本發(fā)明涉及冶金，特別涉及一種測(cè)定碳鋼棒表面氧化皮總質(zhì)量的方法。

背景技術(shù)：

1、在金屬材料的生產(chǎn)過程中，為了提高其金屬材料的力學(xué)性能以及其他性能，通常會(huì)對(duì)其實(shí)施加熱-冷卻的熱處理工藝；并且由于不同金屬材料的應(yīng)用場(chǎng)景不同及設(shè)備制約，對(duì)其材質(zhì)、形狀、機(jī)械強(qiáng)度、抗腐蝕性等要求也不相同等而，熱處理工藝會(huì)有所區(qū)別。在碳鋼的軋制過程中，大致會(huì)將鋼材加熱到700℃以上的高溫；在大氣下被加熱至高溫的鋼材，在被加熱期間會(huì)生成因表面氧化而導(dǎo)致的氧化皮(氧化物)。氧化皮的產(chǎn)生會(huì)使鋼材表面變得粗糙，影響鋼材的外觀質(zhì)量；同時(shí)對(duì)鋼材的尺寸精度也有一定的影響；另外，如果氧化皮被壓入金屬內(nèi)部，會(huì)對(duì)鋼材的力學(xué)性能、使用性能產(chǎn)生一定的影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致鋼材成為廢品，降低鋼材的合格率，增加鋼材的生產(chǎn)成本。因此，過去在鋼材的熱處理后，會(huì)進(jìn)行酸洗和噴丸等的氧化皮去除。然而，不同的鋼種，其元素組成會(huì)有區(qū)別，所采用的熱軋工藝也會(huì)不同，并且不同的熱軋工藝下得到的氧化皮的形貌、成分、尺寸是不同的；在軋制過程中取樣測(cè)試氧化皮均為最終結(jié)果，很難做到氧化皮結(jié)構(gòu)和特性的連續(xù)跟蹤，不能對(duì)拉矯和酸洗工藝參數(shù)做出有效的指導(dǎo)；同時(shí)，根據(jù)評(píng)估軋制碳鋼質(zhì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知，在控制軋制圓截面的質(zhì)量指標(biāo)中，金屬表面氧化皮(氧化物)的數(shù)量是評(píng)估軋制圓截面質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。因此，研究和表征軋制碳鋼表面氧化皮的截面結(jié)構(gòu)和特性一直是研發(fā)人員關(guān)注的重點(diǎn)。

2、已知現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了一種用于測(cè)定高低碳鋼表面總氧化皮質(zhì)量的方法(定量測(cè)定高低碳鋼表面總氧化皮量、去鱗能力和殘余氧化物：ga-03-16,bekaert.mbusc.bk-spec:ga-03-16.1994年5月，9頁)，該方法用于測(cè)量在高速線材軋機(jī)上生產(chǎn)的軋制產(chǎn)品表面的總氧化皮量。在該生產(chǎn)過程中，軋制產(chǎn)品在離開精軋機(jī)組的最后一架軋機(jī)時(shí)會(huì)經(jīng)歷水冷，然后在傳送帶上形成卷材，并通過噴射風(fēng)扇用空氣進(jìn)行冷卻，冷卻后取樣并測(cè)定軋制產(chǎn)品表面的總氧化皮量。

3、現(xiàn)有技術(shù)中已知的測(cè)量方法是將質(zhì)量濃度為0.15克/立方厘米的鹽酸溶液加熱至不超過50攝氏度，然后按0.5克/立方分米的速率添加抑制劑，隨后在準(zhǔn)備好的溶液中同時(shí)放入3-5個(gè)先前稱過重量的樣品，這些樣品長(zhǎng)度為90-100毫米。在稱量樣品進(jìn)行蝕刻前，需要考慮在樣品準(zhǔn)備(切割)過程中脫落的氧化皮量。在最后階段，蝕刻后的樣品會(huì)被清洗、干燥并重新稱重。

4、已知測(cè)量樣品上的總氧化皮質(zhì)量是通過數(shù)學(xué)計(jì)算確定的。例如，神戶制鋼集團(tuán)(日本)的方法論是基于經(jīng)驗(yàn)得到的：

5、

6、其中，ε0為在軋制產(chǎn)品表面上剝落前的臨界變形水平；γ0為在平滑接觸時(shí)氧化皮層的斷裂能量；χ為接觸表面的粗糙度指數(shù)；h為氧化皮的厚度；e為氧化皮的楊氏模量。

7、上述方法均需要大量的實(shí)驗(yàn)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度高，并且需要使用特殊的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，測(cè)定成本高；同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，還會(huì)使用到對(duì)環(huán)境有害的試劑，對(duì)環(huán)境不友好；另外，上述方法適用范圍較小，僅能夠用于測(cè)定特定化學(xué)成分和/或特定直徑的碳鋼軋制圓截面表面上的總氧化皮質(zhì)量。

8、本發(fā)明目的是：提供一種測(cè)定碳鋼棒表面氧化皮總質(zhì)量的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的現(xiàn)有的測(cè)定方法的適用范圍小、勞動(dòng)強(qiáng)度高、對(duì)環(huán)境不友好的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是：提供一種測(cè)定碳鋼棒表面氧化皮總質(zhì)量的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的現(xiàn)有的測(cè)定方法的適用范圍小、勞動(dòng)強(qiáng)度高、對(duì)環(huán)境不友好的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種測(cè)定碳鋼棒表面氧化皮總質(zhì)量的方法，包括以下步驟：

