用于检测铁素体钢奥氏体晶粒度的渗碳方法和渗碳设备技术

本发明专利技术涉及一种用于检测铁素体钢奥氏体晶粒度的渗碳方法和渗碳设备，涉及热处理工艺领域。该方法包括以下步骤：配制渗碳剂，将石墨粉、乙酸钠、碳酸钠混合均匀；制备试样，在铁素体钢上截取试样，去除所述试样表面的脱碳层、氧化物和油污；固体渗碳，在渗碳设备内装入渗碳剂和若干个试样，将渗碳设备装入热处理炉进行渗碳热处理，随炉缓冷至550℃以下，出炉空冷至室温，产生包括1.10％≤碳的质量分数比≤1.30％的过共析区的渗碳层。该方法能在标准规定的要求下，产生足够的渗碳层并沿过共析区的奥氏体晶界析出完整、清晰的渗碳体网，勾勒出原奥氏体晶界，可用于实验室中采用固体渗碳法检测奥氏体晶粒度，方便、经济地检测奥氏体晶粒度。粒度。

【技术实现步骤摘要】
用于检测铁素体钢奥氏体晶粒度的渗碳方法和渗碳设备


[0001]本专利技术涉及热处理工艺领域，特别是涉及用于检测铁素体钢奥氏体晶粒度的渗碳方法和渗碳设备。

技术介绍

[0002]钢在奥氏体化时所得到的晶粒，称为奥氏体晶粒，其大小的量度称为晶粒度，对金属材料的力学性能和工艺性能有重要的影响。奥氏体晶粒度通常分为起始晶粒度、本质晶粒度、实际晶粒度：起始晶粒度是指刚刚形成的初生奥氏体晶粒大小；本质晶粒度是指特定工艺条件下奥氏体晶粒的大小，用以表征奥氏体晶粒长大倾向(一般将本质晶粒度级别数为1～4级的钢称为本质粗晶粒钢，5～8级的钢称为本质细晶粒钢)；实际晶粒度是指钢在使用状态下的实际晶粒大小。因此，实际晶粒度不同于特定条件下的本质晶粒度，但与本质晶粒度有关，也与具体加热条件有关，它反映出工件的实际晶粒度。
[0003]压力容器、船舶、核电等行业广泛使用综合力学性能和工艺性能良好的铁素体钢制造各种零部件，因焊接几乎贯穿于其设备制造全过程，为了预测和评估焊接热影响区(该部位为焊接接头力学性能差的薄弱部位)奥氏体的长大趋势，很多碳钢和合金钢(铁素体钢)都要求用渗碳法(McQUAID
‑
EHN法)检验和控制奥氏体本质晶粒度级别。
[0004]晶粒度的检测，离不开其测定方法标准，测定方法标准起到至关重要的作用。目前，国际上主流的晶粒度检验标准是ASTM E112(最早版本为ASTM E112
‑
1955)和ISO 643(最早版本为ISO 643
‑
1985)。我国晶粒度检验标准GB/T 6394最早版本是1986版(更早的是冶金部晶粒度检验标准(YB))，是参照ASTM E112编写的，后续的2002 版、2017版也主要是分别参照ASTM E112标准1996版、2010版编写和修订的。
[0005]无论ASTM E112(最新年号为2013)、ISO 643(最新年号为2019)，还是GB/T 6394(最新年号为2017)等标准，对使用渗碳热处理法形成奥氏体晶粒，仅对渗碳热处理温度、时间参数和渗碳结果要求等做了原则性规定，例如ASTM E112
‑
2013中规定：927
±
14℃保温8h 或获得约1.27mm渗碳层，渗碳剂必须保证在规定的时间内产生过共析区，且足以在渗碳层的该区的奥氏体晶界上析出渗碳体网；ISO 643
‑
2019中规定：925
±
10℃保温8h，获得≥1mm 渗碳层，并产生过共析层；GB/T 6394
‑
2017中规定：930
±
10℃保温6h，获得≥1mm渗碳层，并产生过共析区；ASTM E112和GB/T 6394两标准的适用范围均为碳含量(质量分数)≤ 0.25％的碳钢和合金钢，ISO 643适用范围则较为笼统，为渗碳钢。考虑到渗碳剂的选用、渗碳层含碳量范围等问题，上述标准中的工艺条件并不便于实际操作，且一般实验室也不会配备专用渗碳热处理炉。若采用工业具有可控气氛和稳定碳势的专用渗碳热处理炉进行渗碳处理，成本非常高，造成巨大浪费和排放有害物。虽可获得一定深度的渗碳层，但质量不太稳定，时常出现渗碳体不能完全清晰地勾勒出原奥氏体晶界的情况，效果十分不理想，无法检测奥氏体晶粒度。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提供一种用于检测铁素体钢奥氏体晶粒度的渗碳方法，该渗碳方法，能在标准规定的渗碳热处理温度和时间下，产生足够的渗碳层并沿过共析区的奥氏体晶界析出完整、清晰的渗碳体网(对合金钢而言，应为合金渗碳体，以下统称渗碳体)，勾勒出原奥氏体晶界，可用于实验室中采用固体渗碳法检测奥氏体晶粒度，进而方便、经济地检测奥氏体的晶粒度。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种用于检测铁素体钢奥氏体晶粒度的渗碳方法，包括以下步骤：
