調(diào)質(zhì)型容器板探傷不合格原因分析與改進(jìn)措施

朱建業(yè) 李連任 （濟(jì)鋼中厚板廠，濟(jì)南 250101)

調(diào)質(zhì)型容器板探傷不合格原因分析與改進(jìn)措施

朱建業(yè) 李連任 （濟(jì)鋼中厚板廠，濟(jì)南 250101)

某調(diào)質(zhì)型高強(qiáng)度容器板在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)大批量探傷不合格，對探傷不合格區(qū)域進(jìn)行取樣，通過采用金相檢驗、掃描電鏡等手段進(jìn)行檢測，對探傷不合格鋼板的組織進(jìn)行了觀察和分析，發(fā)現(xiàn)夾雜物、中心裂紋等缺陷是造成探傷不合的主要原因。分析認(rèn)為，鋼坯原始裂紋導(dǎo)致鋼板中存在軋后裂紋，鋼水精煉過程中的鈣鋁酸鹽夾雜物上浮不充分，造成鋼板中存在大尺寸夾雜物。提出了提高鋼水純凈度及鋼坯內(nèi)部質(zhì)量等改進(jìn)措施。改進(jìn)后鋼板探傷合格率提高了12%，效果較好。

調(diào)質(zhì)型容器板 探傷 夾雜物 中心裂紋 改進(jìn)

1 引言

濟(jì)鋼中厚板廠生產(chǎn)的某調(diào)質(zhì)型容器板，由于應(yīng)用環(huán)境比較惡劣，需要對溫度、壓力等都有很大的耐受能力，生產(chǎn)過程中對鋼板的組織、性能要求都非常高，對探傷要求非常嚴(yán)格，要求探傷等級為一級探傷。在生產(chǎn)過程中我們發(fā)現(xiàn)大批量探傷不合格的產(chǎn)品，對產(chǎn)品交付造成較大影響。為此，對造成探傷不合格的缺陷進(jìn)行分析，對缺陷的形成機(jī)理進(jìn)行研究，采取措施進(jìn)行改進(jìn)。

2 生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝：KR鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→CAS精煉→LF精煉→VD/RH精煉→連鑄→下線緩冷48 h→加熱→軋制→淬火→回火→探傷。

化學(xué)成分見表1。

表1 調(diào)質(zhì)型高強(qiáng)度容器板合金成分 /%

3 缺陷檢測分析

3.1 缺陷特征

對該調(diào)質(zhì)型高強(qiáng)度容器板探傷過程進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)探傷缺陷位置呈現(xiàn)帶狀分布的特點，帶狀長度長短不一，最長在500 mm左右，主要分布區(qū)域仍是鋼板縱向兩邊及四角，帶狀缺陷距離縱向邊部300～500 mm范圍內(nèi)。所用探傷設(shè)備為手持式，型號為HS600，探頭規(guī)格為5P14FG-F20，靈敏度為階梯試塊等厚處底波高50%+10 db。見圖1。

從探傷不合鋼板的缺陷反射波來看，清晰度較好，波形較高，陡直尖銳，初步估計鋼板內(nèi)部有較大尺寸的空隙存在，且位于鋼板芯部，探傷不合格波形見圖2。

3.2 取樣檢驗

圖1 探傷不合格缺陷示意圖

圖2 探傷不合格波形圖

通過利用超聲波檢測儀對成品鋼板的缺陷位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，對探傷不合格的區(qū)域進(jìn)行火焰切割取樣，取樣位置距離頭部400 mm，距離邊部300 mm，取樣尺寸為150 mm×150 mm，取樣后利用鋸床將火焰影響區(qū)切除，保留中心區(qū)域10 mm×10 mm，研磨、拋光后進(jìn)行夾雜物觀察，用4%的硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕，然后進(jìn)行金相觀察、掃描電鏡檢驗。

3.3 金相檢驗結(jié)果

試樣金相檢驗結(jié)果見圖3、圖4、圖5。

由圖3、圖4可見，試樣中存在較大尺寸裂紋，裂紋長度貫穿整個視野。

圖3 腐蝕前金相100×

圖4 腐蝕后金相 100×

圖5 腐蝕后金相 500×

由圖5可見，試樣中存在較大尺寸裂紋，長度貫穿整個視野。裂紋周圍存在異常組織，寬度為36.08 μm，呈現(xiàn)黑灰色，尺寸、顏色與基體組織差異較大。

圖6 掃描電鏡及能譜分析

3.4 掃描電鏡及能譜分析結(jié)果

該容器板涉及到淬火、回火工藝，工藝路線比較復(fù)雜，中心裂紋產(chǎn)生的原因難以確定，對試樣中心裂紋進(jìn)行進(jìn)一步研究，掃描電鏡及能譜分析結(jié)果見圖6。

