織圖像，以確定魏氏組織的析出與加熱終溫的關系； 根據魏氏組織的析出與加熱終溫的關系確定軋鋼過程的終軋溫度。
2.根據權利要求I所述的控制鋼中魏氏組織的方法，其特征在于，當確定加熱終溫在第一溫度以下不析出魏氏組織時，將軋鋼過程中的終軋溫度控制在第一溫度以下。
3.根據權利要求I所述的控制鋼中魏氏組織的方法，其特征在于，所述方法還包括 在軋鋼之前，用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描軋鋼原料的試樣在高溫冷卻過程中的金相組織圖像，以確定魏氏組織的析出與冷卻速率的關系； 根據魏氏組織的析出與冷卻速率的關系確定軋鋼過程中終軋后的冷卻速率。
4.根據權利要求3所述的控制鋼中魏氏組織的方法，其特征在于，當確定冷卻速率在第一冷卻速率以下不析出魏氏組織時，將軋鋼過程中終軋后的冷卻速率控制在第一冷卻速率以下。
5.根據權利要求2所述的控制鋼中魏氏組織的方法，其特征在于，所述方法還包括 在軋鋼之前，用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描軋鋼原料的試樣在加熱終溫在第一溫度以下時的高溫冷卻過程中的金相組織圖像，以確定魏氏組織的析出與冷卻速率的關系；根據魏氏組織的析出與冷卻速率的關系確定軋鋼過程中終軋后的冷卻速率。
6.根據權利要求I所述的控制鋼中魏氏組織的方法，其特征在于，通過觀察軋鋼原料的試樣的金相組織圖像中的魏氏組織形成時的表面浮凸來確定魏氏組織的析出。
7.根據權利要求I所述的控制鋼中魏氏組織的方法，其特征在于，通過觀察軋鋼原料的試樣的金相組織圖像中的魏氏組織形成時的針狀組織來確定魏氏組織的析出。
8.根據權利要求I所述的控制鋼中魏氏組織的方法，其特征在于，用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描45號鋼的軋鋼原料的試樣在高溫冷卻過程中的金相組織圖像，以確定45號鋼魏氏組織的析出與加熱終溫和/或冷卻速率的關系。
9.根據權利要求8所述的控制鋼中魏氏組織的方法，其特征在于，在45號鋼的軋鋼過程中，將終軋溫度控制在860°C以下。
全文摘要
本發明提供了一種控制鋼中魏氏組織的方法。該方法包括在軋鋼之前，用高溫激光共聚焦顯微鏡掃描軋鋼原料的試樣在高溫冷卻過程中的金相組織圖像，以確定魏氏組織的析出與加熱終溫的關系；根據魏氏組織的析出與加熱終溫的關系確定軋鋼過程中的終軋溫度。本發明的控制鋼中魏氏組織的方法，可以簡捷地確定軋鋼過程中魏氏組織的析出與加熱終溫和/或冷卻速率的關系，從而為確定不同鋼種的軋鋼工藝提供依據。
文檔編號C22C38/04GK102864291SQ201210359489
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者胡進 申請人:攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司