彈簧鋼鑄坯成分偏析定量分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鋼鑄坯質量分析方法，特別是指一種彈簧鋼鑄坯成分偏析定量分 析方法。
【背景技術】
[0002] 彈簧鋼盤條廣泛應用于車輛懸架減震彈簧、發動機氣門彈簧等涉及整車安全核心 零部件的制造，我國鋼企多數采用轉爐（或電爐）+連鑄的常規制造流程生產。在連鑄時， 鋼液的凝固狀態會隨澆注溫度（過熱度）、結晶器斷面尺寸、連鑄拉速、二次冷卻速度等過 程參數的不同發生變化，并直接影響鑄坯的凝固組織及化學元素分布狀態。鋼坯內化學元 素的不均勻分布（稱為成分偏析）顯著影響材料的內在質量，造成材料的心部與四周的微 觀組織、硬度、強度、淬透性存在顯著差異，為材料后續加工及最終應用造成很大的影響。據 了解，因成分偏析導致材料出現加工斷裂、疲勞失效問題的比例達到20%以上。因此，制定 一種檢測分析方法來定量衡量鑄坯中化學元素的分布狀態，對于提高鑄坯冶金質量、降低 偏析具有重要指導與借鑒意義。
[0003] 當前，國標GB/T 24178中根據鑄坯凝固后不同組織的形態特征，定義了細小等軸 晶帶、柱狀晶帶、中心等軸晶帶，并根據面積百分比進行計算，得到鑄坯的等軸晶率。從理論 上來說，等軸晶率越大，鑄還的組織均勾性越好，冶金質量越高。冶金行業標準YB/T 153也 對鑄還中心偏析按形貌特征進行定義，制定了中心偏析級別評定圖譜，便于確定鑄還偏析 的級別。但以上標準僅從形貌特征方面定義各類凝固組織、中心偏析，未深入分析不同凝固 組織、偏析區內部化學元素分布情況。等軸晶率、偏析指數等指標也只能定性判斷，檢驗結 果因人而異，相對誤差大，無法做到公正、客觀的對比與評價鑄坯質量。也有人在鑄坯截面 上不同位置鉆孔采集鐵肩，采用化學分析法測量不同部位的化學成分。這種方法的缺點是： 1)無法精確測量微小區域內化學成分；2)無法準確反映鑄坯化學成分在二維面上的變化 規律；3)檢驗工作量大，過程繁瑣。
[0004] 中國專利申請《一種連鑄坯成分偏析的分析方法》（申請號201010151349. 7)，提 出一種可對碳、硫等多種元素，連續取樣、做精細、定量分析，并可做圖文直觀顯示的連鑄坯 成分偏析的分析方法。它以連鑄坯橫截面為分析對象，由采集試樣，利用金屬原位分析儀掃 描試樣和將每個掃描結果用圖表顯示幾個步驟構成。使用該分析方法，能定量表述連鑄坯 的偏析，重復性好，能利用點、線、面方式表征偏析特征和規律；能通過一次掃描結果，得到 多元素定量偏析結果，結果準確，而且分析試樣少，減少了檢測時間和成本。該方法的局限 性有：1)適用于板坯，不適用于盤條生產對應的方坯或矩型坯；2)金屬原位掃描做出的二 維圖未能測量到觀察面上各部分元素含量的具體數值；3)對鑄坯化學元素偏析程度的評 價，僅按照最大偏析度、統計偏析度等計算值，設定偏析評定標準，如：一般性偏析、較重偏 析、最重偏析等，未對鑄坯觀測面上各成分區間對應的百分比進行判定，量化數據較少。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種能夠定量衡量彈簧鋼鑄坯中化學元素分布狀態的彈 簧鋼鑄還成分偏析的分析方法。
[0006] 為實現上述目的，本發明所提供的彈簧鋼鑄坯成分偏析定量分析方法，包括如下 步驟：
[0007] 1)橫向截取彈簧鋼鑄坯草樣；
[0008] 2)草樣加工，加工過程如下，
[0009] A.橫向切除彈簧鋼鑄坯草樣的取樣端，鋸切部位遠離火焰切割熱影響區，再橫向 截取一定厚度的鑄坯作為低倍樣，
[0010] B.將低倍樣鋸切成設定數量的觀測樣，觀測樣的尺寸符合金屬原位分析儀的要 求；
