CC BY
51
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ
УДК [658.516 : 620.186.14] : 669.046 Селиванова Е.С., Полякова М.А.
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АНАЛИЗАТОРА ИЗОБРАЖЕНИЯ THIXOMET PRO ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСТОТЫ
ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ КАТАНКИ ПО НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВКЛЮЧЕНИЯМ
Аннотация. Определение вида и количества неметаллических включений в стали является одним из важных аспектов производства металлопродукции высокого качества. На территории Российской Федерации определение неметаллических включений в стали осуществляется в соответствии с ГОСТ 1778-70 «Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений», согласно которому оценка содержания неметаллических включений дается с применением диаграмм с рядами изображений. Для повышения точности проведения анализа в статье рассмотрен пример использования анализатора изображений Thixomet PRO. Основное преимущество анализатора изображения Thixomet PRO заключается в автоматизации процесса определения балла неметаллических включений в стали. Это позволяет не только сократить время проведения испытания, но и максимально исключить влияние человеческого фактора на конечный результат анализа. Приведено сравнение результатов металлографического анализа оценки степени загрязненности высокоуглеродистой сорбитизированной катанки неметаллическими включениями с использованием анализатора изображений Thixomet PRO в соответствии с ГОСТ 1778-70 и DIN 50602-1985 «Сталь специальная. Определение содержания неметаллических включений методом микроскопического анализа с применением диаграмм с рядами изображений» [1].
Ключевые слова: неметаллические включения; качество; высокоуглеродистая сорбитизированная катанка; металлографический анализ; анализатор изображений Thixomet PRO; стандарт.
Металлургическое качество стали в значительной мере зависит от содержания, размера и формы присутствующих в ней неметаллических включений [2]. Неметаллические включения в стали являются инородными телами, нарушающими однородность её структуры, поэтому их влияние на механические и другие свойства может быть значительным. При деформации в процессе прокатки, ковки, штамповки, волочения неметаллические включения, особенно неправильной формы с острыми краями и углами, играют роль концентраторов напряжения и могут вызвать образование трещины (рис. 1), являющейся очагом последующего разрушения стали [3 - 8].
Рис. 1. Осевая трещина, вызванная скоплением
© Селиванова Е.С., Полякова М.А., 2017
неметаллических включений в осевой зоне высокоуглеродистой катанки
Как известно, высокоуглеродистая проволока используется при изготовлении канатов, высокопрочной арматуры и других видов продукции. В качестве исходного материала используется высокоуглеродистая сорбитизированная катанка. Сорбитизированная катанка как продукт сортопрокатного производства имеет свои показатели качества, при этом одним из важнейших показателей является степень загрязненности стали неметаллическими включениями, присутствие которых может быть обусловлено некачественной заготовкой, полученной еще на металлургическом переделе [2].
Для повышения конкурентоспособности продукции из высокоуглеродистой проволоки этап проверки показателей качества, в том числе степень загрязненности стали неметаллическими включениями, при входном контроле становится важным для предотвращения допуска некачественного металла в процесс производства. На территории Российской Федерации определение неметаллических включений в стали осуществляется в соответствии с ГОСТ 1778-70 «Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений» [9]. Согласно данному стандарту основной метод контроля содержания включений заключается в анализе с помощью
световой микроскопии макро- и микрошлифов определенного размера и места вырезки. Наиболее часто в производственной практике при оценке загрязненности неметаллическими включениями металлопродукции по данному стандарту применяется метод Ш6. Сущность данного метода заключается в визуальной оценке наиболее загрязненного места шлифа (максимальный балл), в соответствии с эталонными шкалами, которые представлены в стандарте. Поскольку подсчет и определение размеров проводится вручную, то это в значительной степени сказывается на точности проведения анализа с высокой долей субъективной ошибки.
