專利名稱：：用于分析板坯氫含量分布的取樣方法及其取樣鉆頭的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種分析板坯氫含量分布的取樣方法，以及實施該取樣方法的鉆頭，采用該方法及鉆頭可以對不同放置時間下的鑄坯取樣，得到表征固體板坯中氫元素分布特征的氣體分析試樣。
背景技術：
：鋼水凝固成為鑄坯的過程中，氫在平衡分配指數(shù)作用下向鑄坯中心匯集，凝固后的鑄坯中心氫含量較高。在鑄坯冷卻過程中，氫一方面從鑄坯表面向外部擴散，另一方面在鑄坯內(nèi)部疏松組織或MnS夾雜物周圍析出，引起氫致裂紋。在軋成鋼板以后的冷卻過程中，氫重新在偏析組織或夾雜物尖角等處富集析出，促進裂紋的形成和擴展，影響鋼板的使用性能。掌握氫在固態(tài)鑄坯中的分布規(guī)律對研究裂紋等缺陷的形成非常重要，但是生產(chǎn)中測量氫元素在鑄坯中的分布一直是技術上的難點。數(shù)值計算只能得到可擴散氫的分布，實際鑄坯氫含量必須取樣測量。通常的機加工制樣方法，如車削圓柱試樣等都需要很長時間，而氫的擴散速度很快，得到的試樣難以準確反映鑄坯實際氫含量，而且制樣費時費力，難以進行大批量測量。另外，板坯一般斷面尺寸較大，沿拉坯方向留鑄坯試樣太長不僅增大成本，而且重量太大不易操作，留試樣太小則無法反映實際鑄坯氫含量，因此需要確定最合理的試樣尺寸。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是建立一種分析板坯氫含量分布的取樣方法，并設計一種專用取樣鉆頭，在盡可能減少鑄坯消耗的情況下，簡單迅速地從鑄坯斷面任意位置取出氣體分析試樣，分析鑄坯不同位置氫含量的分布。本發(fā)明解決其技術問題所涉及的一種分析板坯氫含量分布的取樣方法采用如下步驟進行，1)按照如下公式對板坯可擴散氫含量隨時間的變化進行計算，得到不同放置時間的板坯試樣內(nèi)可擴散氫含量分布情況，按照至少有一條氫濃度等值線沿拉坯方向開始偏轉為標準，判斷板坯試樣的測氫有效區(qū)域，確定能夠保留原鑄坯氫分布特征的最小試樣尺寸；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式1中C為氫的濃度，D為氫擴散系數(shù)，f為時間，；c、y、z為坐標。2)用二次曲線描述最小試樣尺寸與放置時間的關系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(2)其中f為鑄坯凝固后至取樣分析的時間、/為保留氫分布特征的沿拉坯方向的最小試樣尺寸，"、&和0為待定系數(shù)；由第一步方法計算得到5組以上鑄坯放置時間與最小試樣尺寸的數(shù)據(jù)，采用回歸分析方法計算系數(shù)a、6和c，建立最小試樣尺寸與放置時間的關系。3)根據(jù)鑄坯實際放置時間，由公式2確定最小鑄坯試樣尺寸并在鑄坯上取樣，將有效試樣(11)從鑄坯試樣中切出，用專用取樣鉆頭在目標位置鉆通有效試樣(11)，得到直徑4-8mm的圓柱試樣(12)，用液氮保護防止氫逸出并在2小時內(nèi)送檢驗分析。用于分析板坯氫含量分布的取樣方法的鉆頭，設計為空心鉆，其特征在于:所述的空心鉆有周鉆刃(4)、端鉆刃(5)和內(nèi)鉆刃(6)，內(nèi)鉆刃(6)環(huán)繞著內(nèi)孔(8)分布，排屑槽(7)與內(nèi)鉆刃(6)相切，其另一端向柄部延伸至周鉆刃(.4)以外，內(nèi)孔(8)直徑為4-8mm，內(nèi)孔(8)—端開口于刀頭，被內(nèi)鉆刃(6)圍繞，另一端與側孔(9)相通。