一种方坯中心宏观偏析的定量评价方法
【专利摘要】一种方坯中心宏观偏析的定量评价方法，属于冶金分析技术领域。包括通过热酸浸蚀方法找出铸坯的凝固物理中心；采用钻削取5个点的样，3～5g/每点，测量不同位置处溶质元素浓度，作为宏观偏析的评价依据；根据不同样品的偏析数据，采用数据分析手段评价中心偏析平均值以及标准差，反映铸坯内部质量控制水平以及控制稳定性。优点在于，能够准确找到铸坯实际凝固物理中心，避免因取样位置因素导致的铸坯中心偏析分析结果偏差，为质量监测或工艺的改进提供准确参考。
【专利说明】
一种方坯中心宏观偏析的定量评价方法
技术领域
[0001] 本发明属于冶金分析技术领域，特别涉及一种方坯中心宏观偏析的定量评价方 法。
【背景技术】
[0002] 由于钢水选分结晶和枝晶凝固特性，铸坯在最后凝固的中心线区域将因溶质积聚 和钢水流动补缩困难不可避免地产生中心偏析缺陷。
[0003] 评价铸还中心宏观偏析的控制水平的方法分为定性评价和定量评价，定性评价主 要通过低倍组织及缺陷检验，目前多采用热酸浸蚀法、冷酸腐蚀法或电解腐蚀法进行铸坯 低倍质量的定性评价。该定性评价方法受检测标准，检测人员主观判断因素的影响，其评价 结果较为粗略，仅可作为铸坯缺陷或者生产稳定性的监测手段，无法提供准确的中心宏观 偏析评价，不能为连铸工艺或乳材质量的提高提供准确参考。
[0004] 定量评价包括钻削化学分析、原位分析、电子探针等手段。其中，原位分析、电子探 针手段目前越来越多的应用到连铸坯偏析的评价中，然后受到检测成本，时效性以及检测 准确性的影响，进一步的推广应用受到一定限制。
[0005] 钻削化学分析的应用较为成熟，其优点在于检测准确性高、成本较低，然而也存在 一定的问题，比如取样位置较为随意，目前并未见统一的规定。其中，对于方坯来说，铸坯中 心的钻削位置对中心宏观偏析的评价结果尤为重要，目前多采用铸坯的几何中心作为钻削 取样点，并未考虑到实际凝固物理中心与几何中心不一致的情况。
[0006] 在理想的冷却工艺条件下，铸坯的几何中心应与实际凝固的物理中心应是一致 的。然后，实际生产过程中，受到喷嘴堵塞、喷淋架变形、冷却工艺设置不合理、冷却水质、铸 坯脱方等因素的影响，铸坯凝固的实际物理中心往往不可避免的与几何中心产生偏差。若 不考虑取样位置的影响，势必影响检验分析结果的可靠性。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种方坯中心宏观偏析的定量评价方法，解决了目前小方 坯中心碳偏析定量检测过程中取样位置与实际凝固物理中心可能存在偏差，钻削化学分析 结果可能不准的问题。方坯断面包括小方坯及大方坯。
[0008] -种方坯中心宏观偏析的定量评价方法，具体步骤及参数如下：
[0009] 1)通过热酸浸蚀方法找出铸坯的凝固物理中心，即横截面内最后凝固的具体位 置。首先将铸坯加工成10~20mm厚低倍试样，采用体积比1:1工业盐酸水溶液进行浸蚀试 验，盐酸水溶液温度需加热至60~80 °C，浸蚀时间15~30min，然后用水冲净吹干。即可得到 铸坯的低倍组织情况，找到铸坯横截面的凝固物理中心，即铸坯横截面上最后凝固位置。
