一种钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法技术

本发明专利技术涉及钢铁冶金连铸生产质量检测技术领域，尤其涉及一种钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法。本发明专利技术中，通过全新的腐蚀剂(按质量百分比由2％‑6％的苦味酸、3％‑8％的十二烷基苯磺酸钠、86％‑95％的水组成)、腐蚀温度(60‑70℃)和腐蚀时间(30‑40min)形成枝晶组织检测过程中进行的腐蚀方法，来适用于待测表面的最小尺寸大于等于10cm的大尺寸断面的枝晶检测方法。其次，获取待检测产物的待测表面的影像并清晰化处理后，能够用来定量确定待测表面的柱状晶区、混晶区和等轴晶区的面积比例，实现了对连铸坯枝晶组织形貌的定量检测。

Method for detecting solidification dendrite structure of steel continuous casting billet

The invention relates to the technical field of steel metallurgy continuous casting production quality inspection, in particular to a method for detecting the solidification dendrite structure of a steel continuous casting billet. In the invention, the new corrosion inhibitor (percentage by mass consists of 2% 6% 8% twelve 3% picric acid, sodium, 86% 95% water), corrosion temperature (60 70 C) and the etching time (30 40min) the formation of corrosion methods were used to detect the dendrite tissue. To apply the dendrite detection method of large size section to the minimum size of the measured surface is greater than or equal to 10cm. Secondly, to get the test result and the measured surface image sharpening processing, can be used to determine quantitatively the surface area ratio of the columnar zone and mixed crystal zone and equiaxed zone to be measured, the quantitative detection of billet dendrite morphology.