В современных условиях для производства конкурентоспособной продукции изготовитель все чаще ориентируется на требования зарубежных стандартов [10]. Это относится не только к уровню показателей качества металлопродукции, но также к использованию требований зарубежных стандартов на проведение методов анализа. Необходимость обработки большого количества изображений, проведения массового анализа исследуемых образцов и устранения субъективных ошибок, вносимых операторами, привела к созданию анализаторов изображений - специализированных компьютерных программ. Одной из таких программ является анализатор изображений Thixomet PRO. Программа Thixomet PRO является неотъемлемой частью анализатора изображения Thixomet, который представляет собой автоматизированное рабочее место металлографа и предназначен для модернизации оборудования и методов металлографических исследований на основе современных средств получения и компьютерной обработки изображения. Thixomet PRO поддерживает любые способы ввода изображения в персональный компьютер, включая цифровые и web-камеры, сканеры и др. Модульный принцип программного обеспечения Thixomet PRO, реализованный с помощью специальных модулей, позволяет формализовать любую практическую задачу количественной металлографии, настроив анализатор на решение только этой задачи. При этом получение полной количественной информации о структуре, в том числе оформленной в виде отчета, достигается нажатием на две-три интуитивно понятных клавиши. Thixomet PRO является мощным инструментом металлургической экспертизы, позволяющим вскрыть природу дефектов металлопродукции и организовать управление ее качеством [11, 12].
Оценка загрязненности стали неметаллическими включениями с использованием анализатора изображения Thixomet PRO представляет собой процедуру стереологических измерений, результатом которых является полученный с помощью автоматического анализа
изображений балл, эквивалентный баллу ГОСТ 1778-70, и балл, назначенный с помощью измеренных значений объемного содержания с учетом максимального размера неметаллических включений, обнаруженных на поле с максимальной загрязненностью. Согласно ГОСТ 1778-70 сравнение с эталонными шкалами производится при увеличении х100 крат. Поскольку при таком увеличении трудно, а порой практически невозможно отличить оксиды от сульфидов, а также определить их точные метрические характеристики, то для исследования неметаллических включений в стали следует использовать более высокие увеличения (рис. 2).
- ■ * I» » я _ И Ш II
"....... |
/
Я-
8.
|ХЛ{
Свойство Значение
Тип СХ
Площадь, мкм2 98,2
Сред, диаметр, мкм 93,1
Макс, диаметр, мкм 142
Рис. 2. Высокоуглеродистая сорбитизированная катанка. Автоматическое определение типа и размера неметаллических включений с использованием анализатора изображения Thixomet PRO (СХ - силикаты хрупкие)
Использование анализатора изображения Thixomet PRO позволяет проводить измерения при высоком увеличении х200, х500, х1000 крат, что позволяет определить точную морфологию конкретного вида неметаллического включения. Необходимую площадь, согласно ГОСТ 1778-70 методу Ш6, соответствующую размеру поля зрения 1,1-1,3 мм, видимого в окуляры микроскопа при увеличении х100 крат, возможно собрать последовательной прецизионной склейкой «на лету» смежных полей зрения. Таким образом, можно
получить панорамное изображение структуры сколь угодно большой площади и с высоким разрешением. По результатам проведенного анализа выдается отчет, где содержится вся информация об исследуемом объекте и сводная таблица с
Результаты оценки загрязненности плавки неметаллическими включениями. ГОСТ 1778-70, мето
результатами исследования. В таблице представлены результаты анализа высокоуглеродистой катанки из стали марки Ст 75 диаметром 6,6 мм с использованием анализатора изображений Thixomet PRO.
высокоуглеродистой сорбитизированной катанки Ш6
Номер образца ОЦЕНКА В БАЛЛАХ
Оксиды строчечные Оксиды точечные Силикаты хрупкие Силикаты пластичные Силикаты недеформирующиеся Максимальный балл из строчечных включений Сульфиды Нитриды и карбонитриды строчечные Нитриды и карбонитриды точечные Нитриды алюминия
1 2 3 4 5 6 0,0 0,5 3,0 1,5 1,5 3,0 3,0 0,0 0,0 0,0
0,0 0,0 3,5 2,0 1,5 3,5 3,0 0,0 0,0 0,0
0,0 1,0 2,5 1,5 1,0 3,0 2,5 0,0 0,0 0,0
0,0 1,0 3,5 2,0 1,5 3,5 3,5 0,0 0,0 0,0
0,0 0,0 2,5 2,0 1,0 2,5 3,5 0,0 0,0 0,0
0,0 0,5 2,5 2,0 1,5 2,5 3,0 0,0 0,0 0,0
Средний балл 0,0 0,5 3,0 2,0 1,5 3,0 3,0 0,0 0,0 0,0
Максимальный балл 0,0 1,0 3,5 2,0 1,5 3,5 3,5 0,0 0,0 0,0
Количество образцов с максимальным баллом 6 2 2 4 4 2 2 6 6 6
Однако ГОСТ 1778-70 не регламентирует использование анализатора изображений Thixomet PRO для определения вида и количества неметаллических включений в стали, что в значительной степени усложняет формальную процедуру представления результатов анализа потребителю. В то же время в зарубежных стандартах однозначно предусматривается использование автоматического анализа
металлографических изображений для
индентификации неметаллических включений [13, 14].
