一种高碳钢线材珠光体、索氏体含量的定量测量方法与流程

1.本发明涉及钢铁材料技术领域，具体涉及一种高碳钢线材珠光体、索氏体含量的定量测量方法。


背景技术：

2.高碳钢线材是制造钢丝绳、桥梁钢丝、轮胎钢丝、弹簧钢丝、预应力钢丝等产品的主要原料，具有强度高、可拉拔性好等诸多优点，因此，拥有广阔的市场前景。
3.高碳钢线材主要化学成分范围为：w(c)＝0.70～1.2％，w(si) ＝0.10～0.40％，w(mn)＝0.3～0.9％，w(p)≤0.040％，w(s)≤ 0.040％，余量fe。
4.高碳钢线材的金相组织主要是片层结构的珠光体、索氏体组织，两者的主要区别是片层结构的平均厚度有所不同。珠光体的平均片层间距＞300nm，500倍光学显微镜下，可见清晰的片层结构；索氏体的平均片层间距在120～300nm之间，500倍光学显微镜下，难以分辨片层结构。两者的组织区别如图1所示，可见片层结构的为珠光体组织，不可见片层结构的为索氏体组织，两者的抗拉强度、塑性、可拉拔性能排序如表1所示：
5.表1珠光体、索氏体的性能特点
6.项目两种组织的排列顺序平均片层间距珠光体＞索氏体抗拉强度珠光体＜索氏体塑性珠光体＜索氏体可拉拔性珠光体＜索氏体
7.为了得到可拉拔性能优良的高碳钢线材，一般要求高碳钢线材中索氏体的含量越多越好，珠光体的含量越少越好。为了量化地测量出高碳钢线材中索氏体、珠光体的百分含量，为生产投料提供指导意见，不少冶金工作者做出了大量的尝试。但是，目前行业内尚没有能够快速、准确、定量地测量出高碳钢线材中珠光体、索氏体百分含量的有效方法。其主要难点在于：依靠人工，难以准确、快速地识别出各金相照片中珠光体、索氏体的轮廓、形貌。因此，根据轮廓、形貌快速、准确地计算珠光体、索氏体的面积百分比就变得异常艰难。
8.在现有技术中，陈斌等在《高碳钢盘条中索氏体含量的定量测定》中提出通过图像分析仪，按照事先编制的宏程序,进行组织中索氏体及先共析体含量的测定，文中还是未真正解决珠光体与索氏体的界限划分问题，在实际操作中定量测量难度较大。
9.袁危平等在《无扭控冷热轧高碳钢盘条索氏体含量金相检测方法的研究》中提出：严格按照gb/t 13298《钢的显微组织检验方法》中有关金相试样制备方法的规定制备高质量的金相试样，对准确检测索氏体含量至关重要，通过光学显微镜观察珠光体型组织的明暗程度、外观形貌完全可以区分珠光体、索氏体、屈氏体，在检测点位置上连续选取三个显微视场，以三个显微视场的索氏体含量值的平均值为这个检测点位置的索氏体含量值是比较准确的，但文中没有具体提及珠光体、索氏体的量化测定方法。
10.赵贤平等在《应用数字图像存贮技术测定高碳盘条索氏体含量的实践》中提出应
用数字图像存贮像素点rgb表示颜色的原理，进行定量金相人机交互操作方法测定高碳钢线材组织中索氏体含量及其应用情况。方法是：用photoshop图像处理软件把能分清片层间距的珠光体区域和铁素体标注成红色，然后利用图像数据存储格式的灰度定义rgb值来测定所涂成红色的面积百分数，用100减去所得到的数，即为索氏体的面积百分比。该方法利用数字图像的存贮原理，对定义的灰度区域进行涂色，测量涂色区域的面积百分比即为珠光体含量的面积百分比。该方法本质还是依靠人工对珠光体区域进行涂色，因此，还是难以准确、快速地识别出各金相照片中珠光体、索氏体的轮廓、形貌、含量等。
11.余承健等在《基于可变模板匹配的球化珠光体检测》中研究了如何利用数字图像处理技术检测金相图像中的球化珠光体，提出了用可变模板匹配的方法来检测球化珠光体，针对珠光体的形态的不同，设计了两种可变模板。然后，用人工神经网络的方法来认别出球化珠光体。该方法主要用于普通碳素钢球化珠光体的识别，难以用于高碳钢线材中珠光体、索氏体含量的定量测量。
12.王莉在《中高碳丝材金相检验方法优化研究》中指出不同规格不同化学成分的试样，腐蚀方法不同、腐蚀时间不同、成像程度不同，对金相组织观察会产生不同的影响，使索氏体化率定量评定产生误差。选用φ0.90～2.00mm的热处理磷化钢丝和φ6.50～14.00mm 的线材进行试验，采用表面浸入法对试样表面进行腐蚀。对热处理磷化钢丝不同直径和不同材质的金相组织进行观察，确定最佳腐蚀时间。针对金相组织观察时同一个场景中的不同目标有距离差，运用景深叠加技术使金相组织成像清晰，使评定结果更准确。但该文所述内容与本专利所涉及的高碳钢线材珠光体、索氏体含量的定量测量方法也明显不同。


