一种低合金钢低倍断口兰脆工艺方法

摘要

本发明公开了一种低合金钢低倍断口兰脆工艺方法，包括对委托试样热处理，进行机加工、压断，然后进行兰脆处理；开发出了低合金钢断口兰脆的热处理工艺：确定了加热温度、保温时间、放置方法、加热设备、组织形态分析；使兰脆效果达到最佳状态，从而提高了低倍夹杂物评级的准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低合金钢低倍断口兰脆工艺方法，属于钢材断口检验技术领域。

背景技术

钢-铁-检测标准（SEP  1584）：兰脆试验是检测已变形钢产品横断面上非金属杂质的存在概况，这些杂质不用放大工具就能看到（长度＞1.5mm，宽度＞0.05mm），在兰-回火颜色的温度区内约330℃将其加热到兰-回火颜色上。

国家标准中只提供了理论兰脆温度，但对热处理工艺及兰脆效果未进行详细说明。一直以来，试验者只能通过多年经验和加大试验量等方式来达到兰脆效果，即使这样，最佳兰脆效果应为何状态也很模糊。为了满足国家标准要求，更易于低倍检验对组织夹杂物状态的评级判定，需要了解影响断口兰脆效果的因素，开发兰脆的热处理工艺方法，确定最佳兰脆效果。

发明内容

低倍断口表面发生兰脆时，其夹杂物形态会呈现白色颗粒状或细条状，缺陷更易于显现，为了满足钢材低倍断口夹杂物的评级判定，更加清晰准确地对断口试样的夹杂物组织状态进行低倍分析，本发明提供一种低合金钢低倍断口兰脆工艺方法，开发出了低合金钢断口兰脆的热处理工艺，使兰脆效果达到最佳状态，从而提高了低倍夹杂物评级的准确性。

本发明提供的一种低合金钢低倍断口兰脆工艺方法，包括对委托试样热处理，进行机加工、压断，然后进行兰脆处理；其特征在于具体包括以下内容：

1、加热温度

加热温度是低倍断口产生兰脆的主要因素。低合金钢的兰脆理论温度为300℃左右，通过热处理不同温度的试验，确定了温度选择范围在370~410℃，最佳兰脆温度为400℃，要求试样要到温入炉。

当加热温度低于350℃时，断口面兰脆程度较浅，不利于评级判定；当温度高于420 ℃时兰脆速度转变太快，由于两块断裂试样叠放一起，导致两块试样的兰脆转变时间不同，下面一块完成兰脆时，上面还在进行兰脆，当上面完成兰脆时，下面兰脆效果减弱，无法控制兰脆最佳效果。所以最后确定的加热温度范围如表1所示。

表1

2、保温时间

保温时间是低倍断口兰脆的重要因素之一。由于断口兰脆转变是个中间过程，时间的长短起决定性的作用。如果时间太短，兰脆转变形成不完全；如果时间太长，则兰脆转变结束。根据实验发现，整个断口兰脆过程是由加热初期→发红→发紫蓝→深蓝→浅蓝→发灰而完成转变，断口兰脆是个中间过程，所以要严格控制好保温时间，防止兰脆转变结束。

根据加热温度的选择范围在370~410℃之间，确定相应的保温时间为100min~30min，且每次热处理兰脆断口试样数量为1炉两块。

3、放置方法

为了确保兰脆转变均匀，通过实验确定试样需要平行于炉口方向放置；其次，在试样装炉或出炉时要采取防护措施，保护好断口面不发生任何碰撞，以免影响低倍正确评级。       

断口检验试样的放置位置决定着兰脆的效果，是断口产生兰脆的重要因素之一。当试样断口面垂直于炉口放置时，受氧脆气氛时间的影响，断口面接近炉口位置最先发生兰脆现象，可是当炉膛后部断面发生兰脆时，炉口断面兰脆结束又转变为其他颜色；当断口面在加热炉内朝上放置时，断口面也会造成兰脆程度不均匀现象。

4、加热设备

由于低倍断口检验试样规格一般为直径×厚度=（200~400）mm×20mm，所以在选择加热炉时要选用炉口宽度大于钢材直径的加热设备；    

表2

首先按照表2工艺进行实验，中心断裂后试样受加热炉炉膛内径限制，两个断口面只能面向热元件方向叠放。在试验过程中发现，断口兰脆程度很不均匀，接近炉口位置断面发蓝时，里面断口面还未发生变化，可是当里面断口面发蓝时，炉口位置断口面又变浅蓝或褐色，如果要使整个断口面蓝脆均匀，时间难以把握。