3、s1、從冷卻后的軋制產(chǎn)品上取若干個(gè)樣品，通過金相分析測(cè)量樣品表面氧化皮層的平均厚度；

4、s2、測(cè)定樣品表面氧化皮的化學(xué)成分，并計(jì)算氧化皮中氧與鐵的質(zhì)量比；

5、s3、根據(jù)步驟s2中測(cè)得的樣品表面氧化皮的化學(xué)成分，計(jì)算氧化皮的密度；

6、s4、根據(jù)步驟s1測(cè)量得到的樣品表面氧化皮層的平均厚度、步驟s2計(jì)算得到的氧化皮中氧與鐵的質(zhì)量比以及步驟s3計(jì)算得到的氧化皮密度，計(jì)算軋制產(chǎn)品的直徑減去變成氧化皮層的鋼層厚度；

7、s5、根據(jù)步驟s1測(cè)量得到的樣品表面氧化皮層的平均厚度、步驟s3計(jì)算得到的氧化皮密度以及步驟s4計(jì)算得到的軋制產(chǎn)品的直徑減去變成氧化皮層的鋼層厚度，計(jì)算一噸名義直徑為d的軋制產(chǎn)品表面上的總氧化皮質(zhì)量；

8、其中，所述一噸標(biāo)稱直徑為d的軋制鋼材表面氧化皮總質(zhì)量的計(jì)算公式為：

9、

10、式中，mscale為一噸標(biāo)稱直徑為d的軋制鋼材表面氧化皮的總質(zhì)量，單位為千克每噸(kg/t)；hscale為軋制產(chǎn)品表面氧化皮層的平均厚度，單位為米；ρscale為氧化皮的密度，單位為千克每立方米；d為軋制鋼材直徑減去已經(jīng)變成氧化皮層的鋼層厚度，單位為米；d為軋制產(chǎn)品的標(biāo)稱直徑，單位為米。

11、優(yōu)選的，所述樣品表面氧化皮的化學(xué)成分包括銹石、磁鐵礦和赤鐵礦；其中，按質(zhì)量百分比計(jì)算，所述樣品表面氧化皮的化學(xué)成分中，銹石的質(zhì)量比為63-84％，磁鐵礦的質(zhì)量比為15-35％，所述赤鐵礦的質(zhì)量比為1-2％。

12、優(yōu)選的，測(cè)定所述樣品表面氧化皮的化學(xué)成分的方法包括：感應(yīng)耦合等離子體光譜方法、使用參考樣品的自動(dòng)x射線光譜分析法、特殊蝕刻橫向微槽后的金相法。

13、優(yōu)選的，所述樣品表面氧化皮中氧與鐵的質(zhì)量比的表達(dá)式為：

14、

15、式中，k為是氧化皮中氧與鐵質(zhì)量比的指標(biāo)；m0為氧化皮中氧的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；mfe為氧化皮中鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；mfeo為氧化皮中銹石的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；mfe3o4為氧化皮中磁鐵礦的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)％。

16、優(yōu)選的，所述氧化皮密度的計(jì)算公式為：

17、

18、式中，ρscale為氧化皮的密度，單位為千克每立方米；ρfeo為銹石的密度，為5745千克每立方米；ρfe3o4為磁鐵礦的密度，為5170千克每立方米。

19、優(yōu)選的，所述軋制產(chǎn)品的直徑減去變成氧化皮層的鋼層厚度采用方程式表達(dá)；所述方程式為：

20、

21、式中，ρfe為鐵的密度，7874千克每立方米；d為軋制產(chǎn)品的直徑減去已經(jīng)變成氧化皮層的鋼層厚度，單位為米。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

23、(1)本發(fā)明提供了一種測(cè)定碳鋼棒表面氧化皮總質(zhì)量的方法，該測(cè)定方法通過確定軋制產(chǎn)品表面氧化皮的平均厚度以及表面氧化皮實(shí)際的化學(xué)成分，來測(cè)定軋制產(chǎn)品表面氧化皮的總質(zhì)量；操作簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，不需要大量的實(shí)驗(yàn)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度低，并且也不需要使用對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)試劑；同時(shí)，該測(cè)定方法也不需要依賴軋制產(chǎn)品在變形加熱后的冷卻工藝，應(yīng)用范圍較廣，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的現(xiàn)有的測(cè)定方法的適用范圍小、勞動(dòng)強(qiáng)度高、對(duì)環(huán)境不友好的問題。

24、(2)本發(fā)明提供的一種測(cè)定碳鋼棒表面氧化皮總質(zhì)量的方法，在使用該方法測(cè)定軋制產(chǎn)品表面氧化皮的總質(zhì)量時(shí)，僅需要取樣后測(cè)定樣品表面氧化皮層的平均厚度以及表面氧化皮實(shí)際的化學(xué)成分，便可以通過表達(dá)式(1)-(4)計(jì)算得到軋制產(chǎn)品表面氧化皮的總質(zhì)量，不需要考慮軋制產(chǎn)品所屬的鋼種，也不需要考慮軋制產(chǎn)品熱處理后冷卻的工藝；從而使該測(cè)定方法能夠用于確定任何化學(xué)成分、直徑的碳鋼，其軋制圓截面上氧化皮的總質(zhì)量，擴(kuò)大了該測(cè)定方法的使用范圍。附圖說明

25、下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

26、圖1為本發(fā)明所述測(cè)定碳鋼棒表面氧化皮總質(zhì)量的方法的流程圖。