CN105403480B - 一种连铸坯中心致密度的测定方法 - Google Patents

一种连铸坯中心致密度的测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属材料性能检测领域，具体涉及一种连铸坯中心致密度的测定方法。本发明连铸坯中心致密度的测定方法，包括以下步骤：a、分别在连铸坯横向截面角部距两边皮下9～11mm处和横向截面正中心处取同样大小的试样A和B；b、对试样A和B表面进行加工，清洗，测试试样A的密度ρ0和试样B的质量mB；c、对试样B进行蜡封，测试蜡封后的试样B的体积V；d、把测出的ρ0、mB和V代入公式(Ⅰ)中测出连铸坯中心孔隙率

Description

一种连铸坯中心致密度的测定方法
技术领域
本发明属于金属材料性能检测领域，具体涉及一种连铸坯中心致密度的测定方法。
背景技术
近20年来，我国连铸生产和连铸技术的进步，推动了整个钢铁行业的发展。连铸技术作为钢铁工业水平的标志之一，已经成为钢铁生产发展的主要技术动力。随着生产能力的提高和市场需求的丰富多彩，铸坯质量保证越发显其重要性。连铸坯质量检验是连铸生产质量保证的关键手段之一。
连铸坯的中心致密度(包括中心疏松和中心缩孔等)是影响铸坯质量的重要缺陷，准确描述铸坯的中心疏松和中心缩孔缺陷，对连铸工艺的改进具有重要意义。在连铸生产中经常采用硫印法、热酸洗法和冷酸洗法三种低倍检测方法检测铸坯质量。而热酸洗法和冷酸洗法可以检测连铸坯中心疏松和中心缩孔程度。
热酸洗法是把加工好的试样放在稀盐酸中加热一段时间，由于稀盐酸对钢的裂纹周围的偏析物、夹杂、晶界和基体都有不同程度的腐蚀，因此，经热酸洗的表面显现出裂纹、偏析聚集区、夹杂及晶界等。冷酸洗法和热酸洗法效果基本相同，且不需要酸洗槽和加热装置。这两种方法酸洗程度不易控制，易出现腐蚀不足或过度腐蚀，且采用人工观察和判断易受外界因素干扰，评定结果不准确。
申请号为“201310226194.2”，发明名称为“一种连铸坯中心疏松或中心缩孔定量评定方法”，公开了一种连铸坯中心疏松或中心缩孔定量评定方法,该方法在连铸坯厚度四分之一和铸坯中心分别切取大小相同的试样，经过加工使试样表面达到一定的光洁度，使用无水乙醇对试样表面进行清洗。根据QB/T2855-2007标准的测量方法，分别测量铸坯不同位置的两个试样的密度。连铸坯厚度四分之一处试样密度为ρ0，连铸坯中心试样密度为ρ，以的值表征中心疏松或中心缩孔的程度。此专利采用排水法测量密度，方法粗糙，操作比较繁琐，一方面认为操作因素影响较大，另一方面样品表面没有采取密封测量结果误差较大；此外该专利假定连铸坯厚度四分之一处选择样品致密度最大且和中心疏松区样品做比较，而实际中连铸坯厚度四分之一多为柱状晶且易出现裂纹和偏析，致密度多数情况下不应为最大位置，中心疏松区一般为等轴晶区和铸坯厚度四分之一柱状晶区比较不是为最理想方法。
申请号为“201410792132.2”，发明名称为“一种铸坯皮下质量的检测方法”，公开了一种铸坯皮下质量的检测方法，该种铸坯皮下质量的检测方法，包括以下步骤：(1)冷却：对铸坯进行水冷或缓冷；(2)烧除：待铸坯冷却后，对铸坯的表面进行烧除，烧除铸坯表面的氧化铁皮及部分表面；其中烧除的深度为1～3mm；(3)清理：用水冲洗铸坯的烧除部位，并用氧气进行吹扫；(4)观察：通过铸坯的烧除部位观察铸坯皮下质量缺陷。该检测方法适用于在线或离线快速检查铸坯皮下质量。该发明侧重铸坯皮下质量检测，未涉及铸坯内部致密度的检测。
申请号为“201110004123.9”，发明名称为“连铸坯凝固组织和缺陷枝晶腐蚀低倍检验试剂及制备方法”，公开了一种连铸坯凝固组织和缺陷枝晶腐蚀低倍检验试剂及制备方法，试剂组成成分按质量百分比为：氯化铜0.28～1.09％，氯化镁0.17～0.27％，氯化铁0.56～1.60％,质量浓度为36～38％的盐酸1.28～1.30％，无水乙醇54.70～55.80％，余量为水。制备方法为：在容器中加入水，再加入氯化铜、氯化镁、氯化铁和盐酸；待所加入的原料完全溶解后,再加入无水乙醇，搅拌均匀。该专利解决了其他腐蚀试剂无法清晰地显示连铸坯树枝晶凝固组织的问题，采用该专利的试剂进行连铸坯凝固组织和缺陷枝晶腐蚀低倍检验，显示的连铸钢坯内部缺陷具有不扩大、不缩小原样显示的特点。该发明属于传统的低倍检验在铸坯质量检测上的应用，检验周期比较长，人为因素影响比较大，对铸坯内部致密度没有严格的定量标准。
综上可知，目前对于连铸坯中心致密度或者空隙率的检测还没有一个标准的定量分析方法，大多数情况都是靠人为定性分析得到，存在严重误差，所以，在现有技术基础上制定一个标准定量分析方法，能快速准确的反映铸坯中心致密度的情况，为连铸工艺提供了准确、有效的理论依据是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不受人为因素干扰，能快速准确的反映铸坯中心致密度的情况，为连铸工艺提供了准确、有效的理论依据的连铸坯中心致密度的测定方法。
本发明一种连铸坯中心致密度的测定方法，包括以下步骤：
a、取连铸坯横向截面角部距两边皮下9～11mm处取立方体试样，记作A；在连铸坯横向截面正中心取与A同样大小的立方体试样，记作B；
b、对试样A和B表面进行加工，清洗，测试试样A的密度ρ0和试样B的质量mB；
c、对试样B进行蜡封，测试蜡封后的试样B的体积V；
d、把b、c步骤中测出的ρ0、mB和V代入公式(Ⅰ)中测出连铸坯中心孔隙率θ：
e、把d步骤测出的θ代入公式(Ⅱ)中求出连铸坯的中心致密度D：
(Ⅱ) D＝1-θ。
上述所述一种连铸坯中心致密度的测定方法，其中试样A和试样B的大小为45～55mm×45～55mm×45～55mm。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种连铸坯中心致密度的测定方法，试样A和试样B的大小优选为50mm×50mm×50mm。