按照兰脆原理，试样发生兰脆必须有良好的氧化气氛，炉口的氧含量充足优先发生兰脆。在试验中发现，整个兰脆的转变过程时间是很重要的因素，试样的放置方法位置也严重影响着兰脆效果。

表3

然后按照表3设定的工艺试验，采用大加热炉进行加热，对试样两个断口面的放置采用不同朝向，分别是炉口方向、炉顶方向、热元件方向三种方法进行试验。试验结果发现，断口面向炉口方向整体兰脆比较均匀，但是，断口面断裂凸凹不均匀部分，不能产生兰脆。另外，在实验过程中发现，当热处理温度低于350℃时，低倍断口不能产生兰脆现象，当热处理温度大于420℃时，低倍断口面兰脆速度太快，当转变完成后，有的先发生兰脆的区域颜色已经转变为灰色。

5、组织形态分析

试片断口采用50吨弯曲试验机垂直下压静态力制取，断裂后的断口存在较大差异，断口的不同形态直接影响试片兰脆效果。当断口表面撕裂状组织较多时，兰脆效果很不均匀，撕裂状组织表面几乎未发生兰脆；当断口表面断裂均匀，无撕裂状组织存在时，兰脆效果很均匀。因此，考虑此现象与钢材的组织状态有关。

经了解，钢材的交货状态一般为正火态和退火态。通过金相对不同断口状态进行了分析，当钢材处于正火态时，断口表面断裂均匀；当钢材处于退火态时，断口表面断裂很不均匀。

经过实验得出，最优化的热处理工艺参数为：加热温度优选400 ℃，对应的保温时间为40分钟。

当委托检验试样热处理状态为正火态时，直接进行机加工、压断，然后进行兰脆处理，考虑到最佳兰脆效果、工作效率和节约能源因素，确定热处理兰脆工艺为400 ℃，保温时间为40分钟，要求试样到温入炉，低倍断口面兰脆效果为深蓝色；当委托检验试样热处理状态为退火态时，先进行正火，热处理工艺为温度850 ℃，保温30分钟，空冷至室温后进行机加工、压断，然后进行兰脆热处理，工艺为400 ℃入炉，保温时间为40分钟；当不能确定组织状态时，通过金相分析确认其组织状态后再进行下一步工艺操作。

本发明的有益效果：通过试验确定了低合金钢断口兰脆热处理工艺方法，兰脆效果可作为评级判定的参考标准。该方法既满足了国家标准要求，又对具体工艺及效果进行了确定，为钢材断口兰脆夹杂物的评级判定提供了一套切实可行的试验方法，明确了低合金钢断口兰脆检验的处理工艺。根据本发明的处理方法，断口经过兰脆热处理后，其白色夹杂物形态明显显现，可以有效对钢材缺陷进行评级判定。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

1、热处理工艺试验 

按照标准要求，低倍断口检验试样规格一般为钢材的直径×厚度=（200~400）mm×20mm，根据有关资料了解热处理的工艺温度，确定工艺路线，展开试验。  

按照表2工艺进行实验，中心断裂后试样受加热炉炉膛内径限制，两个断口面只能面向热元件方向叠放。在试验过程中发现，断口兰脆程度很不均匀，接近炉口位置断面发蓝时，里面断口面还未发生变脆，可是当里面断口面发蓝时，炉口位置断口面又变浅蓝或褐色，如果要使整个断口面兰脆均匀，时间很难把握。

按照兰脆原理，试样发生兰脆必须有良好的氧脆气氛，炉口的氧含量充足优先发生兰脆。在试验中发现，整个兰脆的转变过程时间是很重要的因素，试样的放置方法位置也严重影响着兰脆效果。

按照表3工艺试验，采用大加热炉进行加热，对试样两个断口面的放置采用不同朝向，分别是炉口方向、炉顶方向、热元件方向三种方法进行试验。试验结果发现，断口面向炉口方向整体兰脆比较均匀，但是，断口面断裂凸凹不均匀部分，不能产生兰脆，

另外，在实验过程中发现，当热处理温度低于350℃时，低倍断口不能产生兰脆现象，当热处理温度大于420℃时，低倍断口面兰脆速度太快，瞬间全部转变完成后，有的区域颜色已经转变为灰色。

2、加热温度和保温时间

根据上述热处理工艺试验过程得知，加热温度是低倍断口产生兰脆的主要因素。低合金钢的兰脆理论温度为300℃左右，通过热处理不同温度的试验，确定了温度选择范围在370~410℃，最佳兰脆温度为400℃，要求试样要到温入炉。

