[发明专利]一种模拟钢的氧化脱碳的试验方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁材料表面质量检验技术领域。特别涉及一种模拟钢的氧化脱碳的试验方法。主要是利用含多重气路动态热重分析仪研究钢的氧化脱碳的试验方法，应用于弹簧钢、钢帘线等线棒材的脱碳控制，可为钢的表面质量控制提供重要的指导数据。

背景技术

脱碳是钢铁材料在热加工过程中常存在的问题之一。脱碳是指钢表层的碳原子在高温条件下发生扩散而迁移至表面与加热炉内的氧发生化学反应，导致钢表层一定范围内碳原子散失的现象。脱碳过程包括碳原子从金属内部向表面的扩散以及在金属表面与炉气中的氧发生氧化两个过程。脱碳控制对于弹簧钢、钢帘线、冷镦钢等线棒材生产十分重要。

研究表明影响钢材脱碳的因素主要有加热温度、保温时间及加热炉气氛等；加热炉气氛一般分为：氧化性气体、还原性气体和中性气体等，可进行脱碳的气体主要是0₂、CO₂、H₂0和H₂等。通过专利和文献检索发现：在加热脱碳技术的发展中，目前脱碳研究仅仅多是在生产现场加热炉气氛条件下开展试验（如中国公开专利号CN1236078C和CN100560749C的专利文献）；其次主要是针对加热温度和保温时间两个因素方面的研究；由于实验室模拟加热炉气氛比较困难，对加热炉气氛研究很少有相关报道和细致的研究。此外，经过检索中国公开专利号为CN102268518A的专利文献还公开了一种高碳钢加热脱碳的试验方法，此专利虽解决了实验室现场气氛模拟，但实验操作相对比较复杂，试验成本相对比较高。

本发明基于含多重气路动态热重分析仪的工作原理，开发了一种在实验室快速动态模拟钢氧化脱碳的试验方法，为研究线棒材的表面脱碳问题提供了一种有效的实验手段。实验结果试验结果可对钢的表面质量控制提供重要的指导数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟钢的氧化脱碳的试验方法。解决了传统方法实验操作复杂、试验成本高等问题。

为解决上述技术问题，具体步骤如下： 

1、利用线切割制备直径为4～6mm，高度为4～6mm的圆柱状氧化脱碳模拟试样；

2、试样表面经过磨抛后，再通过清洗剂进行超声波清洗处理，清洗剂是80～95%的乙醇溶液；

3、将制备好的试样放置于含多重气路的动态热重分析仪内，先进行3-5次抽真空操作，再设置试验程序为：在Ar气保护下以5～50℃/min升温速率加热到400～1400℃，加热保温时间为1～300 min；最后在Ar气保护下以5～50℃/min速率降至室温；整个实验过程中通入的气体总流量为50～250ml/min，并保持不变。在保温时通入体积百分比为2%～10% 的O₂气氛。试验程序设置好后即可进行钢的氧化脱碳模拟试验。

4、模拟试验过程中，热重分析仪通过气路程序自动切换功能实现钢样在加热→保温→冷却过程中的气氛自动转换。同时，在设置试验程序时需将保温时间、加热温度、不同浓度0₂气氛这三个参数中的其中两个参数固定，剩余一个为变量，且该变量可设置3～5个不同的值。这样试验结束后即可获得不同保温时间、不同加热温度、不同气体气氛的热重曲线及氧化脱碳模拟试样。

5、通过对样品热重曲线的测定分析，可快速了解钢的表面氧化情况。将试验后得到的氧化脱碳模拟试样经镶嵌、粗磨、细磨及酒精溶液清洗后，用2～4%的硝酸酒精溶液进行侵蚀；再用金相法按照GB/T224-2008钢的脱碳层深度测定法标准对其脱碳层深度进行测定分析，可得到钢的表面脱碳情况。

本发明的优点在于：

1、利用含多重气路的动态热重分析仪不仅实现了弹簧钢、钢帘线等线棒材在热加工过程中氧化脱碳的原位测试。

2、不需要对现有的实验设备进行改造，拓宽了热重分析仪的应用范围。

3、该试验方法简单、快捷、有效，丰富了钢的氧化脱碳研究方法。

4、试验结果对钢的表面质量控制提供了重要的指导数据。

附图说明

图1为55SiCrV弹簧钢在2%O₂气氛下保温不同时间的脱碳模拟实验结果。

图2为55SiCr弹簧钢加热到不同温度在2%O₂气氛下各保温30min的脱碳模拟实验结果。

图3为55SiCr弹簧钢加热到850℃在不同浓度O₂气氛下保温30min的脱碳模拟实验结果。

具体实施方式

实施例1