由能譜分析結(jié)果可以看出，裂紋中夾雜物主要構(gòu)成為MnS，其余為少量Mg、Ti等合金夾雜物，另外還有Fe的氧化物，即裂紋中存在基體的氧化。

4 原因分析

由掃描電鏡分析可知，裂紋中心富含MnS夾雜物，夾雜物可誘發(fā)軋后鋼板產(chǎn)生中心裂紋。還有一種情況是鋼坯中已經(jīng)存在裂紋，在鋼板軋后冷卻、淬火等過程中，發(fā)生遺傳或由于應(yīng)力等原因造成裂紋擴(kuò)展，此種裂紋面在電鏡能譜下一般可探測到鐵基體的氧化。

鑄坯在凝固過程中，液-固相界面不斷向液相推進(jìn)，液-固相轉(zhuǎn)換過程中的內(nèi)應(yīng)力及鑄坯彎曲矯直力等外力，共同作用到凝固界面上，液固界面承受的內(nèi)應(yīng)力及外力頻繁波動，鋼水過熱度高影響鑄坯中柱狀晶和等軸晶的比例，引起柱狀晶發(fā)達(dá)[1]。拉速及液面波動也會導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部組織不均勻，在超出臨界強(qiáng)度和塑性的情況下，會造成晶界之間發(fā)生開裂，導(dǎo)致原始鑄坯中出現(xiàn)中心微裂紋，但該微裂紋并不一定遺傳到鋼板中，因為在鋼坯軋制過程中，如果壓下量較大，且裂紋較細(xì)小，則軋制過程中可以實現(xiàn)對鋼坯微裂紋的“焊合”，如果裂紋尺寸較大，且軋制壓下量達(dá)不到“焊合”的要求，則鋼坯裂紋在鋼板中發(fā)生遺傳，在鋼板冷卻、淬火等過程中發(fā)生擴(kuò)展。

掃描電鏡及能譜分析結(jié)果可以看出，裂紋中含氧量較高，鐵基體存在較大程度的氧化，由于鋼坯在經(jīng)過緩冷后，鋼坯中游離態(tài)[O]基本釋放完畢，鋼板在軋后不會發(fā)生裂紋界面氧化，所以中心裂紋在鑄坯中就已經(jīng)存在，即為鑄坯原始裂紋。

鋼板中心如果存在嚴(yán)重的偏析，容易生成MnS夾雜物。MnS夾雜物為延展性較好的塑性相，與鋼板本體尤其是貝氏體、馬氏體的收縮比差異較大[2]，鋼板軋制過程中MnS夾雜物與基體共同沿軋制方向流動，被壓扁、拉長，與鋼板本體之間無空隙。但是該種容器板工藝要求中有淬火工藝，淬火后產(chǎn)生大量的貝氏體、馬氏體，在鋼板冷卻過程中，貝氏體、馬氏體的硬度較高、韌性較差，且形成貝氏體、馬氏體等組織在轉(zhuǎn)變過程中會出現(xiàn)快速的體積變化，基體組織與夾雜物之間很容易出現(xiàn)空隙，較多的空隙聚集而形成微小的裂紋，微裂紋會在高的溫度差別引起的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力的作用下，沿貝氏體晶界區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)展而形成尺寸較大的裂紋[3]。

5 改進(jìn)措施

從以上分析結(jié)果來看，鋼坯原始裂紋及MnS夾雜物造成的裂紋是造成探傷不合格的主要原因，因此，改進(jìn)措施需要圍繞提高鋼坯內(nèi)部質(zhì)量、減少成分偏析、減少鋼坯內(nèi)部夾雜物含量等方面開展工作。

5.1 提高鋼水純凈度

控制鋼水中S含量，要求入爐鐵水S≤0.007%，入爐廢鋼使用低S優(yōu)質(zhì)廢鋼。鋼水中的MnS因熔點低，極易在鑄坯中心偏聚，要求入爐鐵水全部KR鐵水脫硫處理，進(jìn)行深脫硫處理，保證鋼水中成品S≤0.007%。對原輔料和鐵合金進(jìn)行清潔干燥，煉鋼石灰（石灰質(zhì)量要求：生燒率小于25%，粉面小于5%)、螢石、鐵礦石、輕燒白云石、合金、覆蓋劑、保護(hù)渣，鋼包引流砂要求烘烤干燥。