通過數(shù)值計算方法對板坯可擴散氫含量隨時間的變化進行計算，確定能夠反映板坯氫含量特征的最小試樣尺寸，從而建立鑄坯放置時間與留樣尺寸的對應關系。根據(jù)鑄坯尺寸和實際放置時間，由對應關系確定需要的試樣尺寸并取樣，利用專用的取樣鉆頭取氣體分析試樣送檢驗分析，得到鑄坯被檢驗位置的氫含量?？诒景l(fā)明的有益效果是建立了分析板坯氫含量的取樣方法，并提出了專用刀具的設計要點，確定了用于檢驗氫含量的最小試樣尺寸，實現(xiàn)了生產(chǎn)中大規(guī)模地取樣分析鑄坯不同位置氫含量。本方法易于操作，在普通制樣車間即可實現(xiàn)板坯取樣，在保證分析結果準確的前提下減少了鑄坯的消耗。下面參照本發(fā)明，附圖中圖1是220mm鑄坯冷卻24小時后氫在試樣中的分布。圖2是220mm鑄坯冷卻72小時后氫在試樣中的分布。圖3是取樣位置示意圖。圖4是取樣鉆頭的示意圖。圖5是沿A-A線剖切的鉆頭剖面圖。圖6是沿B-B線剖切的鉆頭剖面圖。圖7是沿C-C線剖切的鉆頭剖面圖。圖8是鉆頭的端頭視圖。圖中1.試樣是否受切割面氫擴散影響的分界線，2.無效試樣區(qū)域，3.有效試樣區(qū)域，4.周鉆刃，5.端鉆刃，6.內(nèi)鉆刃，7.排屑槽，8.內(nèi)孔，9.側孔，10.莫氏錐度柄，11.有效試樣，12.圓柱試樣。具體實施例方式以16Mn鋼種鑄坯為例，初始氫含量為5ppm，鑄坯厚度220mm，寬度1800mm，計算沿拉坯方向為400mm的區(qū)域。按照公式1建立的模型計算得到16Mn鋼種氫含量在冷卻過程中的變化。圖1和圖2分別以24小時和72小時后為例，顯示氫在板坯試樣縱剖面中的分布，其中橫坐標是沿拉坯方向至試樣中心的長度，縱坐標是厚度方向至試樣中心的長度。確定圖中試樣是否受切割面影響的分界線(1)的方法至少有一條氫濃度等值線沿拉坯方向開始明顯偏轉，即開始進入無效試樣區(qū)域(2)。圖l可知，在24小時后，受到橫斷面向外擴散氫的影響而產(chǎn)生的無效試樣區(qū)域(2)大約35mm深，其余部位為有效區(qū)域。圖2可知，在72小時后，無效試樣區(qū)域(2)大約深120mm。為了反映原板坯氫含量分布特征，所留試樣沿拉坯方向的長度必須大于無效區(qū)域才能確保存在有效區(qū)域(3)。令有效試樣(ll)厚度為10mm，如果預計凝固24小時后可以取樣，則最小試樣尺寸為35+10=45mm，72小時后取樣則最小試樣尺寸為120+10=130mm。計算得到5組典型取樣時間下的最小試樣尺寸如下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>用公式2描述取樣時間與最小試樣尺寸的關系，利用表l的數(shù)據(jù)進行回歸分析，確定公式2的各待定系數(shù)得到式3。/=—0.022/2+3.93卜37(3)假設鑄坯已放置40小時，按照式3計算得到最小試樣尺寸約85mm，因此取鑄坯試樣在拉坯方向為85mm。將所取試樣運至制樣車間，如圖3所示，將試樣的無效區(qū)域(2)切除，留下有效試樣(11)，其厚度為10mm。用空心鉆在試樣目標位置鉆下圓柱試樣(12)，放入液氮環(huán)境保護防止氫擴散并在2小時內(nèi)送氣體分析。圖4-8中介紹了專用空心鉆頭的主要特征。該鉆頭包括四組分度刀刃，每組分度刀刃包括三種切削刃周鉆刃(4)、端鉆刃(5)和內(nèi)鉆刃(6)。