CN111474025A

CN111474025A - 一种车轮钢光谱分析标准样品的制备方法

Info

Publication number: CN111474025A
Application number: CN202010344435.3A
Authority: CN
Inventors: 程坚平; 方政; 宋祖峰; 陆军
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2020-07-31

Abstract

本发明公开了一种车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其具体工艺为对车轮钢生产时的连铸坯进行取样→墩粗、冲孔→轧制→锻造成圆棒→热处理→样品加工→均匀性检验→定值分析；采用与车轮钢生产中一致的炼钢、连铸、轧制工艺、热处理工艺进行标准样品的制备，使标准样品与车轮产品化学成分基本一致，金相组织相近，在进行火花激发原子发射光谱分析法分析车轮钢的成分时，这样的准样样品作为对应车轮钢产品的标准品，可提高原子发射光谱分析法分析的准确度。

Description

一种车轮钢光谱分析标准样品的制备方法

技术领域

本发明属于冶金分析测试领域，具体涉及一种车轮钢光谱分析标准样品的制备方法。

背景技术

车轮作为一种高科技、高风险、高附加值产品，是轨道交通中不可或缺的关键部件，在国民经济各领域发挥着重要作用。

对车轮的化学成分控制是保证车轮质量的关键因素之一，成品车轮出厂前均需要进行化学成分分析，通常采用火花激发原子发射光谱分析法。由于光谱分析是一种相对分析方法，其准确度主要依赖于控制标样定值准确度及组织的相似度。

目前市场上没有对应牌号的车轮标准样品，通常只能选用一些按通用产品标准研制的碳素钢或低合金钢光谱标样。由于这类通用标样化学成份范围较宽，化学成分与车轮产品有较大偏差，对一种牌号的车轮产品常常需要多个标准样品作为控样，检测效率较低；锻打加工时的热处理工艺与车轮生产工艺差异大，金相组织状态与产品样品偏差大，容易导致分析结果存在较大偏差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其具体工艺为对车轮钢生产时的连铸坯进行取样→墩粗、冲孔→轧制→锻造成圆棒→热处理→样品加工→均匀性检验→定值分析；采用与车轮钢生产中基本一致的炼钢、连铸、轧制工艺、热处理工艺进行标准样品的制备，使标准样品与车轮产品化学成分基本一致，金相组织相近。在进行原子发射光谱分析法分析车轮钢的成分时，这样的标准样品作为对应车轮钢产品的标准品，可提高原子发射光谱分析法分析的准确度。

本发明采取的技术方案为：

一种车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)在所述车轮钢生产时，连铸坯锯切成定尺；

(2)对锯切好的连铸坯加热后进行墩粗、冲孔，得到环件，去除铸坯径向中部疏松部分，保证标准样品化学成分的均匀性；

(3)对环件按照所述车轮钢生产时的轧制制度进行轧制，使标准样品金相组织与商品车轮基本一致，减少光谱分析时的类型偏差；

(4)将轧制后的环件切割，然后进行锻造得到圆棒；

(5)将圆棒按照所述车轮钢生产时的热处理方法进行热处理，使标准样品金相组织与商品车轮基本一致，减少光谱分析时的类型偏差；

(6)将热处理之后的圆棒进行车削、切割，即可得到所述车轮钢光谱分析标准样块。

所述步骤(6)之后还包括，对车轮钢光谱分析标准样品进行光谱均匀性检验，均匀性检验正常后，按GB/T 20066《钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法》制取屑样，混匀后分成小样瓶装密封，并对C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo、V、Ti、Al、Nb、P、S等元素进行定值分析。

进一步地，步骤(1)中，锯切后的连铸坯长度为620～680mm。

步骤(2)中，所述加热的温度为1250～1300℃；墩粗后的连铸坯长度为原来长度的25～35％；冲孔去除占铸坯直径25～35％的芯部。

步骤(3)中，将环件轧制至外径为原有环件外径的1.6～2.2倍。

步骤(4)中，将轧制后的环件切割成3段；所述锻造的始锻温度为1150～1250℃、终锻温度为800～900℃；所述圆棒的直径为Φ50mm。

所述步骤(4)之后还包括对环件进行超声波探伤、化学分析和金相、低倍检验，确认轧件无异常。

步骤(6)中，所述标准样品的尺寸为Φ40mm×40mm。

进一步地，本发明提供的所述的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将经电炉冶炼→LF炉精炼→RH真空脱气→圆坯连铸得到的Φ380mm连铸坯，并切割成650mm长；