技术实现要素：

13.本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种高碳钢线材珠光体、索氏体含量的定量测量方法，快速、定量地测量出高碳钢线材中珠光体、索氏体的面积百分含量。
14.为实现上述目的，本发明所设计的高碳钢线材珠光体、索氏体含量的定量测量方法，包括如下步骤：
15.a)随机选择高碳钢线材试样，试样经切割、镶嵌、磨光、抛光、侵蚀后制成合格的金相样品；
16.b)利用金相显微镜，随机拍摄金相组织照片，并保存照片为图片格式文件；
17.c)利用图像处理软件计算出各金相组织照片的色阶分布图；
18.d)设定金相组织照片的色阶阈值为110～170；
19.e)分别计算出色阶≥阈值的像素累计百分含量x
≥阈值
和色阶＜阈值的像素累计百分含量x
＜阈值
；
20.f)将像素累计百分含量x
≥阈值
和x
＜阈值
分别与珠光体、索氏体百分含量一一对应，即：珠光体百分含量x
珠光体
＝x
≥阈值
，索氏体百分含量x
索氏体
＝x
＜阈值
。
21.优选的，所述步骤b)中，随机均匀拍摄1～8张500倍金相组织照片。
22.优选的，所述步骤b)中，图片模式设为“灰度”模式。
23.本发明与现有技术相比，具有以下优点：能快速、定量地测量出高碳钢线材中珠光体、索氏体的面积百分含量，可为钢铁行业、金属制品行业高碳钢线材质量的评定提供参考，为高碳钢线材的生产投料提供指导意见。
附图说明
24.图1为高碳钢线材珠光体、索氏体含量的定量测量方法拍摄的金相组织照片；
25.图2为实施例一拍摄的金相组织照片；
26.图3为实施例二拍摄的第一张金相组织照片；
27.图4为实施例二拍摄的第二张金相组织照片；
28.图5为实施例二拍摄的第三张金相组织照片；
29.图6为实施例三拍摄的第一张金相组织照片；
30.图7为实施例三拍摄的第二张金相组织照片；
31.图8为实施例三拍摄的第三张金相组织照片；
32.图9为实施例三拍摄的第四张金相组织照片；
33.图10为实施例四拍摄的第一张金相组织照片；
34.图11为实施例四拍摄的第二张金相组织照片；
35.图12为实施例四拍摄的第三张金相组织照片；
36.图13为实施例四拍摄的第四张金相组织照片；
37.图14为实施例四拍摄的第五张金相组织照片；
38.图15为实施例五拍摄的第一张金相组织照片；
39.图16为实施例五拍摄的第二张金相组织照片；
40.图17为实施例五拍摄的第三张金相组织照片；
41.图18为实施例五拍摄的第四张金相组织照片；
42.图19为实施例五拍摄的第五张金相组织照片；
43.图20为实施例五拍摄的第六张金相组织照片；
44.图21为实施例五拍摄的第七张金相组织照片；
45.图22为实施例五拍摄的第八张金相组织照片。
具体实施方式
46.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
47.实施例一
48.a)切取高碳钢线材试样(试样化学成分为：w(c)＝0.76％， w(si)＝0.20％，w(mn)＝0.48％，w(p)＝0.015％，w(s)＝0.022％，余量fe)，试样经切割、镶嵌、磨光、抛光、侵蚀后制成合格的金相样品；
49.b)利用金相显微镜，随机均匀拍摄1张500倍金相组织照片，并保存照片为图片格式文件，图片模式设为“灰度”模式，如图2 所示；
50.c)利用图像处理软件计算出各金相组织照片的色阶分布图；
51.d)设定金相组织照片的色阶阈值为110；
52.e)分别计算出色阶≥110的像素累计百分含量x
≥110
和色阶＜110 的像素累计百分含量x
＜110
；
53.f)将像素累计百分含量x
≥110
和x
＜110
分别与珠光体、索氏体百分含量一一对应，即：珠光体百分含量x
珠光体
＝x
≥110
，索氏体百分含量x
索氏体
＝x
＜110
，记录数据，并制作检验结果统计表，如表2：
54.表2
55.金相组织图号x
珠光体
＝x
≥110
x
索氏体
＝x
＜110
合计图25.57％94.43％100％平均5.57％94.43％100％
56.实施例二
57.a)切取高碳钢线材试样(试样化学成分为：w(c)＝0.82％， w(si)＝0.22％，w(mn)＝0.50％，w(p)＝0.025％，w(s)＝0.025％，余量fe)，试样经切割、镶嵌、磨光、抛光、侵蚀后制成合格的金相样品；
58.b)利用金相显微镜，随机均匀拍摄3张500倍金相组织照片，并保存照片为图片格式文件，图片模式设为“灰度”模式；
59.c)利用图像处理软件计算出各金相组织照片的色阶分布图；
60.d)设定金相组织照片的色阶阈值为128；
61.e)分别计算出色阶≥128的像素累计百分含量x
≥128
和色阶＜ 128的像素累计百分含量x
＜128
；
62.f)将像素累计百分含量x
