本發(fā)明屬于鋼材組織分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)構(gòu)鋼棒材帶狀組織級別的預(yù)報方法。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)鋼是最重要零部件用鋼，因此汽車廠對結(jié)構(gòu)鋼的質(zhì)量要求越來越高。結(jié)構(gòu)鋼中一般含有較高的Mn、Cr等合金元素，在連鑄生產(chǎn)時，由于選分結(jié)晶作用，在凝固過程中形成枝晶及偏析，軋制后形成帶狀組織。嚴(yán)重的帶狀組織在零件熱處理后不但增加變形，而且降低其疲勞壽命。

目前帶狀組織檢驗(yàn)依據(jù)為國標(biāo)GB/T13299-1991《鋼的顯微組織評定方法》。該標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)帶狀組織的連續(xù)性評價熱軋材帶狀組織等級。盡管通過控制控冷能降低的帶狀組織的級別，熱處理后帶狀組織依然很嚴(yán)重。中國第一汽車股份有限公司制定了帶狀企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CAM-10.1-2013《結(jié)構(gòu)鋼組織偏析評定第1部分：帶狀組織》，該標(biāo)準(zhǔn)正在成為汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。他們提出采用等溫退火的方式獲得平衡態(tài)組織，并根據(jù)鐵素體帶寬來評價帶狀組織級別。同時建議最大鐵素體帶寬小于80μm為合格。

由于該標(biāo)準(zhǔn)面世不久，目前尚沒有一種能夠快速預(yù)報結(jié)構(gòu)鋼帶狀組織級別的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)鋼棒材帶狀組織級別的預(yù)報方法，解決了快速預(yù)報給定工藝條件下結(jié)構(gòu)鋼棒材的帶狀組織級別的問題。它基于凝固過程，能夠快速預(yù)報給定工藝條件下結(jié)構(gòu)鋼棒材的帶狀組織級別，從而判斷該工藝生產(chǎn)是否可行。

研究表明，等溫退火后帶狀組織中鐵素體對應(yīng)于合金元素貧化區(qū)，而珠光體區(qū)域?qū)?yīng)于合金元素富化區(qū)。因此等溫退火后帶狀組織級別取決于軋材合金元素貧化區(qū)的寬度。而軋材合金元素的貧化區(qū)主要受連鑄坯的枝晶間距和壓縮比的影響。

一種結(jié)構(gòu)鋼棒材帶狀組織級別的預(yù)報方法，具體步驟及參數(shù)如下：

1)根據(jù)連鑄工藝參數(shù)，利用有限元模擬獲得的連鑄坯1/4處的冷卻速率v；

2)二次枝晶間距由公式1表示，公式1為：

v為冷卻速率，℃/s；w_c為以質(zhì)量百分比計C含量；

將有限元模擬獲得的連鑄坯1/4處的冷速v和鋼中的C含量帶入公式1，得到二次枝晶間距平均值λ₂；近似的認(rèn)為二次枝晶間距服從平均值為λ₂和均方差為0.65λ₂的正態(tài)分布；利用λ₂和該分布特點(diǎn)計算出最大的5％作為λ_2max；

二次枝晶間距服從參數(shù)為(λ₂，0.65λ₂)的正態(tài)分布是根據(jù)我們大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出的。由于一汽帶狀企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CAM-10.1-2013要求測量最大鐵素體寬度，所以需要預(yù)測最大的二次枝晶間距。我們大量的統(tǒng)計試驗(yàn)表明利用最大的5％作為λ_2max和試驗(yàn)結(jié)果吻合最好。

3)棒材等溫退火后鐵素體帶寬和連鑄坯二次枝晶間距以及壓縮應(yīng)變的關(guān)系為：

公式2：L＝λ₂exp(-ε)

式中：L為棒材等溫退火后鐵素體帶寬；ε為壓縮應(yīng)變；

棒材軋制應(yīng)變可以近似由公式3給出，

公式3：

式中：D₀為圓坯的直徑或者方坯等效圓的直徑；d為棒材直徑；

該公式是根據(jù)我們大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的；如圖1中黑圓點(diǎn)為連鑄坯二次枝晶臂間距255μm；理論計算的帶狀組織平均鐵素體寬度和軋材直徑如圖中的虛線所示；實(shí)測的鐵素體平均帶寬和軋材直徑的關(guān)系如圖中的正方形所示；實(shí)測值和理論計算值很吻合；

4)將λ_2max帶入公式2，可以得出帶狀組織的最大寬度L_max，利用L_max確定帶狀組織的級別，當(dāng)L_max小于80μm時，該生產(chǎn)工藝可行。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：采用本發(fā)明的預(yù)報方法，能快速預(yù)報合金鋼棒材帶狀組織的級別，從而確定合適的生產(chǎn)工藝。

附圖說明

圖1為軋材鐵素體帶寬和軋制規(guī)格的關(guān)系圖。

圖2為連鑄坯1/4處的冷速得到冷速和溫度的關(guān)系圖。

圖3為帶狀組織中鐵素體帶寬預(yù)測值和實(shí)測值的對比圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

將帶狀組織快速預(yù)報方法應(yīng)用到通鋼的齒輪鋼20CrMnTiH的帶狀組織預(yù)報。通鋼連鑄坯尺寸為200mm×200mm。連鑄參數(shù)為：連鑄過熱度30℃，比水量0.3L/kg，拉速1m/s。利用有限元分析連鑄坯1/4處的冷速得到冷速和溫度的關(guān)系如圖2所示。從圖中可以看出凝固期間，連鑄坯1/4處的冷速為0.1℃/s。將其代入公式1，可以得到，1/4處的二次枝晶間距λ₂為259μm。根據(jù)二次枝晶的分布規(guī)律，可以獲得λ_2max為544μm。將λ_2max代入公式2和3可得軋材規(guī)格和帶狀組織中鐵素體最大帶寬的關(guān)系，如圖3所示。圖中直虛線為預(yù)測值，而實(shí)心點(diǎn)為實(shí)測值，從圖中可以看出，兩者很吻合。從圖中可以看出，在該工藝條件下，棒材規(guī)格小于40mm可以滿足鐵素體帶寬小于80μm的要求。