原位统计分布分析特征参数与钢铁工艺及材料性能的相关性研究

摘要

原位统计分布分析技术是由我国科学家首创的一项新技术，旨在运用统计特征参数全面表征材料性能与质量。前期的研究集中在火花源原位统计分布分析仪器的研制、原位统计方法的建立以及夹杂物原位统计分析方法研究等方面，而关于原位统计分布分析特征参数与钢铁材料性能及工艺的相关性的系统研究尚属空白。 本文以定量表征钢铁材料成分及性能的均匀性为目标，在建立了原位统计分布分析特征参数的基础上，重点研究原位统计分布分析特征参数与硫印评级、材料性能(硬度)以及连铸冶金工艺控制参数的相关性，为材料科学和冶金新工艺研究提供分析测试技术的支撑。 在原位统计分布分析特征参数与硫印评级相关性研究方面，重点考察了连铸连轧低碳钢铸坯和不锈钢坯的最大偏析度、统计偏析度、统计均匀度等原位统计分布分析特征参数与硫印评级的相关性。实验结果表明统计偏析度不受区间限制，不受个别点的影响，与传统的硫印评级对应性更好。统计偏析度和硫印评级存在定量转换关系，定量转换公式符合对数关系式：Y=ALnX+K，其中Y为硫印评级数，X为统计偏析度，A、K为与钢种相关的常数。该结论将推动原位统计分析技术直接应用于冶会现场的产品质量控制。 在原位统计分布分析特征参数与冶金工艺控制参数的相关性研究方面，以薄板坯连铸连轧工艺参数优化为目标，重点考察了拉速、过热度、软压下等工艺参数的变化对连铸板坯的各元素原位统计分布参数的影响。实验结果表明：低拉速工艺有助于减轻C、Mn、P等元素的偏析，而Si、S等元素则相反；低过热度可明显减轻C、P、S元素的偏析，而Mn、Si元素分布对钢水浇注温度不敏感；动态软压下会使样品C、Mn、P、S等元素的“带状”中心偏析得到不同程度的减轻，但是动态软压下不能根本改善偏析状况，只是将集中的“带状”偏析分散成“点状”偏析。上述结论为薄板坯连铸连轧新工艺研究提供了分析测试技术支撑。 在原位统计分布分析特征参数与材料硬度的相关性研究方面进行了初步探讨，在成功研制快速扫描测定大尺度截面上硬度分布的硬度分布测量仪的基础上，考察了中低合金钢中各元素成分对硬度的影响，并以硬度分布的形式指示材料的偏析和疏松的状况。该研究结论意义在于当获得大尺度截面各元素成分分布图后，将可预测材料的本文的创新点表现在：1)首次归纳总结统计偏析度和硫印评级存在定量转换关系，定量转换公式符合对数关系式；2)首次将原位统计分布分析技术拓展到力学测试领域，提出硬度分布测量分析技术；3)首次考察了拉速、过热度、软压下等工艺参数的变化对连铸板坯的各元素原位统计分布参数的影响。

目录

摘要

第一章选题与文献综述

1.1选题的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1钢铁材料的偏析度分析方法研究

1.2.2钢铁材料的硬度试验方法研究

1.2.3原位统计分布分析技术研究

1.3主要研究内容与研究方案

第二章大尺度截面原位统计分布分析特征参数的建立

2.1大尺度截面原位统计数据的获取

2.2大尺度截面原位统计分布分析特征参数的建立

2.3本章小结

第三章原位统计分布分析特征参数与硫印检测的相关性研究

3.1低碳钢板坯原位统计分布分析特征参数与硫印评级的相关性研究

3.1.1硫印方法

3.1.2硫印材料和试剂

3.1.3硫印试验程序

3.1.4原位实验条件

3.1.5样品

3.1.6结果与讨论

3.1.7低碳钢硫元素统计分布分析特征参数与硫印评级定量转化公式的建立

3.2不锈钢板坯原位统计分布分析特征参数与硫印评级的相关性研究

3.2.1仪器和主要的技术参数

3.2.2试样

3.2.3结果与讨论

3.2.4不锈钢硫元素统计分布分析特征参数与硫印评级定量转化公式的建立

3.3本章小结

第四章原位统计分布分析特征参数与冶金工艺控制的相关性研究

4.1不同拉速对原位统计分布分析特征参数的影响

4.1.1实验仪器和方法

4.1.2试样

4.1.3结果和讨论

4.1.4结论

4.2不同过热度对原位统计分布分析特征参数的影响

4.2.1实验仪器和方法

4.2.2试样

4.2.3结果和讨论

4.2.4结论

4.3轻压下对原位统计分布分析特征参数的影响

4.3.1实验仪器和方法

4.3.2试样

4.3.3结果和讨论

4.3.4结论

4.4连铸极坯整体横截面原位统计分布分析特征参数的建立

4.4.1实验仪器和方法

4.4.2试样

4.4.3结果和讨论

4.4.4结论

4.5本章小结

第五章原位统计分布分析特征参数与钢铁材料硬度的相关性初探

5.1大尺度截面硬度分布分析的技术难点

5.2硬度分布测量仪的研制

5.2.1试验装置的建立

5.2.2硬度分布测量仪的特征信号与曲线

5.2.3硬度分布测量仪的测量精度

5.2.4硬度分布测量仪下压速度的影响

5.2.5硬度值与下压深度的关系

5.2.6便度分布测量仪硬度值与标准便度值的换算公式

5.3中低合金钢中成分与硬度的关系式

5.4铸坯硬度原位统计分布分析特征参数的建立

5.4.1试验样品和条件

5.4.2结果与讨论

5.4.3便度分布图谱与原位成分分布图谱的对照

5.4.4硬度分布的频度分析

5.4.5硬度最大偏离度的建立

5.4.6硬度分布的统计偏离度的建立

5.5铸坯疏松与硬度的相关性研究

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1本文的主要结论

6.2创新点

6.3今后工作展望

参考文献

附录

致谢