计算品种钢连铸坯柱状晶区凝固组织真实生长方向的方法技术

本发明专利技术公开了计算品种钢连铸坯凝固组织真实生长方向的方法，热酸洗得到凝固组织的整体形貌，利用数码相机获得连铸坯凝固组织晶粒的图像；利用图像处理软件在长度为L的直线上统计对应的晶粒数目n，将L/n作为柱状晶区上表面及内表面的晶粒间距；而在试样左、右侧面和斜截面上各自选定面积A的区域，选定区域的晶粒个数N，通过面积法计算左、右侧面和斜截面的晶粒间距；结合各面晶粒间距并基于几何关系计算凝固组织晶粒的真实生长方向，即得到晶粒生长的水平和垂直方向上的偏转角α、β。本发明专利技术利用所建数学模型计算得到连铸坯柱状晶区凝固组织晶粒的真实生长方向；有助于精细化控制凝固组织及减轻铸坯缺陷，改善连铸坯及最终产品的质量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了计算品种钢连铸坯凝固组织真实生长方向的方法，热酸洗得到凝固组织的整体形貌，利用数码相机获得连铸坯凝固组织晶粒的图像；利用图像处理软件在长度为L的直线上统计对应的晶粒数目n，将L/n作为柱状晶区上表面及内表面的晶粒间距；而在试样左、右侧面和斜截面上各自选定面积A的区域，选定区域的晶粒个数N，通过面积法计算左、右侧面和斜截面的晶粒间距；结合各面晶粒间距并基于几何关系计算凝固组织晶粒的真实生长方向，即得到晶粒生长的水平和垂直方向上的偏转角α、β。本专利技术利用所建数学模型计算得到连铸坯柱状晶区凝固组织晶粒的真实生长方向；有助于精细化控制凝固组织及减轻铸坯缺陷，改善连铸坯及最终产品的质量。【专利说明】
本专利技术涉及冶金工程
，尤其涉及一种计算品种钢连铸坯柱状晶区凝固组 织真实生长方向的方法。
技术介绍
随着经济发展放缓，钢铁行业经过一轮高速扩张阶段后，各大中型企业均遭遇了 大面积的亏损；同时，经过多年的发展后，社会上对钢材的质量要求也越来越高。在产量过 剩的情况下，通过改善产品质量来增强产品的竞争力已经成为当下钢铁行业的主流声音， 这其中就包括改善连铸坯的内部质量，减轻甚至消除连铸坯的内部缺陷，如偏析、疏松等 等。 品种钢连铸坯的凝固组织的构成及形貌对连铸坯和最终产品的质量有很大影响， 根据凝固组织晶粒形貌的特征，通常将连铸坯划分为激冷层、柱状晶区与等轴晶区。连铸坯 的缺陷是在凝固组织的基础上形成的，因此准确认识连铸坯凝固组织晶粒的生长过程，对 连铸坯凝固组织的控制具有十分重要的意义。柱状晶相对于激冷层与等轴晶区的凝固组织 而言，其是定向生长（各向异性），因此获得柱状晶区凝固组织真实生长方向的意义更为明 显，这也是本专利技术的研宄对象。下文所涉及的凝固组织专指柱状晶区的凝固组织。前人通 常认为柱状晶区凝固组织晶粒生长是垂直于物理边界，但实际生产中由于连铸本身的凝固 特点以及采用了电磁搅拌等技术使得液态金属液固界面发生改变，导致柱状晶区凝固组 织晶粒在生长过程中往往存在一定的偏转角。但由于连铸凝固过程的复杂性，现有技术往 往只是通过某一个二维观察面的凝固组织的晶粒走向来判断其生长方向，并没有建立数 学模型，不能通过数学模型的计算得到不同区域凝固组织晶粒生长的空间偏转角，不能明 确指出连铸坯凝固组织晶粒的真实生长方向（三维）。同时凝固组织晶粒的真实生长方向 反映了连铸坯凝固过程液体金属的流动及传热情况，因此能通过计算晶粒真实生长方向来 推测连铸坯内部液态金属的流动状态及传热情况，这样就有助于更全面更深入地理解连铸 坯凝固组织以及相应缺陷的形成过程，从而实际生产过程中改善连铸坯的质量。
技术实现思路
针对现有方法对连铸坯凝固组织晶粒真实生长方向认识的不足，没有建立数学模 型，不能通过数学模型的计算得到不同区域凝固组织晶粒生长的偏转角，本专利技术的目的主 要在于提供一种。 本专利技术利用建立数学模型的方法，采用以下步骤计算凝固组织真实生长方向。 (1)通过热酸洗得到品种钢连铸坯的凝固组织的整体形貌：酸洗中酸液容积比为 1: (0. 5-1. 5)的工业盐酸水溶液，酸蚀温度为60°C至80°C，酸蚀时间为5-35min。热酸洗之 后，利用高清数码相机获得连铸坯凝固组织晶粒的图像； (2)柱状晶区凝固组织晶粒交于水平和垂直方向时呈柱状排列，而交于左、右侧面 与斜截面时呈现类似等轴晶的状态，并没有明显的规律性；因此，利用图像处理软件在给定 长度为L的直线上统计对应的晶粒数目n，并将L/n柱状晶区上表面及内表面的晶粒间距。 而在试样左、右侧面和斜截面上用面积法（无序排列）测量晶粒间距； 在试样左、右侧面和斜截面上分别选定一个区域，分别得到左、右侧面和斜截面的 面积A，并测量选定区域的晶粒个数N，用面积法测量选定区域各自的晶粒间距，通过公式 (1)计算左、右侧面和斜截面的晶粒间距； 【权利要求】1. 