专利名称：控制钢中魏氏组织的方法
技术领域：
本发明属于轧钢领域，具体地讲，涉及一种控制钢中魏氏组织的方法。
背景技术：
轧钢过程中形成的魏氏组织对钢材的力学性能有很大的影响。因此，在轧制过程中需要对魏氏组织进行控制。对于在轧钢过程中魏氏组织的形成原因，金属材料的热力学和动力学原理认为加热温度过高或冷却速率过快导致亚共析钢或过共析钢在冷却过程中，先共析的铁素体或渗碳体从奥氏体晶界上沿着奥氏体的一定晶面向晶体内生长而形成魏氏组织。
虽然现有的资料文献已给出了魏氏组织的形成温度范围，但是对于不同的钢种，很难在较宽的温度范围内确定魏氏组织形成的确切温度以及加热终温和/或冷却速率对魏氏组织形成的影响，导致轧钢过程中难以对于魏氏组织的形成进行控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供ー种能够针对不同的钢种来在轧钢过程中控制魏氏组织的方法。根据本发明的方面，控制钢中魏氏组织的方法包括在轧钢之前，用高温激光共聚焦显微镜扫描轧钢原料的试样在高温冷却过程中的金相组织图像，以确定魏氏组织的析出与加热终温的关系；根据魏氏组织的析出与加热终温的关系确定轧钢过程的终轧温度。根据本发明的实施例，当确定加热终温在第一温度以下不析出魏氏组织时，可以将轧钢过程中的终轧温度控制在第一温度以下。根据本发明的实施例，控制钢中魏氏组织的方法还可以包括在轧钢之前，用高温激光共聚焦显微镜扫描轧钢原料的试样在高温冷却过程中的金相组织图像，以确定魏氏组织的析出与冷却速率的关系；根据魏氏组织的析出与冷却速率的关系确定轧钢过程中终轧后的冷却速率。根据本发明的实施例，当确定冷却速率在第一冷却速率以下不析出魏氏组织时，可以将轧钢过程中终轧后的冷却速率控制在第一冷却速率以下。根据本发明的实施例，控制钢中魏氏组织的方法还可以包括在轧钢之前，用高温激光共聚焦显微镜扫描轧钢原料的试样在加热终温在第一温度以下时的高温冷却过程中的金相组织图像，以确定魏氏组织的析出与冷却速率的关系；根据魏氏组织的析出与冷却速率的关系确定轧钢过程中终轧后的冷却速率。根据本发明的实施例，可以通过观察轧钢原料的试样的金相组织图像中的魏氏组织形成时的表面浮凸来确定魏氏组织的析出。根据本发明的实施例，可以通过观察轧钢原料的试样的金相组织图像中的魏氏组织形成时的针状组织来确定魏氏组织的析出。根据本发明的实施例，可以用高温激光共聚焦显微镜扫描45号钢的轧钢原料的试样在高温冷却过程中的金相组织图像，以确定45号钢魏氏组织的析出与冷却速率和/或加热终温的关系。根据本发明的实施例，在45号钢的轧钢过程中，可以将终轧温度控制在860°C以下。根据本发明的控制钢中魏氏组织的方法，可以在轧钢之前通过用高温激光共聚焦显微镜对高温冷却过程中的轧钢原料进行金相组织的三维扫描成像，来确定魏氏组织的析出与加热终温和/或冷却速率的关系，从而可以针对不同钢种为轧钢过程中的魏氏组织的控制エ艺提供依据。
通过结合附图进行的示例性实施例的以下描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得清楚和更易于理解，其中 图IA至图IF是45号钢的轧钢原料试样在加热终温为1020°C的等温冷却过程中的高温激光共聚焦显微镜扫描图像；图2A至图2C是45号钢的轧钢原料试样在加热终温分别为1020°C、950°C和880°C的连续冷却过程中的魏氏组织析出的高温激光共聚焦显微镜扫描图像；图3A和图3B是示出45号钢的轧钢原料试样在加热终温分别为880°C (以缓慢冷却速率)和860°C (以较快冷却速率)时的等温冷却过程中的魏氏组织析出情况的高温激光共聚焦显微镜扫描图像。
