专利名称：钢板中残余奥氏体在线检测方法
技术领域：
本发明涉及检测技术，特别涉及钢板中残余奥氏体在线检测方法。
背景技术：
随着世界能源紧张局势加重，汽车向轻量化发展就显得越来越紧迫，汽车轻量化 主要措施之一就是使用高强度钢板，其中TRIP钢和Q&P钢是大力发展的汽车用高强钢板之 一，日本等世界工业发达国家对其十分重视，并纷纷进行研究和开发。TRIP (Transformation Induced Plasticity)即相变诱发塑性钢，具有高的抗拉 强度和延展性，可减轻汽车自重，降低油耗，同时还具有较强的能量吸收能力，能够抵御撞 击时的塑性变形，提升汽车的安全性。TRIP钢中有铁素体、贝氏体和少量残余奥氏体的混合 组织。利用钢中的残余奥氏体在应力作用下发生马氏体相变，从而在应力松弛下诱发高的 塑性。Q&P (quenching and partitioning)钢是一种新型的具有TRIP效应的马氏体钢， Q&P钢在强度提高的同时，仍然保持了很高的塑性，可以减轻车体重量，增强汽车抵抗撞击 能力，减小车身钢板的变形程度，提高汽车运行的安全性。TRIP和Q&P钢中残余奥氏体的数量及其碳含量是提高材料力学性能的关键参数， 它通过奥氏体在变形过程中部分转变为马氏体的原理，提高了钢的塑性。过高或过低的残 余奥氏体含量对TRIP和Q&P钢的性能都不利，过多的残余奥氏体含量会降低材料的强度， 而过少的残余奥氏体含量会减少相变诱发塑性效应的效果。残余奥氏体中的含碳量对残余 奥氏体的稳定性影响很大，如果残余奥氏体中的含碳量过低，残余奥氏体会十分不稳定，很 快就会转变成马氏体组织，使材料失去相变诱发塑性效应。由于残余奥氏体数量和残余奥氏体中碳的含量对TRIP和Q&P钢的性能影响很大。 因此，检测高强钢残余奥氏体数量和残余奥氏体中碳的含量对稳定和提高高强钢板产品质 量具有特别重要的意义。现有技术残余奥氏体检测包括X射线衍射法、金相组织分析法、磁性测量法和洛 氏、里氏硬度对比法。X射线衍射法用X射线衍射仪测量残余奥氏体数量和残余奥氏体中碳的含量，其 测量过程一般先用残余奥氏体含量标准试样来校准设备，然后用X射线衍射仪测量并记录 样品的X射线衍射强度曲线，计算X射线奥氏体衍射峰的强度值和残余奥氏晶格点阵常数， 根据奥氏体衍射峰的强度值和残余奥氏晶格点阵常数计算出残余奥氏体数量和残余奥氏 体中碳的含量。目前，X射线衍射法测量残余奥氏体数量和残余奥氏体中碳的含量用于实验室内 检测，如美国专利US5148458和US4125771。US5148458用X射线衍射法同时测量零件中的 相组成和残余应力，仪器有三个探头和一个X射线管组成。US4125771也是用X射线衍射 法测量样品中的残余奥氏体和应力，主要用于测试镍钛合金材料，该仪器有两个探头和两 个X射线管组成。以上发明主要用于机械零件中的相组成和残余应力测量，并不适合使用到TRIP钢和Q&P钢带的在线检测。金相组织分析法在光学显微镜或扫描电镜下观察和区分残余奥氏体形貌，参照 残余奥氏体标准图谱或用金相定量分析软件计算出残余奥氏体的体积分数，该方法为实验 室常规检测法，但无法实现生产线上在线检测。磁性测量法利用奥氏体无磁性、马氏体强磁性、碳化物弱磁性的性质，用磁 化强度仪测定试样的饱和磁化强度和标样饱和磁化强度，计算出钢中残余奥氏体的体 积百分数。此方法可用于现场在线测试，但影响因素较多，测量误差较大。如日本专利 JP2003090825和中国专利CN1068427。