【技术实现步骤摘要】
一种钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法
本专利技术涉及钢铁冶金连铸生产质量检测
，尤其涉及一种钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法。
技术介绍
钢连铸过程实质上是钢液连续冷却凝固成型过程，当钢液在结晶器水冷作用下，钢液与结晶器表面接触位置大量形核，从而在铸坯表面形成细小的等轴晶区。率先形核晶粒在后续生长过程中面临激烈竞争，在热流和钢液流动的共同作用下，部分晶粒生长方向与热流方向较为一致的晶粒生长较快，抑制大量晶粒生长，使得大部分晶粒在竞争中消亡，剩余部分晶粒继续沿热流传导相反方向生长，形成柱状晶。当铸坯中心钢液过冷度低于形核过冷度时，柱状晶生长前沿大量形核，阻碍柱状晶继续向铸坯中心生产，发生柱状晶向等轴晶转变(CET)，从而在铸坯中心形成等轴晶区。由此可见，铸坯凝固组织主要由铸坯表面细晶区，中间柱状晶区和中心等轴晶区组成。铸坯凝固组织生长的同时伴随着钢中溶质在不同相之间的重新分配，由于钢中溶质元素在固相中的溶解度低于在液相中的溶解度，所以凝固过程中，枝晶从铸坯表面向中心生长的同时伴随着溶质元素向枝晶臂间富集，如果富集在枝晶臂间的溶质元素在凝固末期不能有效扩散，将会造成短距离(10～100μm)溶质成分波动形成枝晶间微观偏析。连铸过程中钢液流动促使枝晶间溶质元素发生长距离的迁徙，将会引起铸坯较大范围内的溶质成分波动进而形成铸坯宏观偏析。同时，铸坯凝固组织生长同时伴随着凝固收缩，如果枝晶过度生长，造成枝晶搭桥，使得凝固收缩得不到钢液补充，将会形成疏松、缩孔等缺陷。由此可见，连铸坯凝固组织与铸坯缺陷之间有直接关系。为此，连铸坯凝固枝晶组织检测对于全面评价连铸坯质量至关重要。连铸坯凝固组织检验方法是判断连铸坯质量的主要手段，主要有硫印检验、热酸蚀检验、冷酸蚀检验、电解腐蚀检验和枝晶腐蚀检验。硫印检测是通过将显影液中浸泡好的相纸附着在光滑铸坯表面一定时间后，揭下相纸在流水中冲洗，放入定影液，然后取出凉干后评级。该方法可显示出铸坯内部化学成分的不均匀性、以及铸坯裂纹、疏松、缩孔等缺陷。但不能显示连铸坯凝固组织，以及低硫钢连铸坯检测效果较差。热酸蚀检验一般将铸坯试样抛光后放入热盐酸中一段时间后，取出检测。能够检测铸坯中心疏松、缩孔和裂纹等铸坯凝固缺陷。但不能清楚显示铸坯枝晶形貌。冷酸蚀检测一般多次将冷腐蚀液直接涂抹于光滑铸坯表面，冲洗晾干后获得铸坯凝固组织，但对铸坯加工要求严格，光洁度要求高。电解腐蚀检验一般根据所用腐蚀液是否加热可分为热酸电解腐蚀检测和冷酸电解腐蚀检测，但无论何种电解腐蚀检测方法都需要供电设备，效果不甚理想，应用较少。枝晶腐蚀检测一般需要将铸坯切割成小块试样进行检测，只适用于局部断面检测，存在检测试样小，范围窄的缺点，难以反映铸坯凝固组织形貌和缺陷的全部信息。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法，该方法能够进行大尺寸断面枝晶检测，并且获得定量分析数据。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术提供一种钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法，包括如下步骤：步骤1、在钢连铸坯上沿横截面截取试样，试样的待测表面的最小尺寸大于等于10cm；步骤2、清洁试样；步骤3、将清洁后的试样放入腐蚀液中进行腐蚀，腐蚀液按质量百分比由2％-6％的苦味酸、3％-8％的十二烷基苯磺酸钠、86％-95％的水组成，腐蚀液的温度恒定在60-70℃中的一温度值，腐蚀时间为30-40min；步骤4、对腐蚀后的试样进行清洗和干燥，形成待检测产物；步骤5、获取待检测产物的待测表面的影像，作为形成一级检测图像；步骤6、对一级检测图像清晰化处理，形成二级检测图像；步骤7、基于二级检测图像，定量确定待测表面的柱状晶区、混晶区和等轴晶区的面积比例。根据本专利技术，在步骤5中，采用扫描仪对待检测产物的待测表面扫描照相，形成一级检测图像；在步骤6中，采用AdobePhtoshop软件对检测图像进行清晰化处理。根据本专利技术，还包括：步骤8、基于二级检测图像，定量测量待测表面中不同位置处的一次枝晶间距和二次枝晶间距，然后获得不同位置处的一次枝晶间距二维云图和二次枝晶间距二维云图。根据本专利技术，在步骤8中，采用Origin8.0科学数据处理软件获得一次枝晶间距二维云图和二次枝晶间距二维云图。根据本专利技术，步骤2包括如下子步骤：步骤2.1、粗铣试样的待测表面；步骤2.2、磨削试样的待测表面，至待测表面的表面粗糙度小于等于2.0μm；步骤2.3、用洗洁精清洗试样，去除油渍；步骤2.4、用酒精冲洗试样；步骤2.5、对试样进行干燥。根据本专利技术，在步骤3中，将试样放置在腐蚀装置中进行腐蚀，腐蚀装置包括容纳有加热流体的水浴槽、设置在水浴槽中的电加热元件、容纳有腐蚀液的腐蚀槽、以及温控系统，腐蚀槽放置在水浴槽中与加热流体接触，温控系统根据加热流体的实时温度调节电加热元件的加热程度，以保持腐蚀液的温度恒定在60-70℃中的一温度值。根据本专利技术，腐蚀装置还包括放置在腐蚀槽中的试样篮，试样篮由底板和连接在底板上的提手组成，试样放置在底板上。根据本专利技术，水浴槽中设有台阶，腐蚀槽支撑在台阶上。根据本专利技术，腐蚀装置还包括密封腐蚀槽的密封盖。根据本专利技术，在步骤4中，采用无水乙醇清洗腐蚀后的试样。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：首先，本专利技术中，通过全新的腐蚀剂(按质量百分比由2％-6％的苦味酸、3％-8％的十二烷基苯磺酸钠、86％-95％的水组成)、腐蚀温度(60-70℃)和腐蚀时间(30-40min)形成腐蚀方法，来适用于待测表面的最小尺寸大于等于10cm的大尺寸断面的枝晶检测方法。其次，获取待测表面的影像并清晰化处理后，能够用来定量确定待测表面的柱状晶区、混晶区和等轴晶区的面积比例，实现了对连铸坯枝晶组织形貌的定量检测。附图说明图1为如下具体实施方式提供的钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法的流程图；图2为一次枝晶间距云图；图3为二次枝晶间距云图；图4为腐蚀装置中水浴槽、腐蚀槽、试样篮的组合的立体示意图，其中也示意出了试样；图5为腐蚀装置的水浴槽的立体示意图；图6为腐蚀装置的腐蚀槽的立体示意图；图7为腐蚀装置的试样篮的立体示意图；图8为腐蚀装置的密封盖的立体结构示意图；图9为温控系统的电路连接示意图。【附图标记】1：水浴槽；11：台阶；2：腐蚀槽；3：试样篮；31：底板；32：提手；4：密封盖；5：电加热元件；6：温控仪；7：交流接触器；8：温度计；9：试样。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。参照图1，在本实施例中提供一种钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法，该方法包括如下步骤：步骤1、在钢连铸坯上沿横截面截取试样，试样的待测表面的最小尺寸大于等于10cm。具体地，在断面尺寸为28cm×38cm的重轨钢U75V连铸坯上截取厚度2cm的连铸坯横截面，为方便检测，将铸坯断面均分为4块，每块的断面(即待测表面)的尺寸为14cm×19cm。取其中一块作为试样进行实验。步骤2、清洁试样。具体包括如下子步骤：步骤2.1、采用铣床粗铣试样的待测表面；步骤2.2、采用磨床磨削试样的待测表面，进行抛光处理，至待测表面的表面粗糙度小于等于2.0μm；步骤2.3、用洗洁精清洗试样的所有表面5-7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在钢连铸坯上沿横截面截取试样，所述试样的待测表面的最小尺寸大于等于10cm；步骤2、清洁所述试样；步骤3、将清洁后的试样放入腐蚀液中进行腐蚀，所述腐蚀液按质量百分比由2％‑6％的苦味酸、3％‑8％的十二烷基苯磺酸钠、86％‑95％的水组成，所述腐蚀液的温度恒定在60‑70℃中的一温度值，所述腐蚀时间为30‑40min；步骤4、对腐蚀后的试样进行清洗和干燥，形成待检测产物；步骤5、获取所述待检测产物的待测表面的影像，作为形成一级检测图像；步骤6、对所述一级检测图像清晰化处理，形成二级检测图像；步骤7、基于所述二级检测图像，定量确定所述待测表面的柱状晶区、混晶区和等轴晶区的面积比例。