[0010] 2)在铸坯横截面上进行钻削取样，3~5g/每点，共5个取样点，取样具体位置分别 为第1点在铸坯横截面其中一条对角线内弧侧1/4处、第2点在铸坯厚度方向对称线内弧侧 1/4处，第3点在铸坯凝固物理中心，第4点在铸坯厚度方向对称线内弧侧1/4处，第5点在与 第一点同一对角线外弧侧1/4处。采用红外碳硫分析仪测量不同位置处溶质元素浓度，每点 检测3次，取平均值，分别为. 观偏析的评价依据，其中i为钢中溶质元素，j为铸坯低倍试样块数。为保证分析准确性并减 小更换钻头次数，采用Φ 5mm钻头心进行钻削取样，取样过程中为避免表面氧化腐蚀层对分 析结果影响，先钻取铸坯表面氧化腐蚀层1~2mm去除，取样位置需出现基体金属色，并清理 干净后再进一步钻取分析样品。
[0011] 3)根据不同样品的偏析数据，采用数据分析手段评价中心偏析平均值以及标准 差，反映铸坯内部质量控制水平以及控制稳定性。低倍试样中心宏观偏析指数的计算具体 公式为：
[0013] 其中，.4 恍r 效e , C%?. 3 ? C彻拍 点i元素平均值。
[0014] 根据同一炉次或同一流次铸坯的不同低倍试样的中心偏析指数，采用数据统计分 析软件minitab. exe，得到其铸还中心宏观偏析指数平均值、标准差。
[0017] 其中，????·即为分析样品的中心偏析指数平均值，体现铸坯内部质量控制平均水 平;〇CSI为分析样品的中心偏析指数标准差，体现铸坯内部质量控制稳定性。
[0018] 得到上述中心偏析指数平均值及标准差后即可作为指标衡量不同工艺下铸坯内 部质量控制水平的高低。
[0019] 本发明的优点在于:综合利用铸坯低倍分析及钻削化学分析，能够准确找到铸坯 实际凝固物理中心，避免因取样位置因素导致的铸坯中心偏析分析结果偏差，为铸坯质量 的监测或工艺的改进提供准确的参考。
【附图说明】
[0020] 图1为方坯凝固物理中心与几何中心示意图。
[0021 ]图2为方坯钻削取样位置示意图。
[0022]图3为物理中心与几何中心检测碳含量对比图。
【具体实施方式】
[0023]利用本发明专利提供的方坯中心宏观偏析的定量评价方法，对断面尺寸为160mm X 160mm的小方还SWRH82B铸还内部质量进行了评价，并与几何中心检测结果进行了对比， 具体铸机主要基本参数及连铸工艺参数如表1所示：
[0024] 表1铸机基本工艺参数及连铸工艺
[0026]具体步骤及参数如下：
[0027] 1)通过热酸浸蚀方法找出铸坯的凝固物理中心，即横截面内最后凝固的具体位 置。首先将铸坯加工成15mm厚低倍试样，采用体积比1:1工业盐酸水溶液进行浸蚀试验，盐 酸水溶液温度需加热至70°C，浸蚀时间20min，然后用水冲净吹干。即可得到铸坯的低倍组 织情况，找到铸坯横截面的凝固物理中心，即铸坯横截面上最后凝固位置。
[0028] 2)在铸坯横截面上进行钻削取样，3.0g/每点，共5个取样点，取样具体位置分别为 第1点在铸坯横截面其中一条对角线内弧侧1/4处、第2点在铸坯厚度方向对称线内弧侧1/4 处，第3点在铸坯凝固物理中心，第4点在铸坯厚度方向对称线内弧侧1/4处，第5点在与第一 点同一对角线外弧侧1/4处。采用红外碳硫分析仪测量不同位置处溶质元素浓度，每点检测 3次，取平均值，分别为f: V'W <:·、>"丨...;，C 析的评价依据，其中i为钢中溶质元素，j为铸坯低倍试样块数编号，本次检验共计99个低倍 试样。为保证分析准确性并减小更换钻头次数，采用Φ 5mm钻头心进行钻削取样，取样过程 中为避免表面氧化腐蚀层对分析结果影响，先钻取铸坯表面氧化腐蚀层1. 〇mm去除，取样位 置需出现基体金属色，并清理干净后再进一步钻取分析样品。
[0029] 3)根据不同样品的偏析数据，采用数据分析手段评价中心偏析平均值以及标准 差，反映铸坯内部质量控制水平以及控制稳定性。低倍试样中心宏观偏析指数的计算具体 公式为：