JP2003090825利用测量磁饱和量计算钢中残余奥氏 体的体积分数；CN1068427发明了一种测定钢铁零件中奥氏体含量装置及方法，其特点是 装置由交流励磁电源、磁路敞开式传感器、传感器输出信号调理线路、传感器信号处理、显 示和记录装置组成；可实现对钢铁零件中的奥氏体快速、无损定量测定，此发明用于实验室 内检测。中国专利200610166580公开了一种利用洛氏、里氏硬度对比法测量残余奥氏体 的量，它采用洛氏硬度计和里氏硬度计检测热处理工艺回火后工件的洛氏硬度值和里氏硬 度值，两种硬度计硬度结果差异越大，工件内残余奥氏体的量越多；两种硬度计硬度结果越 接近，工件内残余奥氏体的量越少，此方法也为实验室内检测方法。以上提及的金相组织分析法、磁性测量法和洛氏、里氏硬度对比法，尽管都能测量 残余奥氏体的数量，但都无法测量残余奥氏体中碳的含量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢板中残余奥氏体在线检测方法，实现实时在线检测 高强度TRIP和Q&P等钢板中残余奥氏体和奥氏体中的碳含量，为正确调控高强度钢板中的 残余奥氏体数量和奥氏体中的碳含量提供保证。为达到上述目的，本发明的技术方案是，钢板中残余奥氏体在线检测方法，采用X射线衍射法，首先，将X-射线管、X-射线 探头和测角仪放置在钢带经过的生产线中一个张紧轮附近，X-射线管和X-射线探头安装 在同一个测角仪上，X射线管的焦点、钢带表面、接收狭缝保持在同一衍射聚焦圆上，钢带表 面与测角仪中心线共面；X-射线管和X-射线探头相对钢带表面同角速度转动，钢带表面始 终和衍射聚焦圆相切；测角仪采用Θ-Θ驱动方式；然后，打开X射线管、X射线探头电源；先测第一测量点，由于X射线探头固定在测角仪上，测角仪转动到第一测量点，测 角仪的角扫描速度，0. 02度/秒 0. 1度/秒，通过X射线探头接收X射线衍射强度，传送 计算机记录；测角仪从第一测量点以1 2度/秒快速转到第二测量点，X射线探头接收X射 线衍射强度，送计算机记录；以此类推，测得五个测量点的X射线衍射强度；选用铜靶，上述五个测量点位置的范围为24.6 25. 8度，31. 5 33. 6度， 36. 5 37. 7度，40. 0 42. 3度，44. 4 45. 6度；得到五个测量点位置的X射线衍射强度；计算机记录X射线衍射强度和计算出对应的残余奥氏体量和残余奥氏体中的碳 含量；残余奥氏体量的计算式如下
Vr = 1.4Ir/(Ia+1.4Ir)其中，t是残余奥氏体含量，单位为体积分数；Ir是奥氏体的X射线衍射强度，单位为cps ；I a是铁素体的X射线衍射强度，单位为cps ；为减小织构的影响，计算时将所测量的5个衍射峰进行排列组合，即铁素体 (200)与奥氏体000)、(220), (311)组合可计算出3个残余奥氏体含量数值，把铁素体 (211)与奥氏体000)、020)、(311)组合又可计算出3个残余奥氏体含量值，共6个，最后 取其算数平均值，此值为最终残余奥氏体量。残余奥氏体的碳含量用下式进行计算w(C)r = K*ar-77. 12是残余奥氏体中碳的含量，单位为质量百分数；K是一个常数，取值范围为18. 5 23. 5 ；\是残余奥氏体的晶格常数，单位为埃，由奥氏体Q00)、(220)、(311)三个衍射 峰对应的实测衍射角θ、X-射线波长(1. 54埃)和布拉格公式计算出对应的晶面间距，由 晶面间距和相应的晶面指数求出奥氏体的晶格常数，最后由奥氏体000)、020)、(311)的 三个晶面求得的三个晶格常数分别计算得出残余奥氏体的碳含量(三个)，这三个数的平 均值就是我们所求的残余奥氏体中碳的含量。