≥128
和x
＜128
分别与珠光体、索氏体百分含量一一对应，即：珠光体百分含量x
珠光体
＝x
≥128
，索氏体百分含量x
索氏体
＝x
＜128
，记录数据，并制作检验结果统计表，如表3：
63.表3
64.金相组织图号x
珠光体
＝x
≥128
x
索氏体
＝x
＜128
合计图32.02％97.98％100％图42.81％97.19％100％图53.71％96.29％100％平均2.85％97.15％100％
65.实施例三
66.a)切取高碳钢线材试样(试样化学成分为：w(c)＝0.70％， w(si)＝0.20％，w(mn)＝0.45％，w(p)＝0.020％，w(s)＝0.020％，余量fe)，试样经切割、镶嵌、磨光、抛光、侵蚀后制成合格的金相样品；
67.b)利用金相显微镜，随机均匀拍摄4张500倍金相组织照片，并保存照片为图片格式文件，图片模式设为“灰度”模式；
68.c)利用图像处理软件计算出各金相组织照片的色阶分布图；
69.d)设定金相组织照片的色阶阈值为110；
70.e)分别计算出色阶≥110的像素累计百分含量x
≥110
和色阶＜110 的像素累计百分含量x
＜110
；
71.f)将像素累计百分含量x
≥110
和x
＜110
分别与珠光体、索氏体百分含量一一对应，即：珠光体百分含量x
珠光体
＝x
≥110
，索氏体百分含量x
索氏体
＝x
＜110
，记录数据，并制作检验结果统计表，如表4：
72.表4
73.金相组织图号x
珠光体
＝x
≥110
x
索氏体
＝x
＜110
合计
图63.50％96.50％100％图77.17％92.83％100％图84.31％95.69％100％图94.16％95.84％100％平均4.79％95.22％100％
74.实施例四
75.a)切取高碳钢线材试样(试样化学成分为：w(c)＝0.92％， w(si)＝0.25％，w(mn)＝0.35％，w(p)＝0.015％，w(s)＝0.018％，余量fe)，试样经切割、镶嵌、磨光、抛光、侵蚀后制成合格的金相样品；
76.b)利用金相显微镜，随机均匀拍摄5张500倍金相组织照片，并保存照片为图片格式文件，图片模式设为“灰度”模式；
77.c)利用图像处理软件计算出各金相组织照片的色阶分布图；
78.d)设定金相组织照片的色阶阈值为140；
79.e)分别计算出色阶≥140的像素累计百分含量x
≥140
和色阶＜ 140的像素累计百分含量x
＜140
；
80.f)将像素累计百分含量x
≥140
和x
＜140
分别与珠光体、索氏体百分含量一一对应，即：珠光体百分含量x
珠光体
＝x
≥140
，索氏体百分含量x
索氏体
＝x
＜140
，记录数据，并制作检验结果统计表，如表5：
81.表5
82.金相组织图号x
珠光体
＝x
≥140
x
索氏体
＝x
＜140
合计图101.93％98.07％100％图111.36％98.64％100％图122.36％97.64％100％图131.57％98.43％100％图141.40％98.60％100％平均1.72％98.28％100％
83.实施例五
84.a)切取高碳钢线材试样(试样化学成分为：w(c)＝0.87％， w(si)＝0.19％，w(mn)＝0.52％，w(p)＝0.021％，w(s)＝0.018％，余量fe)，试样经切割、镶嵌、磨光、抛光、侵蚀后制成合格的金相样品；
85.b)利用金相显微镜，随机均匀拍摄8张500倍金相组织照片，并保存照片为图片格式文件，图片模式设为“灰度”模式；
86.c)利用图像处理软件计算出各金相组织照片的色阶分布图；
87.d)设定金相组织照片的色阶阈值为170；
88.e)分别计算出色阶≥170的像素累计百分含量x
≥170
和色阶＜ 170的像素累计百分含量x
＜170
；
89.f)将像素累计百分含量x
≥170
和x
＜170
分别与珠光体、索氏体百分含量一一对应，即：珠光体百分含量x
珠光体
＝x
≥170
，索氏体百分含量x
索氏体
＝x
＜170
，记录数据，并制作检验结果统计表，如表6：
90.表6
91.金相组织图号x
珠光体
＝x
≥170
x
索氏体
＝x
＜170
合计图150.17％99.83％100％图160.22％99.78％100％图172.56％97.44％100％图182.19％97.81％100％图191.17％98.83％100％图201.35％98.65％100％图210.58％99.42％100％图220.50％99.50％100％平均1.09％98.91％100％
92.本发明高碳钢线材珠光体、索氏体含量的定量测量方法，能快速、定量地测量出高碳钢线材中珠光体、索氏体的面积百分含量，可为钢铁行业、金属制品行业高碳钢线材质量的评定提供参考，为高碳钢线材的生产投料提供指导意见。