一种，其特征在于，包括 以下步骤： (1) 通过热酸洗得到品种钢连铸坯的凝固组织的整体形貌：热酸洗中酸液容积比为 1: (0. 5-1. 5)工业盐酸水溶液，酸蚀温度为60°C至80°C，酸蚀时间为5-35min;热酸洗之后， 利用高清数码相机获得连铸坯凝固组织晶粒的图像； (2) 对于柱状晶区凝固组织，利用图像处理软件在给定长度为L的直线上统计对应的 晶粒数目n，并将L/n作为柱状晶区上表面晶粒间距X1，和内表面的晶粒间距λ2;而在试 样左、右侧面和斜截面上分别选定一个区域，分别得到左、右侧面和斜截面的面积Α，并测量 选定区域的晶粒个数Ν，用面积法测量选定区域各自的晶粒间距，通过公式（1)计算左、右 侧面和斜截面的晶粒间距；式中：λ^-凝固组织晶粒间距； A-选定区域的面积，μm2; N-选定区域的晶粒个数，个； (3) 结合试样各面凝固组织晶粒间距计算连铸坯凝固组织晶粒的真实生长方向，并且 真实生长方向分别体现在晶粒生长的水平和垂直方向上的偏转角α、β; (4) 基于各表面凝固组织晶粒间距并利用三维空间几何关系建立数学模型，具体表述 如公式（2)、（3)、（4)所示；通过计算，可以得到水平方向上凝固组织晶粒生长的偏转角α 和垂直方向上凝固组织晶粒生长的偏转角β:式中：λ-真实晶粒间距，μπι; λ1 一上表面晶粒间距，ym; λ2一内表面晶粒间距，ym; 入3-左、右侧面平均实测晶粒间距，μπι;λ3为左侧面晶粒间距（λ 与右侧面晶粒 间距（Atlfi)相加后除以2,得到的平均值； A-斜截面面积，μHi2; N-斜截面晶粒个数，个； α-水平方向上凝固组织晶粒生长的偏转角，° ; β-垂直方向上凝固组织晶粒生长的偏转角，° ; 联立式（2)、（3)、（4)，代入实验数据即可获得水平方向上凝固组织晶粒生长的偏转角α和垂直方向上凝固组织晶粒生长的偏转角β，用这两个参数即可确定柱状晶区凝固组 织晶粒的真实生长方向。【文档编号】G06F19/00GK104439127SQ201410787916【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日 【专利技术者】侯自兵, 陈晗, 奚超超, 王伟, 毛伊航, 张波, 赵尹, 文光华, 唐萍 申请人:重庆大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算品种钢连铸坯柱状晶区凝固组织真实生长方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过热酸洗得到品种钢连铸坯的凝固组织的整体形貌：热酸洗中酸液容积比为1:(0.5‑1.5)工业盐酸水溶液，酸蚀温度为60℃至80℃，酸蚀时间为5‑35min；热酸洗之后，利用高清数码相机获得连铸坯凝固组织晶粒的图像；(2)对于柱状晶区凝固组织，利用图像处理软件在给定长度为L的直线上统计对应的晶粒数目n，并将L/n作为柱状晶区上表面晶粒间距λ1，和内表面的晶粒间距λ2；而在试样左、右侧面和斜截面上分别选定一个区域，分别得到左、右侧面和斜截面的面积A，并测量选定区域的晶粒个数N，用面积法测量选定区域各自的晶粒间距，通过公式(1)计算左、右侧面和斜截面的晶粒间距；A4λ02=N---(1)]]>式中：λ0—凝固组织晶粒间距；A—选定区域的面积，μm2；N—选定区域的晶粒个数，个；(3)结合试样各面凝固组织晶粒间距计算连铸坯凝固组织晶粒的真实生长方向，并且真实生长方向分别体现在晶粒生长的水平和垂直方向上的偏转角α、β；(4)基于各表面凝固组织晶粒间距并利用三维空间几何关系建立数学模型，具体表述如公式(2)、(3)、(4)所示；通过计算，可以得到水平方向上凝固组织晶粒生长的偏转角α和垂直方向上凝固组织晶粒生长的偏转角β：λ1cosα＝λ  (2)λ2cosβ＝λ  (3)式中：λ—真实晶粒间距，μm；λ1—上表面晶粒间距，μm；λ2—内表面晶粒间距，μm；λ3—左、右侧面平均实测晶粒间距，μm；λ3为左侧面晶粒间距(λ0左)与右侧面晶粒间距(λ0右)相加后除以2，得到的平均值；A—斜截面面积，μm2；N—斜截面晶粒个数，个；α—水平方向上凝固组织晶粒生长的偏转角，°；β—垂直方向上凝固组织晶粒生长的偏转角，°；联立式(2)、(3)、(4)，代入实验数据即可获得水平方向上凝固组织晶粒生长的偏转角α和垂直方向上凝固组织晶粒生长的偏转角β，用这两个参数即可确定柱状晶区凝固组织晶粒的真实生长方向。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯自兵，陈晗，奚超超，王伟，毛伊航，张波，赵尹，文光华，唐萍，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85