进一步，上述五个测量点采用五个位敏X-射线探测器代替X-射线探头，其每次测 量所需的测量时间将会大大缩短，可实现真正意义上的同步测量。又，本发明还可以在X-射线探头前部安装有石墨单色器。本发明的有益效果DX-射线衍射残余奥氏体在线检测方法能够准确测量出TRIP和Q&P钢板中的残 余奥氏体含量和残余奥氏体中的碳含量，因此生产过程中如果发现残余奥氏体的含量或残 余奥氏体中的碳含量过高或偏低，就可以通过调整有关生产工艺参数以实现对残余奥氏体 本身的含量和残余奥氏体中碳含量的高低进行严格控制，大大提高和稳定TRIP和Q&P钢板 的质量，显著降低产品的不良率。2)本发明是一种无损检测，对钢板不产生任何破坏，这是金相组织分析法和洛氏、 里氏硬度对比法都无法达到的。X-射线衍射残余奥氏体检测方法安装到生产线上就可以实 现TRIP和Q&P高强钢板中的残余奥氏体的含量和奥氏体中的碳含量在线自动化检测。3)由于X-射线衍射残余奥氏体检测方法是一种通过奥氏体和铁素体(马氏体) 组织的衍射峰的大小和位置来计算残余奥氏体的含量和奥氏体中的碳含量，所以检测结果 也可以用于在线反映高强钢板中的奥氏体和铁素体(马氏体)等组织的产生和变化情况， 使生产现场的员工能够根据这些信息及时调整高强钢的生产工艺以得到最佳的组织搭配。4)根据钢板中的残余奥氏体和残余奥氏体中的碳含量，可以准确反映出TRIP和 Q&P的有关机械性能，由于残余奥氏体在线检测方法能够实现连续、快速和准确的给出残余 奥氏体的含量和残余奥氏体中的碳含量，这样就为在线预测和调控高强钢板产品的机械性 能创造了条件。5)如果使用五个位敏X-射线探测器，就可以同时测量奥氏体Q00)、020)、(311) 和铁素体(马氏体)(200)、(211)共五个衍射峰的强度和位置，瞬间给出残余奥氏体的含量和残余奥氏体中的碳含量，实现真正意义上的高强钢中残余奥氏体含量和残余奥氏体中的 碳含量的同步测量。
图1为本发明钢板中残余奥氏体在线检测的示意图。
具体实施例方式参见图1，本发明钢板中残余奥氏体在线检测方法，计算机1主要负责记录和处理 测量数据；X射线衍射仪主机2为X射线管提供高电压和向测角仪3发出控制命令；X-射线 管产生一定强度的X-射线，该X-射线通过狭缝照射到生产线上正在运行中的TRIP或Q&P 高强钢带表面4 ；X-射线探头接收钢带表面产生的X-射线衍射信号。1)测试材料钢板厚度大约是1. 2mm,测试材料选用TRIP和Q&P钢板。2)测试过程(1)钢带运行速度控制在70 150米/分；(2)调节X射线管、X射线探头同钢带表面间的距离，以适合厚度为1. 2mm的钢带 的测试；(3)测角仪的角扫描速度设置两挡，0.04度/秒和2度/秒，控制X-射线管和X-射 线探头的转动和位置，测量时采用0. 04度/秒慢速扫描，当由上一测量点转到下一测量点 时采用2度/秒快速扫描；(4)选用铜靶，计算机选定θ角扫描范围为24. 6 25. 8度，31. 5 33. 6度， 36. 5 37. 7 度，40. 0 42. 3 度，44. 4 45. 6 度；(5)计算机记录X射线衍射强度和计算出对应的残余奥氏体量和残余奥氏体中的
碳含量。对TRIP1，TRIP2，Q&P1和Q&P2进行了测试，残余奥氏体体积分数和碳含量实测结 果见表3。下面以TRIPl为例给出残余奥氏体量和残余奥氏体中的碳含量的测试与计算数 据。表1 TRIPl的X射线衍射强度和衍射角度
权利要求