(2)对锯切得到的连铸坯加热后进行墩粗至长度为200mm、冲孔去除Φ150mm芯部，得到外径为Φ500mm化学成分均匀、内外部质量优良的环件；

(3)对环件按照所述车轮钢生产时的轧制制度进行轧制成外径Φ950mm、壁厚为110mm、高为120mm的环件，便于圆棒锻造并提高成材率；

(4)将轧制后的环件切割成3段，然后进行锻造得到圆棒；

(5)将圆棒按照所述车轮钢生产时的热处理方法进行热处理；

(6)将热处理之后的圆棒进行车削成Φ40mm圆棒，再切割成Φ40mm×40mm的车轮钢光谱分析标准样块，便于使用；

所述连铸坯的化学成分及质量百分比为：C：0.35％-0.80％、Si：0.10％-1.50％、Mn：0.50％-1.50％、Cr：0.01％-1.00％、Ni：0.01％-0.10％、Cu：0.01％-0.10％、Mo：0.01％-0.10％、V：0.005％-0.10％、Ti：0.005％-0.10％、Alt：0.001％-0.050％、Nb：0.001％-0.050％、P、S≤0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

步骤(5)中，所述热处理方法为820～900℃正火处理0.5～2h。

对于上述成分或者任何其他成分的车轮钢，只要保证标准样品制备时的轧制工艺及热处理工艺与相同成分的车轮钢产品生产时的轧制、热处理工艺基本一致，并按照本发明的步骤进行制备就可以得到与车轮钢产品成分及金相组织相同的标准样品，且其均匀性良好。这样的标准样品在用作与其采用同样的轧制和热处理工艺得到的车轮钢产品的标准样品时，在火花激发原子发射光谱分析法分析成分时，可保证车轮钢产品成分分析的准确性。

与现有技术相比，本发明提供的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，适合于常见车轮钢标准样品的制备，该方法可实现化学成份和金相组织与大生产试样接近，均匀性好，成本较低的目的，也可以供其它碳素钢标样的生产制备参考。所发明的标样综合性价比好，具有一定的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为实施例1中的车轮钢产品的金相组织图；

图2为实施例1中的车轮钢产品的光谱分析标准样品的金相组织图；

图3为实施例2中的车轮钢产品的金相组织图；

图4为实施例2中的车轮钢产品的光谱分析标准样品的金相组织图。

具体实施方式

下面结合实施例及说明书附图对本发明进行详细说明。

实施例1

采用下述工艺进行表1中实施例1所示的化学成分及质量百分比的车轮钢产品的生产，具体步骤为：电炉冶炼钢水，然后经LF炉精炼和RH真空脱气处理，连铸成Φ380mm圆坯，再经切锭热轧工序、热处理工序、加工、成品检测工序而得到，其中切锭热轧工序、热处理工序的参数控制与下述步骤中的(1)、(2)、(4)相同。

采用下述工艺进行适用于此种车轮钢产品的光谱分析标准样品的制备，具体步骤为：

(1)将上述的Φ380mm连铸圆坯切成650mm长，将切断的连铸圆坯送入加热炉加热，加热工艺：1250℃×5h，出炉之后墩粗至200mm高、冲孔去除Φ150mm芯部，得到外径Φ500mm环件；

(2)将上述Φ500mm环件进一步轧制成外径Φ950mm、壁厚110mm、高120mm的环件，并对环件进行超声波探伤、化学分析和金相、低倍检验，确认轧件无异常；

(3)将轧制后的环件切割成3段，入加热炉加热，加热工艺：1230℃×1h，在始锻温度1180℃、终锻温度820℃下锻打成Φ50mm圆棒；

(4)将圆棒进行正火处理，850℃保温1小时，然后空冷处理；

(5)将热处理之后的圆棒车削成Φ40mm圆棒，再切割成Φ40mm×40mm的车轮钢光谱分析标准样品；进行光谱均匀性检验，均匀性检验正常后，车取屑样，混匀后分成小样瓶装密封，委托多家有资质的单位进行定值，对定值数据进行统计分析，然后对标样赋值，赋值结果见表2，表中X为平均值，S为标准偏差，F为F检验结果。

