一种帘线钢铸坯碳偏析的研究方法

1.本发明涉及铸坯测试分析技术领域，具体为一种帘线钢铸坯碳偏析的研究方法。


背景技术：

2.帘线钢可用来制造汽车的子午线轮胎，从而来提高轮胎的耐磨性和稳定性，降低生产成本的汽车耗油量，每年的产量可达上千万吨。目前汽车朝着轻量化的方向发展，也对帘线钢强度提出了更高的要求，因此帘线钢在不断增加内部碳元素含量，80级、86级帘线钢作为帘线钢的代表之一，被广泛生产。
3.由于元素在铸坯凝固过程中存在选分结晶现象，会导致铸坯元素偏析的产生，元素偏析会给最终产品性能带来较大危害，对于碳含量较高的帘线钢，偏析情况会更加严重。因此，在实际中，需要通过各种检测手段来评价铸坯元素偏析情况，如使用碳硫检测仪来检测铸坯碳硫含量、使用金属原位分析仪检测铸坯断面上元素分布情况、使用电子探针分析铸坯微观层级元素偏析情况，但这都需要对样品进行再切割，使用砂纸进行打磨以及抛光，步骤较多且还会破坏铸坯的完整性不利于后续试验的开展，处理过程中可能由于钻头油污、抛光液等残留在样品表面导致检测结果产生偏差，外界干扰因素较多并且这些检测设备比较昂贵，要求使用条件较高，导致仅在少数高校及科研机构配备。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种帘线钢铸坯碳偏析的研究方法。
5.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种帘线钢铸坯碳偏析的研究方法，包括如下步骤：s1.铸坯酸洗；s2.获取铸坯低倍组织图像；s3.对铸坯低倍组织图像进行处理得到铸坯的像素值矩阵，根据公式（1）计算得到铸坯的碳偏析指数矩阵，
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（1）式中，a是铸坯某位置的碳偏析指数；g是铸坯某位置的像素值；g
平均
是铸坯像素值的平均值。
6.作为本发明所述的一种帘线钢铸坯碳偏析的优选方案，其中：所述步骤s1之前还包括，s0.对铸坯表面进行打磨、抛光。
7.作为本发明所述的一种帘线钢铸坯碳偏析的优选方案，其中：所述步骤s1中，利用热酸对铸坯表面进行酸洗处理，热酸为容积比为1:1~1.2的盐酸水溶液。
8.作为本发明所述的一种帘线钢铸坯碳偏析的优选方案，其中：所述步骤s1中，将铸
坯表面完全浸没在盐酸水溶液中，酸洗温度为70~80℃，酸洗时间为20~30min。
9.作为本发明所述的一种帘线钢铸坯碳偏析的优选方案，其中：所述步骤s1中，热酸洗后的铸坯取出进行冲水，之后在铸坯表面喷洒酒精，用高压喷枪吹干。
10.作为本发明所述的一种帘线钢铸坯碳偏析的优选方案，其中：所述步骤s2中，利用数码相机获取铸坯低倍组织图像。
11.作为本发明所述的一种帘线钢铸坯碳偏析的优选方案，其中：所述步骤s2中，在相同的光源条件下，利用数码相机获取铸坯低倍组织图像。
12.作为本发明所述的一种帘线钢铸坯碳偏析的优选方案，其中：所述步骤s3中，利用matlab软件对铸坯低倍组织图像进行处理。
13.作为本发明所述的一种帘线钢铸坯碳偏析的优选方案，其中：所述步骤s3中，铸坯的碳偏析指数矩阵转换成二维图片导出。
14.作为本发明所述的一种帘线钢铸坯碳偏析的优选方案，其中：所述帘线钢包括80级帘线钢、86级帘线钢。
15.本发明的有益效果如下：本发明提出一种帘线钢铸坯碳偏析的研究方法，通过对铸坯酸洗后获取铸坯低倍组织图像；对铸坯低倍组织图像进行处理得到铸坯的像素值矩阵，根据铸坯的像素值矩阵，利用特定公式计算得到铸坯的碳偏析指数矩阵，转换成二维图片导出即可获得帘线钢铸坯碳偏析情况，可方便简单地评价铸坯碳偏析情况，避免了目前检测手段繁琐、环境污染、数据处理复杂等问题。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
17.图1为利用电子探针面扫描得到铸坯碳偏析指数图；图2为利用本发明方法得到的铸坯碳偏析指数图；图3为本发明实施例1的铸坯的低倍组织照片；图4为本发明实施例1得到的铸坯碳偏析指数图；图5为本发明实施例2的铸坯的低倍组织照片；图6为本发明实施例2得到的铸坯碳偏析指数图。
18.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
19.下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明提出一种帘线钢（例如80级帘线钢、86级帘线钢）铸坯碳偏析的研究方法，
可方便简单地评价铸坯碳偏析情况，避免了目前检测手段繁琐、环境污染、数据处理复杂等问题。
21.根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种帘线钢铸坯碳偏析的研究方法，包括如下步骤：s1.铸坯酸洗；s2.获取铸坯低倍组织图像；s3.对铸坯低倍组织图像进行处理得到铸坯的像素值矩阵，根据公式（1）计算得到铸坯的碳偏析指数矩阵，