周鉆刃(4)與用于金屬鉆孔的普通麻花鉆頭相似；端鉆刃(5)—端在鉆頭外徑與周鉆刃(4)相接，另一端在鉆頭內(nèi)徑與內(nèi)鉆刃(6)相接；內(nèi)鉆刃(6)繞著內(nèi)孔(8)分布，主要作用不是切削，而是提高圓柱試樣(12)的光潔度。排屑槽(7)與內(nèi)鉆刃(6)相切，另一端延伸至周鉆刃(4)以外，保證鉆孔深度大于刀頭長度時仍然可以向外排屑。內(nèi)孔(8)主要用于容納試樣，并作為空氣和冷卻液的通道。一端開口于刀頭，被內(nèi)鉆刃(6)圍繞，另一端與側孔(9)相通。內(nèi)孔(8)直徑為5mm，深度為30mm，可以鉆通有效試樣，得到圓柱試樣(12)為直徑5mm，表面打磨后可進行氣體分析。側孔(9)將內(nèi)孔(8)與外界相連，側孔(9)的作用是通氣，便于添加冷卻液，排出少量鉆屑，另外當圓柱試樣(12)較長時便于將其取出。鉆頭采用莫氏錐度柄(10)，在普通鉆床上即可使用。權利要求1.一種用于分析板坯氫含量分布的取樣方法，其特征在于采用如下步驟進行，1)按照如下公式對板坯可擴散氫含量隨時間的變化進行計算，得到不同放置時間的板坯試樣內(nèi)可擴散氫含量分布情況，按照至少有一條氫濃度等值線沿拉坯方向開始偏轉為標準，判斷板坯試樣的測氫有效區(qū)域，確定能夠保留原鑄坯氫分布特征的最小試樣尺寸；式1中C為氫的濃度，D為氫擴散系數(shù)，t為時間，x、y、z為坐標。2)用二次曲線描述最小試樣尺寸與放置時間的關系l＝at2+bt-c(2)其中t為鑄坯凝固后至取樣分析的時間、l為保留氫分布特征的沿拉坯方向的最小試樣尺寸，a、b和c為待定系數(shù)；由第一步方法計算得到5組以上鑄坯放置時間與最小試樣尺寸的數(shù)據(jù)，采用回歸分析方法計算系數(shù)a、b和c，建立最小試樣尺寸與放置時間的關系。3)根據(jù)鑄坯實際放置時間，由公式2確定最小鑄坯試樣尺寸并在鑄坯上取樣，將有效試樣(11)從鑄坯試樣中切出，用專用取樣鉆頭在目標位置鉆通有效試樣(11)，得到直徑4-8mm的圓柱試樣(12)，用液氮保護防止氫逸出并在2小時內(nèi)送檢驗分析。2.—種用于分析板坯氫含量分布的取樣方法的鉆頭，設計為空心鉆，其特征在于所述的空心鉆有周鉆刃(4)、端鉆刃(5)和內(nèi)鉆刃(6)，內(nèi)鉆刃(6)環(huán)繞著內(nèi)孔(8)分布，排屑槽(7)與內(nèi)鉆刃(6)相切，其另一端向柄部延伸至周鉆刃(4)以外，內(nèi)孔(8)直徑為4-8mm。全文摘要本發(fā)明涉及一種分析板坯氫含量分布的取樣方法，采用如下步驟進行1)通過數(shù)值計算確定能夠保留原鑄坯氫分布特征的最小試樣尺寸。2)用二次曲線描述最小試樣尺寸與放置時間的關系，采用回歸分析方法建立二者的關系式。3)根據(jù)鑄坯實際放置時間確定最小鑄坯試樣尺寸并在鑄坯上取樣，將有效試樣(11)從所留鑄坯試樣中切出，用專用取樣鉆頭在目標位置鉆通有效試樣(11)，得到直徑4-8mm左右的圓柱試樣(12)，用液氮保護防止氫逸出并在2小時內(nèi)送檢驗分析。該方法適用于大板坯取樣分析氫含量，能夠簡化制樣工序、減少制樣時間并保證試樣的可靠性，易于操作且減少了鑄坯消耗量，在普通制樣車間即可完成。文檔編號G01N1/04GK101419135SQ200710176370公開日2009年4月29日申請日期2007年10月26日優(yōu)先權日2007年10月26日發(fā)明者超馮,姜中行,莉徐,李本海,楊曉山,王國連,薄鳳華,馬長文申請人:首鋼總公司