[0011] 3)以鑄坯橫截面作為目標觀測面，對各觀測樣的觀測面進行加工，使其符合金屬 原位分析儀的要求；
[0012] 4)選定一種化學元素，選擇觀測面上靠近鑄坯中心的區域作為金屬原位分析儀的 觀測區，通過金屬原位分析儀進行二維面掃描，數據采集過程在"偏析"功能下進行，得到選 定元素在掃描區域內的分布圖譜；需要說明的是，觀測區是觀測面被掃描的區域，觀測區尺 寸以金屬原位分析儀的觀測能力為準，若觀測區尺寸大于觀測樣的觀測面尺寸，則將全部 觀測面置于觀測區的中心；
[0013] 5)通過圖像處理軟件，計算步驟4)中獲得的分布圖譜上不同顏色所占的面積百 分比，由于分布圖譜上每種顏色代表該元素的某個特定含量，故可得出選定元素不同含量 在觀測區上的分布位置及面積百分比，據此分析選定元素在觀測區上的偏析程度，元素含 量的分布越集中，越接近平均值，則選定元素在觀測區內的偏析程度越低；
[0014] 按照步驟4)~步驟5)，對所有觀測樣及所有測試元素進行測定和處理。
[0015] 優選地，步驟1)中，彈簧鋼鑄還草樣的長度為50mm~80mm，取樣方式為火焰切割 或在線鋸切。
[0016] 優選地，步驟2)中，鋸切時采用流水冷卻，以避免加工時形成異常組織。
[0017] 優選地，步驟2)的A過程中，低倍樣的厚度至少為20mm.
[0018] 優選地，步驟2)的B過程中，觀測樣包含鑄坯橫截面從邊緣到中心的各個區域，且 最大幾何長度不超過120mm.
[0019] 優選地，步驟2)B中，鋸切得到觀測樣的過程為，首先垂直于低倍樣橫截面的一邊 將其鋸切成3:2的兩段，取較長的一段，再將該段垂直于長邊鋸切成3:4:3的三段，即得到 三份觀測樣。
[0020] 優選地，步驟3)中，觀測面的加工方式為銑、磨加工，加工后觀測面的表面粗糙度 不大于0? 8 y m.
[0021] 優選地，步驟4)中，通過金屬原位分析儀的"偏析分析"功能，獲得觀測面內選定 兀素的平均、最大及最小含量，以及平均、最大、最小偏析度。
[0022] 優選地，步驟5)中，將選定元素的不同含量及面積百分比列表并繪制成條形圖， 通過條形圖直觀地反應觀測區內選定元素的偏析程度。
[0023] 優選地，步驟5)中，計算選定元素在觀測區內的含量標準差〇，通過標準差〇表 征偏析程度，標準差〇的計算公式如下，
[0024]
[0025]A屮，n 73力Ml：上的剛K敁數，473弟l 色所代表的元素含量，Pi為該顏 色區域的面積占圖譜總面積的百分比（本發明中簡稱為面積百分比）。
[0026] 本發明的有益效果是：該方法通過圖像處理軟件，計算分布圖譜上不同顏色所占 的面積百分比，對元素不同含量在觀測區上的分布進行定量，能夠準確反映鑄坯化學成分 在二維面上的分布情況；分析結果更全面、更精確，并能詳盡地對彈簧鋼鑄坯偏析狀況進行 定量評價。
【附圖說明】
[0027] 圖1為低倍樣鋸切為觀測樣的示意圖。
[0028]圖2為1#鑄坯2#試樣元素C含量的分布圖譜，實際圖譜為彩色，按照專利申請的 要求修改為灰度圖片。
[0029]圖3為2#鑄坯2#試樣元素C含量的分布圖譜，實際圖譜為彩色，按照專利申請的 要求修改為灰度圖片。
[0030] 圖4為1#鑄坯2#試樣元素C含量的條形圖，橫坐標為每種顏色所對應的C含量， 縱坐標為該顏色的面積百分比。
[0031] 圖5為2#鑄坯2#試樣元素C含量的條形圖，橫坐標為每種顏色所對應的C含量， 縱坐標為該顏色的面積百分比。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0033] 以分析某爐彈簧鋼鑄坯55SiCr的碳（C)偏析為例，定量分析與評