[0008]配制渗碳剂：将石墨粉、乙酸钠、碳酸钠混合均匀，即得；
[0009]制备试样：在铁素体钢上截取试样，去除所述试样表面的脱碳层、氧化物和油污，即得；
[0010]固体渗碳：在渗碳设备内装入所述渗碳剂和若干个所述试样，将所述渗碳设备装入热处理炉进行渗碳热处理，随炉缓冷至550℃以下，出炉空冷至室温，产生包括1.10％≤碳的质量分数比≤1.30％的过共析区的渗碳层。
[0011]采用上述渗碳方法和渗碳剂相配合，能降低用渗碳法检测铁素体钢奥氏体晶粒度的成本，且渗碳效果稳定，渗碳层过共析区析出的渗碳体能够清晰地勾勒出奥氏体钢的晶界，渗碳处理后的奥氏体晶粒度评价结果真实有效。
[0012]本专利技术人在对现有技术中用于铁素体钢奥氏体晶粒度检测的渗碳方法和渗碳剂进行研究的过程中，发现采用工业专用渗碳热处理炉进行渗碳热处理后，无法检测晶粒度的原因，主要是因为渗碳层(特别是过共析区)的碳含量不合适而造成：在缓冷下，若碳含量偏低，析出的渗碳体不能沿原奥氏体晶界形成连续的网状，勾勒不出原奥氏体的完整晶界；反之，则析出的渗碳体主要呈针状(魏氏组织渗碳体)、块状等，也不能勾勒出原奥氏体晶界；甚至某些合金钢渗碳层的特定区域(共析区附近)，奥氏体极其最稳定(奥氏体的稳定性与碳、合金元素含量等因素有关)，可能会发生无扩散相变，出现马氏体带。
[0013]本专利技术人发现只有当形成碳含量(质量分数比)为1.10％
‑
1.30％的过共析区时，缓冷下，沿原奥氏体晶界析出的渗碳体才呈完整的网状，而碳的质量分数比为1.15％
‑
1.25％的过共析区缓冷后沿原奥氏体晶界析出的渗碳体网，连续度、完整度和清晰度最好。而渗碳热处理整个过程，是由分解(产生活性很强、渗入能力很大的碳原子，即活性碳原子，用[C]表示)、吸收(活性碳原子被钢件表面吸收，渗碳件表面的碳浓度取决于活性碳原子的供应和吸收能力)、扩散(碳原子从钢件的表面向内部深处扩散，即碳原子迁移过程，形成一定深度的渗层) 三个基本过程组成的。当渗碳热处理温度和时间标准已规定下，能否达到标准规定的结果就主要取决于渗碳剂和气氛保护。
[0014]在其中一个实施例中，所述渗碳剂包括以下重量份比的原料：
[0015]石墨粉 70
‑
90份
[0016]乙酸钠 13
‑
23份
[0017]碳酸钠 1
‑
3份
[0018]所述石墨粉通过90
‑
110目筛网。
[0019]采用石墨粉作为主要原料，加热时，石墨能与其间隙中的氧不完全燃烧，生成一氧化碳： 2C+O2→
2CO；一氧化碳在渗碳条件下，是不稳定的，当与钢件表面接触，分解成活性
碳原子：2CO
→
CO2+[C]。采用乙酸钠作为次要原料，其具有渗碳和催化的双重作用，在约324℃的条件下，开始缓慢分解成丙酮和碳酸钠：2CH3COONa
→
CH3COCH3+Na2CO3，随着温度的升高，其分解产物丙酮将进一步分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测铁素体钢奥氏体晶粒度的渗碳方法，其特征在于，包括以下步骤：配制渗碳剂：将石墨粉、乙酸钠、碳酸钠混合均匀，即得；制备试样：在铁素体钢上截取试样，去除所述试样表面的脱碳层、氧化物和油污，即得；固体渗碳：在渗碳设备内装入所述渗碳剂和若干个所述试样，将所述渗碳设备装入热处理炉进行渗碳热处理，随炉缓冷至550℃以下，出炉空冷至室温，产生包括1.10％≤碳的质量分数比≤1.30％的过共析区的渗碳层。2.根据权利要求1所述的渗碳方法，其特征在于，所述渗碳剂包括以下重量份比的原料：石墨粉
ꢀꢀꢀ
70
‑
90份乙酸钠
ꢀꢀꢀ
13
‑
23份碳酸钠
ꢀꢀꢀ1‑
3份所述石墨粉通过90
‑
110目筛网。3.根据权利要求1所述的渗碳方法，其特征在于，所述渗碳层中包括1.15％≤碳的质量分数比≤1.25％的过共析区。4.根据权利要求1所述的渗碳方法，其特征在于，所述试样的体积为10mm
‑
15mm
×
10mm
‑
15mm
×
15mm
‑
20mm，所述试样的表面粗糙度≤0.8μm。5.根据权利要求1所述的渗碳方法，其特征在于，所述固体渗碳步骤中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚宇昌，江国焱，程怒涛，戴光明，张娟，王洪涛，刘盛波，段志伟，镇乐，毕明鑫，
申请(专利权)人：东方电气广州重型机器有限公司，
类型：发明
国别省市：