确定的理由是：当加热温度低于350℃时，断口面兰脆程度较浅，不利于评级判定；当温度高于420 ℃时兰脆速度转变太快，由于两块断裂试样叠放一起，导致两块试样的兰脆转变时间不同，下面一块完成兰脆时，上面还在进行兰脆，当上面完成兰脆时，下面兰脆效果减弱，无法控制兰脆最佳效果。所以最后确定的加热温度范围如下表所示。

 保温时间是低倍断口兰脆的重要因素之一。由于断口兰脆转变是个中间过程，时间的长短起决定性的作用。如果时间太短，兰脆转变形成不完全；如果时间太长，则兰脆转变结束。根据加热温度的选择范围在370~410℃之间，确定相应的保温时间为100min~30min，且每次热处理兰脆断口试样数量为1炉两块。

3、放置方法

为了确保兰脆转变均匀，通过实验确定试样需要平行于炉口方向放置。由于低倍断口检验试样规格一般为直径200~400mm×20mm(厚度)，所以在选择加热炉时要选用炉口宽度大于钢材直径的加热设备。其次，在试样装炉或出炉时要采取防护措施，保护好断口面不发生任何碰撞，以免影响低倍正确评级。       

断口检验试样的放置位置决定着兰脆的效果，是断口产生兰脆的重要因素之一。当试样断口面垂直于炉口放置时，受氧化气氛时间的影响，断口面接近炉口位置最先发生兰脆现象，可是当炉膛后部断面发生兰脆时，炉口断面兰脆结束又转变为其他颜色；当断口面在加热炉内朝上放置时，断口面也会造成兰脆程度不均匀现象。

4、组织分析

试片断口采用50吨弯曲试验机垂直下压静态力制取，断裂后的断口存在较大差异，断口的不同形态直接影响试片兰脆效果。当断口表面撕裂状组织较多时，兰脆效果很不均匀，撕裂状组织表面几乎未发生兰脆；当断口表面断裂均匀，无撕裂状组织存在时，兰脆效果很均匀。因此，考虑此现象与钢材的组织状态有关。

经了解，钢材的交货状态一般为正火态和退火态。通过金相对不同断口状态进行了分析，当钢材处于正火态时，金相下晶粒度大于7级，断口表面断裂均匀；当钢材处于退火态时，金相下晶粒度小于7级。断口表面出现断裂很不均匀。

组织状态决定着断口产生兰脆的最佳效果，是重要因素之一。钢材为退火态时，其组织为珠光体组织。从试验结果可以看出，当组织状态为退火态时，其试样断口面撕裂状组织较多，断面显现凹凸不均匀状态，兰脆转变效果很差，通过热处理正火后，晶粒发生细化，形成索氏体组织，试样经过压断后，断口面无撕裂状组织，组织分布均匀，兰脆效果很好。

5、试样制备

断口兰脆检验试样，首先经过机加工设备进行刻槽，要求深度不得大于直径或厚度的30%，然后采用50吨以上弯曲试验机制取断口试样，试样从断裂后到热处理之前，断口面不得进行接触和碰撞，保持干净完好。

6、判定标准

由于夹杂物的形态为白色条状或粒状，通过对比，当断面呈深蓝色时，其夹杂物的颜色形态会更加明显，有利于评级判定。

7、转变过程

整个断口兰脆过程是由加热初期→发红→发紫蓝→深蓝→浅蓝→发灰而完成转变，断口兰脆是个中间过程，所以要严格控制好保温时间，防止兰脆转变结束。

8、影响因素

    在试验过程中发现，影响低倍断口兰脆的因素有加热温度、保温时间、放置方法及组织状态，各种因素相辅相承才能使低倍断口面产生兰脆，缺一不可。

9、确定工艺路线

当委托检验试样热处理状态为正火态时，直接进行机加工、压断，然后进行兰脆处理，考虑到最佳兰脆效果、工作效率和节约能源因素，确定热处理兰脆工艺为400 ℃，保温时间为40分钟，要求试样到温入炉，低倍断口面兰脆效果为深蓝色；当委托检验试样热处理状态为退火态时，先进行正火，热处理工艺为温度850 ℃，保温30分钟，空冷至室温后进行机加工、压断，然后进行兰脆热处理，工艺为400 ℃入炉，保温时间为40分钟；当不能确定组织状态时，通过金相分析确认其组织状态后再进行下一步工艺操作。