Так, программный модуль анализатора изображений Thixomet PRO содержит всю необходимую информацию для определения вида и количества неметаллических включений в соответствии с немецким стандартом DIN 506021985 «Сталь специальная. Определение содержания неметаллических включений методом
микроскопического анализа с применением
диаграмм с рядами изображений». При этом следует отметить, что последовательность выполнения работ при определении степени загрязненности стали в программном обеспечении Thixomet PRO согласно требованиям различных нормативных документов практически одинакова, различие состоит в требуемой площади исследуемого объекта, а также в названиях включений того или иного типа. На рис. 3 представлен результат оценки загрязненности высокоуглеродистой катанки с использованием анализатора изображения Thixomet PRO в соответствии с DIN 50602-1985.
Рис. 3. Оценка загрязненности высокоуглеродистой катанки неметаллическими включениями с использованием анализатора изображения Thixomet PRO в соответствии с DIN 50602-1985
Преимущества использования анализатора изображения Thixomet PRO позволяют получать необходимую информацию в автоматическом режиме, что повышает объективность и точность оценки. Таким образом, в связи с участившимися случаями претензионных работ с основным поставщиком сырья по оценке степени загрязненности неметаллическими включениями высокоуглеродистой катанки, использование автоматического анализа изображения для определения и подсчета балла неметаллических включений в стали позволит значительно повысить объективность оценки качества полуфабриката.
Выводы
Необходимость обработки большого количества изображений, проведение анализа большого количества образцов в производственных условиях при проведении текущего контроля качествам металлопродукции, обязательное устранение субъективных ошибок, вносимых операторами, привела к созданию анализаторов изображений -специализированных компьютерных программ, одной из которых является программа Thixomet PRO.
Основное преимущество анализатора изображения Thixomet PRO состоит в автоматизации процесса определения балла неметаллических включений в стали. Это позволяет не только сократить время проведения испытания, но и дает возможность максимально исключить влияние человеческого фактора на конечный результат анализа. Использование анализатора изображений Thixomet PRO для оценки степени загрязненности стали неметаллическими включениями позволит в
значительной степени упростить представление информации о результатах анализа при рассмотрении спорных ситуаций, возникающих по вопросам качества стали по неметаллическим включениям.
Список литературы
1. Инновационные металлические материалы: монография. / Аксенова К.В., Барков Л.А., Барышников М.П., и др. Магнитогорск: ГОУ ВПО Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И.Носова «МГТУ», 2016. 371 с.
2. Металлургические и металловедческие аспекты производства высокоуглеродистой катанки. / Жигарев М.А., Сычков А.Б., Столяров А.Ю., и др. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. унта им. Г.И. Носова, 2014. 257 с.
3. Стальная проволока: монография. Белалов Х.Н., Клековкин А.А., Клековкина Н.А., Гун Г.С., Корчунов А.Г., Полякова М.А. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. 689 с.
4. Взаимосвязь предельной деформируемости бунтового проката при волочении с параметрами его микроструктуры / Парусов Э.В., Губенко С.И., Луценко В.А., Сычков А.Б., Веденеев А.В. // Литье и металлургия. 2016. № 3 (84). С. 75-81.
5. Влияние технологических параметров разливки и кристаллизации стали на качественные показатели непрерывнолитой заготовки / Парусов Э.В., Сичков А.Б., Чуйко И.Н., Сагура Л.В., Сивак А.И. // Научные труды Винницкого национального технического университета. 2016. № 2. С. 24-31.
6. Технологическое обеспечение качества высокоуглеродистой катанки / Сычков А.Б., Зайцев Г.С., Малашкин С.О., Шекшеев М.А. // Повышение качества обучения студентов по материаловедению и технологии конструкционных материалов. 2014. С. 167-174.