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（1）式中，a是铸坯某位置的碳偏析指数；g是铸坯某位置的像素值；g
平均
是铸坯像素值的平均值。
22.通过对铸坯低倍的酸洗，可以直接看出铸坯表面的在凝固过程中产生的缺陷，往往缺陷存在的地方会产生碳元素的偏析，利用像素值与该位置处碳元素含量之间的关系，找到了适用于计算高碳帘线钢铸坯碳偏析指数的计算公式。
23.取铸坯平均碳含量在0.8wt%左右的缺陷处试样进行电子探针面扫描，发现该缺陷处碳元素含量值达1.6wt%，电子探针面扫描的铸坯的碳偏析指数按照公式（2）进行计算，
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（2）式中，a是铸坯某位置的碳偏析指数；c是铸坯某位置的碳元素含量；c
平均
是铸坯上碳元素平均值。
24.利用电子探针面扫描得到铸坯的碳偏析指数图如图1所示，采用本发明所述方法得到的铸坯碳偏析指数图如图2所示，通过对比图1和图2发现，两者结果误差较小。
25.作为本发明所述的一种帘线钢铸坯碳偏析的优选方案，其中：所述步骤s1之前还包括，s0.对铸坯表面进行打磨、抛光。
26.优选的，所述步骤s1中，利用热酸对铸坯表面进行酸洗处理，热酸为容积比为1:1~1.2的盐酸水溶液；将铸坯表面完全浸没在盐酸水溶液中，酸洗温度为70~80℃，酸洗时间为20~30min，酸洗时间根据钢种碳含量来确定，碳含量较低则采用较长的保温时间；热酸洗后的铸坯取出进行冲水使铸坯快速冷却以及去除铸坯表面残留酸液，之后在铸坯表面喷洒酒精，用高压喷枪吹干。具体的，酸洗温度可以为例如但不限于70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃中的任意一者或任意两者之间的范围；酸洗时间可以为例如但不限于20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min、30min中的任意一者或任意两者之间的范围；优选的，所述步骤s2中，利用数码相机获取铸坯低倍组织图像。进一步优选的，在相同的光源条件下利用数码相机获取铸坯低倍组织图像。
27.优选的，所述步骤s3中，利用matlab软件对铸坯低倍组织图像进行处理，铸坯的碳偏析指数矩阵转换成二维图片导出，在matlab软件当中，图像是以矩阵形式存放的，矩阵的
每一个元素就是像素值，对图像的运算就是对矩阵的运算。
28.以下结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明。
29.实施例1一种80级帘线钢铸坯碳偏析的研究方法，包括如下步骤：s0.对铸坯表面进行打磨、抛光；s1.铸坯酸洗；利用热酸对铸坯表面进行酸洗处理，热酸为容积比为1:1的盐酸水溶液，将铸坯表面完全浸没在盐酸水溶液中，酸洗温度为80℃，酸洗时间为30min；热酸洗后的铸坯取出进行冲水使铸坯快速冷却以及去除铸坯表面残留酸液，之后在铸坯表面喷洒酒精，用高压喷枪吹干；s2.获取铸坯低倍组织图像；在小型的摄影棚内，在相同的光源条件下利用数码相机获取铸坯低倍组织图像如图3所示；s3.利用matlab软件对铸坯低倍组织图像进行处理得到铸坯的像素值矩阵，根据公式（1）计算得到铸坯的碳偏析指数矩阵，铸坯的碳偏析指数矩阵转换成二维图片导出即得铸坯碳偏析指数图（如图4所示）。
30.实施例2一种86级帘线钢铸坯碳偏析的研究方法，包括如下步骤：s0.对铸坯表面进行打磨、抛光；s1.铸坯酸洗；利用热酸对铸坯表面进行酸洗处理，热酸为容积比为1:1的盐酸水溶液，将铸坯表面完全浸没在盐酸水溶液中，酸洗温度为70℃，酸洗时间为20min；热酸洗后的铸坯取出进行冲水使铸坯快速冷却以及去除铸坯表面残留酸液，之后在铸坯表面喷洒酒精，用高压喷枪吹干；s2.获取铸坯低倍组织图像；在小型的摄影棚内，在相同的光源条件下利用数码相机获取铸坯低倍组织图像如图5所示；s3. 利用matlab软件对铸坯低倍组织图像进行处理得到铸坯的像素值矩阵，根据公式（1）计算得到铸坯的碳偏析指数矩阵，铸坯的碳偏析指数矩阵转换成二维图片导出即得铸坯碳偏析指数图（如图6所示）。
31.本发明通过对铸坯酸洗后获取铸坯低倍组织图像；对铸坯低倍组织图像进行处理得到铸坯的像素值矩阵，根据铸坯的像素值矩阵，利用特定公式计算得到铸坯的碳偏析指数矩阵，转换成二维图片导出即可获得帘线钢铸坯碳偏析情况，与利用电子探针面扫描得到铸坯的碳偏析图相近，可方便简单地评价铸坯碳偏析情况，避免了目前检测手段繁琐、环境污染、数据处理复杂等问题。
32.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。