上述所述一种连铸坯中心致密度的测定方法，其中试样A和试样B表面采用酒精进行清洗。
上述所述一种连铸坯中心致密度的测定方法，其中对试样B进行蜡封，是为了最大程度减少试样表面空洞造成的误差，试样B蜡封层的厚度≤0.1mm。
本发明一种连铸坯中心致密度的测定方法，在连铸坯皮下10mm处所取样品处于细晶区(等轴晶)一方面致密度比较高，另一方面和同位等轴晶的中心疏松区晶型相同，可比性更强；对中心疏松区试样进行蜡封可最大程度减少试样表面空洞造成的误差。本发明取样能快速准确的反映铸坯中心致密度的情况，不受人为因素影响，为连铸工艺提供了准确、有效的理论依据。
具体实施方式
本发明一种连铸坯中心致密度的测定方法，包括以下步骤：
a、取连铸坯横向截面角部距两边皮下9～11mm处取立方体试样，记作A；在连铸坯横向截面正中心取与A同样大小的立方体试样，记作B；
b、对试样A和B表面进行加工，用酒精清洗，用真密度分析仪测试试样A的密度ρ0，用精密天平测试试样B的质量mB；
c、对试样B进行蜡封，用真密度分析仪测试蜡封后的试样B的体积V；
d、把b、c步骤中测出的ρ0、mB和V代入公式(Ⅰ)中测出连铸坯中心孔隙率θ：
e、把d步骤测出的θ代入公式(Ⅱ)中求出连铸坯的中心致密度D：
(Ⅱ) D＝1-θ。
上述所述一种连铸坯中心致密度的测定方法，其中试样A和试样B的大小为45～55mm×45～55mm×45～55mm。
本发明试样A是取自连铸坯表皮下约10mm处的立方体块，是因为此处的铸坯几乎不存在中心疏松和中心缩孔且为等轴晶，致密度比较高；而试样B取自连铸坯横向截面正中心，是因为此处的连铸坯的中心疏松和中心缩孔是最大的，这样可以使中心疏松区与同为等轴晶的晶型相同，可比性高。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种连铸坯中心致密度的测定方法，试样A和试样B的大小优选为50mm×50mm×50mm。
本发明测试前需要对试样表面进行加工、打磨、清洗，是为了去除检测试样表面的污物，同时使试样表面有一定光洁度，减少杂质对实验测试的影响。
对试样A和B表面进行加工，用酒精清洗后，用3H-2000TD1型真密度分析仪测试试样A的密度ρ0，因为3H-2000TD1型真密度分析仪可直接准确测试试样的密度和体积，然后用高精密度天平测试试样B的质量mB。
上述所述一种连铸坯中心致密度的测定方法，其中对试样B进行蜡封，是为了最大程度减少试样表面空洞造成的误差，具体为将颗粒状的精密石蜡放入温控的蜡炉中，设置温度在100℃加热，由于液态石蜡在100℃时，遇上常温物体将达到速浸速干的效果，拿夹子将试样B浸入速拿起，试样B表面覆盖层要如糖衣一样薄薄的一层，为了封住试样表面的孔隙，同时减少蜡层对试样B体积的影响，试样B蜡封层的厚度应该≤0.1mm，然后用3H-2000TD1型真密度分析仪测试试样B的体积，因为蜡封层很薄，几乎对试样B的体积不会产生影响，可以忽略不计。
在连铸坯皮下约10mm处和铸坯中心分别取大小相同的立方体试样，经过加工、清洗和蜡封使试样表面达到一定的光洁度，采用3H-2000TD1型真密度分析仪对两个试样进行密度测定，连铸坯皮下10mm处试样密度为ρ0，连铸坯中心试样密度为ρ，以的值表征铸坯中心致密度。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1 U78CrV重轨钢铸坯中心致密度测定。
连铸生产横断面尺寸为320mm×410mm的U78CrV钢大方坯，采用了凝固末端大压下控制；在连铸坯横向截面角部距两边皮下10mm处取立方体试样，记作A；在连铸坯横向截面正中心取与A同样大小的立方体试样，记作B；A和B试样大小约为50mm×50mm×50mm。将试样A和B表面进行加工，用酒精进行清洗；用3H-2000TD1型真密度分析仪测试试样A的密度ρ0为7.9487g/cm3，用高精度天平测试试样B的质量为mB为491.79g，对试样B进行蜡封，用3H-2000TD1型真密度分析仪测试蜡封后试样B的体积V为62.3546cm3。
通过公式计算得到孔隙率约为0.70％，铸坯中心致密度用孔隙率θ的值表征。
那么连铸坯的中心致密度D＝1-θ＝99.30％。
实施例2 U78CrV钢铸坯中心致密度测定。
连铸生产横断面尺寸为320mm×410mm的U78CrV钢大方坯，采用了动态轻压下控制；在连铸坯横向截面角部距两边皮下10mm处取立方体试样，记作A；在连铸坯横向截面正中心取与A同样大小的立方体试样，记作B；A和B试样大小约为50mm×50mm×50mm。将试样A和B表面进行加工，用酒精进行清洗；用3H-2000TD1型真密度分析仪测试试样A的密度ρ0为7.9360g/cm3，用高精度天平测试试样B的质量为mB为486.83g，对试样B进行蜡封，用3H-2000TD1型真密度分析仪测试蜡封后试样B的体积V为61.9016cm3。
铸坯中心致密度用孔隙率θ的值表征。通过计算得到孔隙率约为0.90％。
那么连铸坯的中心致密度D＝1-θ＝99.10％。
实施例3 45#钢铸坯中心致密度测定。
连铸生产横断面尺寸为360mm×450mm的45#钢大方坯，采用了凝固末端大压下控制；在连铸坯横向截面角部距两边皮下10mm处取立方体试样，记作A；在连铸坯横向截面正中心取与A同样大小的立方体试样，记作B；A和B试样大小约为50mm×50mm×50mm。将试样A和B表面进行加工，用酒精进行清洗；用3H-2000TD1型真密度分析仪测试试样A的密度ρ0为7.9453g/cm3，用高精度天平测试试样B的质量为mB为496.77g，对试样B进行蜡封，用3H-2000TD1型真密度分析仪测试蜡封后试样B的体积V为62.9138cm3。
铸坯中心致密度用孔隙率θ的值表征。通过计算得到孔隙率约为0.62％。
那么连铸坯的中心致密度D＝1-θ＝99.38％。

