[发明专利]一种钢材全形态晶粒的快速测量、精细分类方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁材料显微组织全形态晶粒的金相分析领域，具体涉及一种钢材全形态晶粒的快速测量、精细分类方法。

背景技术

随着钢铁材料科技的飞速发展，各类钢材的研发已经逐渐建立在成分、组织和性能定量关系的基础上，意即对于钢材可以通过制备和各种后续工艺控制其显微组织从而获得所需的性能。定量金相分析正是研究金属材料成分、组织、工艺及性能之间关系的重要方法，通过对各种钢材金相组织的定量分析，在其微观组织和宏观性能间构建定量关系。为探明钢中晶粒的所有形态及粒径对钢的力学性能影响规律，尤其是非等轴晶粒中的条状、粗针状、尖针状等晶粒对钢材塑韧性的影响规律，就必需对其进行精确表征与分类，以确保其组织及性能的可控性。

目前, 因现有定量金相分析方法只能进行钢铁材料晶粒的面积及粒径的测量，而对于所有晶粒的形态表征及其形态分类则均未涉及。因此，在进行新钢种研发的成分、工艺、组织及其性能控制时，该项工作只能依靠人工或半人工测量、分析模式进行，而此模式必然产生人为误差，测量分类结果精度低、效率低以及大量占用人力。若能利用先进的图像处理分析技术，则能有效解决上述问题。

钢铁材料的晶粒面积及粒径的测量工作现在主要采用以下两种方法：一种方法是钢铁行业长期沿用的传统全人工模式方法：图像网格划分法，该方法首先在金相图片上划分N行M列的网格（行距等于列距），然后对视场内晶粒进行人工计数，并将已知的网格总面积除以人工计数所得的晶粒总个数，由此得到该视场晶粒的平均面积，再利用相应的等积圆的几何面积公式反推计算求出该金相图片晶粒的平均粒径。另一种方法是近年来较为流行的半人工模式方法：图像处理软件法，该方法首先通过商用PHOTOSHOP图像软件中的魔棒工具把待测金相图像中需要测量的晶粒选择出来，然后应用商用IMAGE-PRO-PLUS图像软件的COUNT模块对选择出来的的晶粒进行编号，再用该软件的MEASURE模块对所有编号晶粒进行晶粒测量并求出该金相图片的平均粒径。上述两种方法的主要缺点是只能进行晶粒测量且只能得到平均粒径，意即不能对粒径进行分类，更谈不上晶粒形态的表征及其分类工作，且其粒径分类工作需要后期再附加的人工模式加以实现。此外，这两种方法均无法解决金相图像中常见的晶界缺失、晶内孔洞等问题，必须由人工手动模式对缺失晶界和晶内孔洞分别加以连接还原和填充后方可进行晶粒测量工作，而由此人工手动模式，则势必导致其测量结果精度偏低、耗时太长等问题，使得材料晶粒的精确测量及分类工作成为新材料研发工作的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提出一种基于晶粒形态特征的钢材全形态晶粒的快速测量、精细分类方法，利用计算机实现对钢铁材料全形态晶粒的高效测量、精确分类。

本发明的技术方案是采用如下步骤：（1）用图像采集系统获取钢材金相组织原始图像，对原始图像依次进行滤波、去噪、灰度修正、二值分割处理，得到目标晶粒二值图像，再对目标晶粒二值图像还原；（2）对还原后的图像设定标尺并对各目标晶粒进行区域标定，分别提取目标晶粒的形态特征参数:面积、周长、粒径、长宽比、圆形度、形态系数、晶内极角；（3）用圆形度C的一级阈值C₁、形态系数M的一级阈值M₁区分出等轴、非等轴晶粒；（4）用圆形度C的二级阈值C₂、形态系数M的二级阈值M₂从等轴晶粒中区分出类圆形、多边形晶粒；用长宽比T₁和晶内极角                                                的一级阈值₁、二级阈值₂从非等轴晶粒中识别出类条状、条状晶粒以及粗针、尖针状晶粒。

当圆形度C的一级阈值C₁ ≥0.768且形态系数M的一级阈值M₁ ≥0.65时，视为等轴晶粒，否则视为非等轴晶粒；对于等轴晶粒，当圆形度C的二级阈值C₂ ≥0.907且形态系数M的二级阈值M₂ ≥0.88时，视为类圆形晶粒，否则，视为多边形晶粒；对于非等轴晶粒，当长宽比T₁ ≤2.306时，视为类条状晶粒；对于长宽比T₁ ≥2.306的非等轴晶粒，当晶内极角的一级阈值₁ ≥ 40⁰时，视为条状晶粒；当晶内极角的二级阈值₂  ≤ 30⁰时，视为尖针状晶粒，否则视为粗针状晶粒。