具体实施例方式下面将參照附图和示例性实施例来详细地描述本发明。本发明的控制钢中魏氏组织的方法通过以下步骤来实现在轧钢之前，将轧钢原料制备成为适于高温激光共聚焦显微镜的试样，并用高温激光共聚焦显微镜扫描其在高温冷却过程中的金相组织图像，从而根据扫描的金相组织图像确定轧钢原料在高温冷却过程中魏氏组织的析出与加热终温的关系；然后，根据试样在高温冷却过程中的魏氏组织的析出与加热终温的关系确定轧钢エ艺。在轧钢过程中，终轧温度和冷却速率是影响魏氏组织形成的最主要的两个因素。通常，对不同的钢种来讲，在轧制过程终轧温度越高、冷却速率越快，魏氏组织越容易形成。然而，在轧钢过程中，通常对终轧后的钢材进行空冷，由于空冷速率很慢，所以在这种情况下冷却速率对魏氏组织的形成几乎不产生影响，因此，根据本发明的控制钢中魏氏组织的方法，侧重于控制终轧温度。由于在轧钢之前，通过高温激光共聚焦显微镜准确地确定轧钢原料在轧制过程中的魏氏组织的析出与加热终温的关系，所以可以根据魏氏组织的析出与加热终温的关系确定终轧エ艺。例如，根据本发明的示例性实施例，当确定加热终温在某一温度下不形成魏氏组织时，可以在轧制过程中将终轧温度设置在该温度以下。根据本发明的示例性实施例，如果在实际生产过程中在终轧后需要控制冷却速率，则可以在轧钢之前，用高温激光共聚焦显微镜扫描轧钢原料的试样在高温冷却过程中的金相组织图像来确定魏氏组织的析出与冷却速率和加热终温的关系，并根据如此确定的魏氏组织的析出与冷却速率和加热终温的关系确定轧钢エ艺。例如，根据本发明的示例性实施例，可以根据高温共聚焦显微镜的扫描图像确定不形成魏氏组织的加热终温和冷却速率，为了在轧制过程中使钢材不形成魏氏组织，可以将终轧温度设置在确定的不产生魏氏组织的加热终温之下并将冷却速率设置在确定的不产生魏氏组织的冷却速率之下。根据本发明的示例性实施例，可以用高温激光共聚焦显微镜扫描轧钢原料的试样在加热终温为不产生魏氏组织的温度时的高温冷却过程中的金相组织图像，以确定魏氏组织的析出与冷却速率的关系，并可以根据魏氏组织的析出与冷却速率的关系确定轧钢过程中终轧后的冷却速率。根据本发明的示例性实施例，在通过高温激光共聚焦显微镜的金相组织图像确定轧钢原料在高温冷却过程中魏氏组织的析出的过程中，可以通过魏氏组织形成时的表面浮凸来确定魏氏组织的析出，即，在金相组织图像中出现表面浮凸表示魏氏组织的出现。这里，表面浮凸呈针状。在下面的具体实施例中示例性地示出了 45号钢的魏氏组织的控制方法，然而，本发明不限于此，本发明可以应用于除45号钢之外的其他钢材的魏氏组织的控制。
表I中示出了 45号钢的主要组分和各组分的重量百分比。表I
组分I-CI-Si ΓΤ HsFe和不可避免的杂质
重量百分比 0.46 0.66 O. 30 0.011 0.003 余量首先，制备高温激光共聚焦显微镜用45号钢的轧钢原料的试样。用于观察高温金相组织的试样不通过化学或电解腐蚀处理，以能够在高温状态下真实地呈现试样的金相组织形貌。根据本发明的示例性实施例，试样的尺寸为Φ6Χ2. 6mm(即，直径为6mm、高为2. 6mm的圆柱状),并与常规金相试样的制备方法一样，将试样抛光以后，即可进行高温金相试验。将制备的试样放入高温激光共聚焦显微镜的加热炉中，设置包括升温速率、加热终温、终温保温时间、降温速率和/或降温后等温保温时间等エ艺參数。接下来，对加热炉抽真空，然后充入纯度为99. 99%的高纯氩气进行保护。通过高温激光共聚焦显微镜观察轧钢试样在高温冷却过程中的金相组织转变图像。下面将參照附图来详细地描述通过高温激光共聚焦显微镜的金相组织扫描图像确定魏氏组织的析出与加热终温和冷却速率的关系的过程。I.用高温激光共聚焦显微镜进行等温冷却エ艺试验在等温冷却过程中用高温激光共聚焦显微镜对通过上述方法制备的9个45号钢轧钢原料试样进行金相组织扫描。在该组试验中，9个试样的加热终温分别为1050°C、1020 °C > 1000 V、980で、950°C、900 V、880で、870 V和860で。