LF精煉處理一般控制在30～45 min。VD真空度小于200 Pa（RH真空度小于300 Pa)，真空處理時間大于15 min。精煉處理結(jié)束后，上機(jī)前的軟吹時間不小于15 min，氬氣流量控制在不大于100 L/min，使小的氬氣泡攜帶夾雜物上浮。

5.2 提升連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量

為減少非穩(wěn)態(tài)澆注可能帶來的夾雜物及二冷水、輕壓下變化對內(nèi)部質(zhì)量的影響，煉鋼工序堅持推行鑄機(jī)恒速恒液面澆注，同時全部走真空脫碳（VD)/真空循環(huán)脫氣（RH)，連鑄適當(dāng)降低拉速，確保拉速不大于0.9 m/min，實行低過熱度澆鑄，以獲得良好的內(nèi)部質(zhì)量。保護(hù)澆注的效果檢測采用大包上機(jī)前氣體樣，中包氣體樣和鋼板氣體樣進(jìn)行抽檢。浸入式水口插入深度控制在130～160 mm，對中偏差不超過5 mm。烘烤前和烘烤過程中注意檢查水口外形，嚴(yán)禁使用有裂紋、破損等缺陷的水口。矯直溫度大于910℃，根據(jù)鋼種選擇相對弱冷的冷卻模式。每次檢修必須對各扇形段噴嘴情況檢查，確保所有噴嘴無堵塞，安裝位置符合要求，對開口度偏差大于 0.5 mm、對弧值大于0.3 mm的扇形段堅決進(jìn)行調(diào)整和更換。

5.3 改進(jìn)效果

經(jīng)過對改進(jìn)措施的實施，在效果跟蹤過程中對鋼板內(nèi)部組織進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)鋼板內(nèi)部裂紋明顯減少，夾雜物級別基本保持在1.5級以下，鋼板探傷合格率由不足80%提高到92%以上，明顯提高，對普通探傷容器板進(jìn)行實施相同改進(jìn)措施后，普通容器板探傷合格率由92%提高到95%以上。

6 結(jié)論

（1)鋼板中心夾雜物及其導(dǎo)致中心裂紋的存在是造成此次調(diào)質(zhì)型高強(qiáng)度容器板探傷不合格的主要原因。

（2)從裂紋面的氧化程度來看，此次裂紋產(chǎn)生原因為鑄坯原始裂紋及夾雜物導(dǎo)致的鑄坯原始裂紋，從提高鋼水純凈度、提升鑄坯內(nèi)部質(zhì)量著手，通過降低夾雜物數(shù)量及減少夾雜物的聚集來減少鑄坯內(nèi)部裂紋，從而有效改善調(diào)質(zhì)型高強(qiáng)度容器板探傷合格率。

[1]周文奎.連鑄板坯中間裂紋的成因分析與改進(jìn)措施[J].天津冶金，2010（3)：14-15.

[2]李梅廣，胡淑娥.TMCP型超高強(qiáng)鋼板中心開裂的分析研究[J].寬厚，2010，16（4)：5-6.

[3]李梅廣，胡淑娥，馮勇.低碳貝氏體高強(qiáng)鋼探傷不合原因分析[J].山東冶金，2009，31（3)：39-40.

Cause Analysis and Improvement Measures of Hardened and Tempered Vessel Plate Non-conformity at Detection Test

Zhu Jianye,Li Lianren

The hardened and tempered high strength vessel plate was found non-conformity in big batch at detection test during production.Samples were taken in non-qualified section in order to observe and analyze the microstructure of non-qualified plate by metallographic inspection and scanning electronic microscope.The defects of inclusion and central crack were found to be the main causes.Analysis showed that billet crack resulted in plate after-rolling crack and insufficient floating of calcium aluminate during refining,big inclusion in the plate.Improvement measures of increasing steel cleanliness and billet internal quality were proposed.The qualification rate was increased by 12%after improvement.Good effect was achieved.

hardened and tempered vessel plate,detection,inclusion,central crack,improvement

（收稿 2011－11－03 編輯 趙實鳴)

朱建業(yè)，男，主要從事工藝與生產(chǎn)組織工作。