Claims (4)

1.一种连铸坯中心致密度的测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、取连铸坯横向截面角部距两边皮下9～11mm处取立方体试样，记作A；在连铸坯横向截面正中心取与A同样大小的立方体试样，记作B；
b、对试样A和B表面进行加工，清洗，测试试样A的密度ρ0和试样B的质量mB；
c、对试样B进行蜡封，采用真空密度仪测试蜡封后的试样B的体积V；其中，蜡封的方法为：试样B浸入液态石蜡后速拿起，液态石蜡的温度为100℃；试样B蜡封层的厚度≤0.1mm；
d、把b、c步骤中测出的ρ0、mB和V代入公式(I)中测出连铸坯中心孔隙率θ：
<mrow> <mo>(</mo> <mi>I</mi> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>=</mo> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>m</mi> <mi>B</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>V</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>;</mo> </mrow>
e、把d步骤测出的θ代入公式(Ⅱ)中求出连铸坯的中心致密度D：
(Ⅱ) D＝1-θ。
2.根据权利要求1所述一种连铸坯中心致密度的测定方法，其特征在于：试样A和试样B的大小为45～55mm×45～55mm×45～55mm。
3.根据权利要求2所述一种连铸坯中心致密度的测定方法，其特征在于：试样A和试样B的大小为50mm×50mm×50mm。
4.根据权利要求1所述一种连铸坯中心致密度的测定方法，其特征在于：试样A和试样B表面采用酒精进行清洗。
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