升温过程采用从室温以3000C /分升至700°C，然后以100°C /分升温至各自的加热终温并保温30分钟。降温过程采用等温冷却エ艺，即，从各自的加热终温以120°C /分冷却至727°C并保温10分钟，然后以120°C /分冷却至680°C并保温10分钟，最后以180°C /分冷却至室温。由于试样在不同加热终温的等温冷却过程中的组织变化存在共性，所以仅选取试样在加热终温为1020°C的等温冷却过程中的组织变化进行说明。
图IA至图IF是45号钢的轧钢原料试样在加热终温为1020°C的等温冷却过程中的高温激光共聚焦显微镜扫描图像，其中，图IA至图IF分别示出了在温度为1020°C、727°C、680°C、511°C、48rC和129°C左右时的高温激光共聚焦显微镜扫描图像。通过图IA至图IF可以看出，当温度降至680°C后，开始析出针状组织(包括粗针和隐针，如图IC中箭头所指示的位置)，并且在温度继续降低吋，图IC中箭头所指示位置处的隐针状组织析出而形成细针状的魏氏组织，而继续冷却后，魏氏组织变化不大。通过对9个试样在等温冷却过程中的高温激光共聚焦显微镜图像的对比观察，可以得知加热终温对魏氏组织的影响。加热终温越高，形成的针状魏氏组织量越多，且所形成的针状组织越粗越长。当加热终温在1000°c以上保温冷却后，针状魏氏组织的析出分为两个阶段，具体地讲，在680°c保温，析出针状组织，一般析出在3s内结束，同时有隐形针状组织形成的趋势；随后连续冷却至511°C，隐形针状组织开始转变成为明显的针状组织。当加热终温在1000°C以下保温冷却后，只在680°C析出针状组织，而无隐形针状组织出现。等温冷却エ艺试验采用等温冷却エ艺，意在能够在等温过程中给以充分的时间，以便能够使更多的针状魏氏组织析出。此外，由于在实际生产过程中终轧后一般采用冷却 速度较慢的堆冷，所以等温冷却エ艺试验与实际生产过程接近。2.用高温激光共聚焦显微镜进行连续冷却エ艺试验为了了解连续冷却状态下魏氏组织的析出与加热终温以及其他因素的关系以对后续轧钢エ艺的确定提供依据，进行了连续冷却エ艺试验。在该连续冷却エ艺试验中，在连续冷却过程中用高温激光共聚焦显微镜对通过上述方法制备的3个45号钢轧钢原料试样进行金相组织图像扫描。根据等温冷却エ艺试验结果，在连续冷却エ艺试验中，3个试样的加热终温分别为1020°C、950°C和880°C，以60°C /分的冷却速率冷却至室温。图2A至图2C是45号钢的轧钢原料试样在加热终温分别为1020°C、950°C和880°C的连续冷却过程中的魏氏组织析出的高温激光共聚焦显微镜扫描图像，具体地讲，图2A示出了加热终温为1020°C的情況，图2B示出了加热终温为950°C的情況，图2C示出了加热终温为880°C的情況。从图2A至图2C中示出的高温激光共聚焦显微镜扫描图像可以看出，当加热终温为880°C时，在649°C开始析出针状组织(如图2C中箭头所指位置)，在642 °C析出完成；当加热终温为950°C时，在675°C开始析出针状组织(如图2B中箭头所指位置)，在667°C左右析出完成；当加热终温为1020°C时，在680°C开始析出针状组织(如图2A中箭头所指位置)，在658°C左右析出完成。3.用高温激光共聚焦显微镜进行冷却速率エ艺试验根据等温冷却エ艺试验结果和连续冷却エ艺试验结果，选取加热终温为880°C和860°C来测试冷却速率对试样的在高温冷却过程中的魏氏组织形成的影响。在该组试验中，对于加热终温为880°C的45号钢轧制原料试样，首先以30°C /分的冷却速率冷却至680°C保温10分钟，然后以180°C /分冷却至室温。对于加热终温为860°C的45号钢轧制原料试样，首先以200°C /分的冷却速率冷却至680°C保温10分钟，然后以180°C /分冷却至室温。