[發明專利]熱膨脹法測定低碳鋼中碳在奧氏體完全溶解的溫度的方法

有效

• 申請號: 201410169744.6
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103969284A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 吳年春;車馬俊;何宜柱;崔強;楊磊;唐春霞;趙榮貴
• 申請（專利權）人: 南京鋼鐵股份有限公司;安徽工業大學
• 主分類號: G01N25/12
• 分類號: G01N25/12
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 任立;艾中蘭

技術領域

本發明屬于材料冶金技術領域，具體是一種熱膨脹法測定低碳鋼中碳在奧氏體中完全溶解的溫度的方法。

背景技術

碳是低碳鋼中最主要的元素之一，奧氏體化熱處理是低碳鋼最主要的一個熱處理過程，其主要目的是將常溫下的鐵素體和滲碳體加熱至共析溫度以上，使其轉變成奧氏體。而碳完全溶解至奧氏體中的溫度往往高于其相轉變溫度。因此奧氏體化熱處理溫度的選擇，必須考慮碳完全溶解至奧氏體的溫度，為制定合理的熱處理工藝提供理論依據。保證在冷卻前碳已經完全溶解在奧氏體中。

本發明之前，碳在奧氏體中完全溶解溫度的確定主要依靠顯微組織觀察結合硬度測試的方法，以及熱力學計算，這兩種方法中前一種方法只能定性分析，而后一種方法是一種理想條件下的熱力學數據的分析，對于實際熱處理鋼件而言，理論計算與實際數據會存在偏差。

熱膨脹是金屬材料的一種物理性能，金屬材料在加熱過程中如果發生相變，其熱膨脹系數會發生變化，熱膨脹曲線就會發生改變，單一相的熱膨脹曲線是一條直線，發生相變時熱膨脹曲線將發生彎曲。熱膨脹過程的分析還可以提供材料相變起始溫度和相變終止溫度，以及相變量。當碳完全融入奧氏體后，其相結構已經趨于相對穩定，則熱膨脹系數也穩定下來，在熱膨脹曲線上則顯示為直線過程，直線段的起始點就是碳完全溶解入奧氏體的溫度。

發明內容

本發明的目的就在于克服現有技術的不足，提供一種測定低碳鋼中碳在奧氏體完全溶解溫度的簡單有效的方法，該方法利用低碳鋼的熱膨脹特性，通過測量低碳鋼加熱過程中的熱膨脹量，準確測定碳在奧氏體中完全溶解的溫度。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種熱膨脹法測定低碳鋼中碳在奧氏體完全溶解的溫度的方法，所述低碳鋼中碳含量小于等于0.2wt.％，其特征在于：利用加熱過程中試樣因為相變導致膨脹量變化的原理，確定碳在奧氏體中完全溶解的溫度，具體步驟如下：

步驟(一)

將試樣從室溫以較低的加熱速度勻速加熱至1000℃，使熱膨脹過程充分進行且相變過程均勻；同時，間隔相同時間測量試樣直徑方向的熱膨脹量，并記錄對應的溫度；

步驟(二)

根據測量的熱膨脹量與對應溫度做熱膨脹曲線，取熱膨脹曲線上靠近1000℃溫區的直線段，并將直線段向低溫區做延長線，熱膨脹曲線上的曲線段與直線段延長線的分離點對應的溫度即碳在奧氏體中完全溶解的溫度。

本發明技術方案中，由于碳是奧氏體化相變過程影響較大的元素，所以只針對碳含量小于等于0.2wt.％的低碳鋼。對試樣加熱時要保證加熱速度在0.5℃/S～5℃/S范圍內，且加熱均勻，使膨脹過程充分進行且相變過程均勻，測量時溫度每升高一度必須能采集超過1個熱膨脹量。

在加熱過程中，最好保證試樣測量區溫度均勻且試樣兩端無外力作用，避免試樣塑性變形對熱膨脹量精度的影響。

在從室溫加熱至高溫的過程中，試樣表面極易氧化，會對試樣直徑方向的熱膨脹量的測量精度造成影響，所以測試環境最好是真空狀態或者惰性氣體保護狀態。

由于加熱至奧氏體區后，碳仍然在不斷溶入奧氏體，碳完全溶解的奧氏體溫度區，必然是熱膨脹曲線呈直線段的部分。因此，取熱膨脹曲線上靠近1000℃溫區的直線段，并找到熱膨脹曲線上該直線段的起始點即能找到碳在奧氏體中完全溶解的溫度。

本發明具有的優點和效果：

本發明的熱膨脹法測定低碳鋼中碳在奧氏體中完全溶解溫度的方法，為該類鋼材在熱軋生產過程中熱處理工藝提供生產依據。由于熱膨脹法對相變過程反應敏感，且測試方法穩定可靠，對不同成分的低碳鋼適用性較強，與以往的硬度測試法和熱力學計算法相比，方法簡單、易于實施且精度較高。

附圖說明

圖1是實施例1的熱膨脹曲線；

圖2是實施例1的熱膨脹曲線上靠近1000℃溫區的直線段擬合示意圖；

圖3是膨脹增量C與溫度關系圖；

圖4是驗證用試樣結構圖。

具體實施方式

針對含碳含量小于等于0.2wt.％的低碳鋼，在熱膨脹測試設備上，測量試樣從室溫加熱至1000℃的熱膨脹量，并記錄溫度和熱膨脹量，繪制熱膨脹曲線和碳完全溶解入奧氏體直線段的延長線，找到直線段的起始點。

實施例1

1)實施例成分

實施例1選用低碳鋼Q960，其化學成分符合標準GB16270-2009《高強度結構用調質板》，見表1。

表1實施例1化學成分(wt.％)