图1和图2分别是本实施例中的车轮钢产品、车轮钢产品的光谱分析标准样品的金相组织图，从图中可以看出两者的金相组织相同，均为珠光体组织。

实施例2

(3)将轧制后的环件切割成3段，入加热炉加热，加热工艺：1250℃×1h，在始锻温度1200℃、终锻温度850℃下锻打成Φ50mm圆棒；

(4)将圆棒进行正火处理，860℃保温1小时，然后空冷处理；

图3和图4分别是本实施例中的车轮钢产品、车轮钢产品的光谱分析标准样品的金相组织图，从图中可以看出两者的金相组织相同，均为珠光体+少量断续网状铁素体。

表1实施例1、2的化学成分(wt％)

实施实例	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	Cu	Alt	V	Ti	Nb	P	S
														实施例1	0.75	0.80	0.75	0.17	0.006	0.03	0.01	0.03	0.003	0.005	0.001	0.008	0.003
实施例2	0.54	0.21	0.70	0.32	0.025	0.03	0.07	/	0.003	/	/	0.009	0.008

表2实施例1、2中的车轮钢光谱分析标准样品均匀性检验结果(wt％)

将上述各实施例制备的光谱分析标准样品分别作为对应车轮钢的标准样品，并利用火花激发原子发射光谱分析法对车轮钢产品的成分进行分析，并以湿法测试结果及通用标样曲线校准光谱分析结果作为对照，通用校准样品具体为GBW(E)010281a(50Mn)；湿法测试参照标准为《GB/T 20125-2006低合金钢多元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》和《GB/T20123-2006钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》；火花激发原子发射光谱分析法参照标准为《GB/T 14203-2016火花放电原子发射光谱分析法通则》，结果如表3所示。

表3实施例1、2的应用实例(化学成分，wt％)

从表3中的数据，可以看出采用本发明标样校准曲线后的光谱分析结果与湿法测试结果非常接近，比使用通用标样校准曲线后的光谱分析结果更准确。

上述参照实施例对一种车轮钢光谱分析标准样品的制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)在所述车轮钢生产时，将连铸坯锯切成定尺；

(2)对锯切得到的连铸坯加热后进行墩粗、冲孔，得到环件；

(3)对环件按照所述车轮钢生产时的轧制制度进行轧制；

(4)将轧制后的环件切割，然后进行锻造得到圆棒；

(5)将圆棒按照所述车轮钢生产时的热处理方法进行热处理；

(6)将热处理之后的圆棒进行车削、切割，即可得到所述车轮钢光谱分析标准样品。

2.根据权利要求1所述的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)之后还包括，对车轮钢光谱分析标准样品进行光谱均匀性检验，均匀性检验正常后，车取屑样，混匀后分成小样瓶装密封，并对其进行定值分析。

3.根据权利要求1所述的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，锯切后的连铸坯长度为620～680mm。

4.根据权利要求1所述的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述加热的温度为1250～1300℃；墩粗后的连铸坯长度为原来长度的25～35％；冲孔去除占铸坯直径25～35％的芯部。

5.根据权利要求1所述的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将环件轧制至外径为原有环件外径的1.6～2.2倍。

6.根据权利要求1所述的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，将轧制后的环件切割成3段；所述锻造的始锻温度为1150～1250℃、终锻温度为800～900℃；所述圆棒的直径为Φ50mm。

7.根据权利要求1所述的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述标准样品的尺寸为Φ40mm×40mm。

8.根据权利要求1所述的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)将经电炉冶炼→LF炉精炼→RH真空脱气→圆坯连铸得到的Φ380mm连铸坯进行切割，切割后长度为650mm；

(2)将切割过的连铸坯加热后进行墩粗至长度为200mm、冲孔去除Φ150mm芯部，得到外径Φ500mm环件；

(3)对环件按照所述车轮钢生产时的轧制制度进行轧制成外径Φ950mm、壁厚为110mm、高为120mm的环件；

(4)将轧制后的环件切割成3段，然后进行锻造得到圆棒；

(5)将圆棒按照所述车轮钢生产时的热处理方法进行热处理；

(6)将热处理之后的圆棒进行车削成Φ40mm圆棒、切割成Φ40mm×40mm的车轮钢光谱分析标准样品。

9.根据权利要求7所述的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其特征在于，所述标准样品的化学成分及质量百分比为：C：0.35％-0.80％、Si：0.10％-1.50％、Mn：0.50％-1.50％、Cr：0.01％-1.00％、Ni：0.01％-0.10％、Cu：0.01％-0.10％、Mo：0.01％-0.10％、V：0.005％-0.10％、Ti：0.005％-0.10％、Alt：0.001％-0.050％、Nb：0.001％-0.050％、P、S≤0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

10.根据权利要求8或9所述的车轮钢光谱分析标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述热处理方法为820～900℃正火处理0.5～2h。