[0031 ]其中，<4牌试仁 点i元素平均值。
[0032]根据同一炉次或同一流次铸坯的不同低倍试样的中心偏析指数，采用数据统计分 析软件minitab. exe，得到其铸还中心宏观偏析指数平均值、标准差。
[0035]其中，_即为分析样品的中心偏析指数平均值，体现铸坯内部质量控制平均水 平;〇CSI为分析样品的中心偏析指数标准差，体现铸坯内部质量控制稳定性。
[0036] 如图3所示，为几何中心与物理中心宏观偏析分析结果的对比图。可见，物理中心 处碳元素含量比几何中心处碳元素含量高约0.10%，这势必对铸坯中心宏观偏析的准确定 量分析带来一定的影响。因此，采用本专利涉及的方法能够很好的指导实际生产，对铸坯质 量的持续改善以及降低试验成本具有重要意义。
[0037]对获得的中心偏析指数，采用上述计算公式得到，在给定连铸工艺下SWRH82B铸坯 的中心偏析指数平均值为1.016，标准差为0.04612。
【主权项】
1. 一种方坯中心宏观偏析的定量评价方法，其特征在于，具体步骤及参数如下： 1) 通过热酸浸蚀方法找出铸坯的凝固物理中心，即横截面内最后凝固的具体位置;首 先将铸坯加工成10~20mm厚低倍试样，采用体积比1:1工业盐酸水溶液进行浸蚀试验，盐酸 水溶液温度需加热至60~80°C，浸蚀时间15~30min，然后用水冲净吹干；即可得到铸坯的 低倍组织情况，找到铸坯横截面的凝固物理中心，即铸坯横截面上最后凝固位置； 2) 在铸坯横截面上进行钻削取样，3~5g/每点，共5个取样点；采用红外碳硫分析仪测 量不同位置处溶质元素浓度，每点检测3次，取平均值，分别为Γ、_.?心C ^ , ^ Φ i ^#5 Φ 'M 质元素，j为铸坯低倍试样块数； 3) 根据不同样品的偏析数据，采用数据分析手段评价中心偏析平均值以及标准差，反 映铸坯内部质量控制水平以及控制稳定性;低倍试样中心宏观偏析指数的计算具体公式 为：其中，.4 深:??!辦(Chile?增 素平均值； 根据同一炉次或同一流次铸坯的不同低倍试样的中心偏析指数，采用数据统计分析软 件minitab. exe，得到其铸还中心宏观偏析指数平均值、标准差：其中，^即为分析样品的中心偏析指数平均值，体现铸坯内部质量控制平均水平； 〇CSI为分析样品的中心偏析指数标准差，体现铸坯内部质量控制稳定性;得到上述中心偏析 指数平均值及标准差后即可作为指标衡量不同工艺下铸坯内部质量控制水平的高低。2. 根据权利要求1所述的定量评价方法，其特征在于，步骤2)中所述的5个点具体位置 分别为第1点在铸坯横截面其中一条对角线内弧侧1/4处、第2点在铸坯厚度方向对称线内 弧侧1/4处，第3点在铸坯凝固物理中心，第4点在铸坯厚度方向对称线内弧侧1/4处，第5点 在与第一点同一对角线外弧侧1/4处。3. 根据权利要求1所述的定量评价方法，其特征在于，步骤2)中为保证分析准确性并减 小更换钻头次数，采用Φ 5mm钻头心进行钻削取样，取样过程中为避免表面氧化腐蚀层对分 析结果影响，先钻取铸坯表面氧化腐蚀层1~2mm去除，取样位置需出现基体金属色，并清理 干净后再进一步钻取分析样品。
【文档编号】G01N33/20GK106018728SQ201610340722
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】刘珂, 孙齐松, 丁宁, 周德, 孔祥涛, 王畅, 江金东, 李正松
【申请人】首钢总公司