【技术特征摘要】
1.一种钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在钢连铸坯上沿横截面截取试样，所述试样的待测表面的最小尺寸大于等于10cm；步骤2、清洁所述试样；步骤3、将清洁后的试样放入腐蚀液中进行腐蚀，所述腐蚀液按质量百分比由2％-6％的苦味酸、3％-8％的十二烷基苯磺酸钠、86％-95％的水组成，所述腐蚀液的温度恒定在60-70℃中的一温度值，所述腐蚀时间为30-40min；步骤4、对腐蚀后的试样进行清洗和干燥，形成待检测产物；步骤5、获取所述待检测产物的待测表面的影像，作为形成一级检测图像；步骤6、对所述一级检测图像清晰化处理，形成二级检测图像；步骤7、基于所述二级检测图像，定量确定所述待测表面的柱状晶区、混晶区和等轴晶区的面积比例。2.根据权利要求1所述的钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法，其特征在于，在步骤5中，采用扫描仪对所述待检测产物的待测表面扫描照相，形成所述一级检测图像；在步骤6中，采用AdobePhtoshop软件对所述检测图像进行清晰化处理。3.根据权利要求1所述的钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法，其特征在于，还包括：步骤8、基于所述二级检测图像，定量测量所述待测表面中不同位置处的一次枝晶间距和二次枝晶间距，然后获得不同位置处的一次枝晶间距二维云图和二次枝晶间距二维云图。4.根据权利要求1所述的钢连铸坯凝固枝晶组织检测方法，其特征在于，在步骤8中，采用Origin8.0科学数据处理软件获得所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗森，吴国荣，王朝辉，陈天明，王冰钰，陈永，王卫领，朱苗勇，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21