图3A和图3B是示出了该组试验的魏氏组织析出情况的高温激光共聚焦显微镜扫描图像，具体地讲，图3A示出了加热终温为880°C的情況，图3B示出了加热终温为860°C的情況。从图3A和图3B可以看出，当加热终温为880°C时，即使冷却速率降到很低，也有针状魏氏组织形成；当加热终温为860°C时，即使冷却速率很高，也没有针状魏氏组织出现。根据以上三组试验可以确定，在45号钢的轧制过程中，将终轧温度控制在860°C以下可以在终轧后冷却过程中抑制魏氏组织的析出，而不受冷却速率的影响。因此，基于此，在轧制45号钢的エ艺中将终轧温度设置在860°C以下，得到了魏氏组织被有效地抑制且具有优异的力学性能的45号钢。 根据本发明的以上实施例的描述可以看出，根据本发明实施例的控制钢中魏氏组织的方法可以在轧钢之前容易且准确地确定魏氏组织的析出温度、析出时间以及析出温度和析出时间与加热温度的关系，从而容易地确定轧钢エ艺。
权利要求
1.一种控制钢中魏氏组织的方法，其特征在于，所述方法包括 在轧钢之前，用高温激光共聚焦显微镜扫描轧钢原料的试样在高温冷却过程中的金相组织图像，以确定魏氏组织的析出与加热终温的关系； 根据魏氏组织的析出与加热终温的关系确定轧钢过程的终轧温度。
2.根据权利要求I所述的控制钢中魏氏组织的方法，其特征在于，当确定加热终温在第一温度以下不析出魏氏组织时，将轧钢过程中的终轧温度控制在第一温度以下。
3.根据权利要求I所述的控制钢中魏氏组织的方法，其特征在于，所述方法还包括 在轧钢之前，用高温激光共聚焦显微镜扫描轧钢原料的试样在高温冷却过程中的金相组织图像，以确定魏氏组织的析出与冷却速率的关系； 根据魏氏组织的析出与冷却速率的关系确定轧钢过程中终轧后的冷却速率。
4.根据权利要求3所述的控制钢中魏氏组织的方法，其特征在于，当确定冷却速率在第一冷却速率以下不析出魏氏组织时，将轧钢过程中终轧后的冷却速率控制在第一冷却速率以下。
5.根据权利要求2所述的控制钢中魏氏组织的方法，其特征在于，所述方法还包括 在轧钢之前，用高温激光共聚焦显微镜扫描轧钢原料的试样在加热终温在第一温度以下时的高温冷却过程中的金相组织图像，以确定魏氏组织的析出与冷却速率的关系；根据魏氏组织的析出与冷却速率的关系确定轧钢过程中终轧后的冷却速率。
6.根据权利要求I所述的控制钢中魏氏组织的方法，其特征在于，通过观察轧钢原料的试样的金相组织图像中的魏氏组织形成时的表面浮凸来确定魏氏组织的析出。
7.根据权利要求I所述的控制钢中魏氏组织的方法，其特征在于，通过观察轧钢原料的试样的金相组织图像中的魏氏组织形成时的针状组织来确定魏氏组织的析出。
8.根据权利要求I所述的控制钢中魏氏组织的方法，其特征在于，用高温激光共聚焦显微镜扫描45号钢的轧钢原料的试样在高温冷却过程中的金相组织图像，以确定45号钢魏氏组织的析出与加热终温和/或冷却速率的关系。
9.根据权利要求8所述的控制钢中魏氏组织的方法，其特征在于，在45号钢的轧钢过程中，将终轧温度控制在860°C以下。
全文摘要
本发明提供了一种控制钢中魏氏组织的方法。该方法包括在轧钢之前，用高温激光共聚焦显微镜扫描轧钢原料的试样在高温冷却过程中的金相组织图像，以确定魏氏组织的析出与加热终温的关系；根据魏氏组织的析出与加热终温的关系确定轧钢过程中的终轧温度。本发明的控制钢中魏氏组织的方法，可以简捷地确定轧钢过程中魏氏组织的析出与加热终温和/或冷却速率的关系，从而为确定不同钢种的轧钢工艺提供依据。
文档编号C22C38/04GK102864291SQ201210359489
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者胡进 申请人:攀钢集团江油长城特殊钢有限公司