7. Обеспечение металлургического и структурного качества катанке широкого назначения / Сычков А.Б., Зайцев Г.С., Малашкин С.О., Шекшеев М.А. // Литейные процессы. 2014. С. 98-120.
8. Особенности технологии производства высокоуглеродистой катанки / Сычков А.Б., Парусов В.В., Ивин Ю.А., Дзюба А.Ю., Зайцев Г.С. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1(45). С. 38-42.
9. ГОСТ 1778-70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений.
10. Полякова М.А., Данилова Ю.В., Рубин ГШ. Проблемы стандартизации металлопродукции в период становления шестого технологического уклада // Седьмой международный конгресс
«Цветные металлы и минералы 2015»: сб. докладов. Красноярск, 2015. С. 1256 - 1262.
11. Сайт компании Thixomet режим доступа: http://www.thixomet.ru/. (дата обращения 5 ноября 2017)
12. Копцева Н.В., Чукин М.В., Никитенко О.А. Использование программного комплекса THIXOMET PRO для количественного анализа ультрамелокзернистой структуры низко- и среднеуглеродистой стали, подвергнутой равноканальному угловому прессованию //
Сведения об авторах
Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. № 8. С. 12-17.
13. Гун Г.С., Селиванова Е.С., Полякова М.А. Сравнительный анализ требований стандартов на определение неметаллических включений в стали и сплавах // Качество в обработке материалов. 2016. № 2 (6). С. 33-39.
14. DIN 50602-1985. Сталь специальная. Определение содержания неметаллических включений методом микроскопического анализа с применением диаграмм с рядами изображений.
Селиванова Екатерина Сергеевна - аспирантка кафедры технологий обработки материалов, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». г. Магнитогорск, Россия. Email: ekaterina-selivanova@list ru
Полякова Марина Андреевна - доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры технологий обработки материалов, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: m.polyakova-64@mail.ru.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
PECULIARITIES OF APPLICATION THE IMAGE ANALYZER THIXOMET PRO FOR DETERMINATION THE HIGH CARBON STEEL WIRE ROD ON NON-FERROUS INCLUSIONS
Selivanova Ekaterina Sergeyevna - the graduate student of Materials Processing Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University^ Magnitogorsk, Russia. E-mail: ekaterina-selivanova@list.ru
Polyakova Marina Andreyevna - the Associate Professor, Ph. D. (Eng.) Nosov Magnitogorsk State Technical University». Magnitogorsk, Russia. E-mail: m.polyakova-64@mail.ru.
Abstract. One of the main aspects in the manufacturing the metal ware of high quality is the identification the kind and quantity on non-metallic inclusions in steel. In the Russian Federation the identification of non-metallic inclusions in steel is regulated by the standard GOST 1778-70 «Steel. Metallographic methods for the identification of non-metallic inclusions» due to which assessment of the quantity of non-metallic inclusions is carried out by using the diagrames with ranges of images. For increasing the accuracy of analysis it is reasonable to use state-of the-art image analyzers. The main advantage of the automatic image analyzer Thixomet PRO is consisted in automatisation the process of determination the grade of the non-metallic inclusions in steel. It makes it possible not only to decrease the time necessary for the analysis but also to decrease to high extent the influence of human factor on the basic result of the analysis. It is given in the paper the comparison of the results of metallographic analysis of the contamination degree by non-metallic inclusions of high carbon steel wire rod using the image analyzer Thixomet PRO in accordance with the standard GOST 1778-70 and DIN 50602-1985 «Steel special. Identification the quantity of non-metallic impurities by metallographic analysis using diagrams with image ranges».
Keywords: Non-metallic inclusions; quality; high carbon steel sorbitized wire rod; metallographic analysis; image analyzer Thixomet PRO; standard.
Ссылка на статью:
Селиванова Е.С., Полякова М.А. Особенности применения анализатора изображения thixomet pro для определения частоты высокоуглеродистой катанки по неметаллическим включениям // Теория и технология металлургического производства. 2017. №4(23). С. 41-45.
Selivanova E.S, Polyakova M.A. Peculiarities of application the image analyzer thixomet pro for determination the high carbon steel wire rod on non-ferrous inclusions // TeoriaI tehnologia metallurgiceskogoproizvodstva [The theory and process engineering of metallurgical production]. 2017, vol. 23, no. 4, pp. 41-45.