1.钢板中残余奥氏体在线检测方法，采用X射线衍射法，首先，将χ-射线管、χ-射线探 头和测角仪放置在钢带经过的生产线中一个张紧轮附近，X-射线管和X-射线探头安装在 同一个测角仪上，X射线管的焦点、钢带表面、接收狭缝保持在同一衍射聚焦圆上，钢带表面 与测角仪中心线共面；X-射线管和X-射线探头相对钢带表面同角速度转动，钢带表面始终 和衍射聚焦圆相切；测角仪采用Θ-Θ驱动方式；然后，打开X射线管、X射线探头电源；先测第一测量点，由于X射线探头固定在测角仪上，测角仪转动到第一测量点，测角仪 的角扫描速度，0. 02度/秒 0. 1度/秒，通过X射线探头接收X射线衍射强度，传送计算 机记录；测角仪从第一测量点以1 2度/秒快速转到第二测量点，X射线探头接收X射线衍 射强度，送计算机记录；以此类推，测得五个测量点的X射线衍射强度；选用铜靶，上述五个测量点位置的范围为24. 6 25. 8度，31. 5 33. 6度，36. 5 37. 7度，40. 0 42. 3度，44. 4 45. 6度；得到五个测量点位置的X射线衍射强度；计算机记录X射线衍射强度和计算出对应的残余奥氏体量和残余奥氏体中的碳含量； 残余奥氏体量的计算式如下 Vr = 1. 4Ir/(Ia+l. 4Ir)其中，t是残余奥氏体含量，单位为体积分数； 仁是奥氏体的X射线衍射强度，单位为cps ； Ia是铁素体的X射线衍射强度，单位为cps ；计算时，将所测量的5个衍射峰进行排列组合，即铁素体Q00)与奥氏体000)、 (220), (311)组合可计算出3个残余奥氏体含量数值，把铁素体011)与奥氏体000)、 (220), (311)组合又可计算出3个残余奥氏体含量值，共6个，最后取其算数平均值，此值 为最终残余奥氏体量；残余奥氏体的碳含量用下式进行计算 W(C)r = K*ar-77. 12是残余奥氏体中碳的含量，单位为质量百分数； K是一个常数，取值范围为18. 5 23. 5 ；^是残余奥氏体的晶格常数，单位为埃，由奥氏体000)、(220), (311)三个衍射峰对 应的实测衍射角θ、X-射线波长和布拉格公式计算出对应的晶面间距，由晶面间距和相应 的晶面指数求出奥氏体的晶格常数，最后由奥氏体三个晶格常数分别计算得出三个残余奥 氏体的碳含量，求其平均值最终得到残余奥氏体中碳的含量。
2.如权利要求1所述的钢板中残余奥氏体在线检测方法，其特征是，上述五个测量点 采用五个位敏χ-射线探测器χ-射线探头。
3.如权利要求1所述的钢板中残余奥氏体在线检测方法，其特征是，在X-射线探头前 部安装有石墨单色器。
全文摘要
钢板中残余奥氏体在线检测方法，采用X射线衍射法，首先，将X-射线管、X-射线探头和测角仪放置在钢带经过的生产线中一个张紧轮附近，X-射线管和X-射线探头安装在同一个测角仪上，X射线管的焦点、钢带表面、接收狭缝保持在同一衍射聚焦圆上，钢带表面与测角仪中心线共面；X-射线管和X-射线探头相对钢带表面同角速度转动，钢带表面始终和衍射聚焦圆相切；通过计算机记录X射线衍射强度和计算出对应的残余奥氏体量和残余奥氏体中的碳含量。本发明实现实时在线检测高强度TRIP和Q&P等钢板中残余奥氏体和奥氏体中的碳含量，为正确调控高强度钢板中的残余奥氏体数量和奥氏体中的碳含量提供保证。
文档编号G01N23/207GK102135506SQ201010101209
公开日2011年7月27日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者喻学斌 申请人:宝山钢铁股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
