中厚板厚度中心處裂紋分析與控制

祝桂合，萬友堂，曹魯奇，彭海紅

（濟鋼集團有限公司，山東濟南 250101）

試驗研究

中厚板厚度中心處裂紋分析與控制

祝桂合，萬友堂，曹魯奇，彭海紅

（濟鋼集團有限公司，山東濟南 250101）

針對探傷合格率低的問題，對探傷不合鋼板進行解剖分析，認為引起探傷不合的原因是鋼板厚度中心處存在聚集分布的微裂紋。通過對微裂紋產(chǎn)生主要因素的調(diào)查和針對性的對比試驗，發(fā)現(xiàn)微裂紋的產(chǎn)生除與鑄坯偏析、MnS夾雜、道次壓下率等有關外，鋼中的H含量是一個至關重要的影響因素。通過采取降低鋼中H含量的措施，實現(xiàn)了鋼中H含量的大幅度降低，探傷合格率由原來的95%提高到98%以上。

中厚板；探傷；微裂紋；H含量

1 探傷不合鋼板解剖分析

中厚板是濟鋼的主打產(chǎn)品，探傷鋼板所占比例較大。2008年探傷合格率僅有81.9%，2009年為94.5%，2010年上半年探傷合格率也只有93.9%。因此探傷不合改判成為影響中厚板綜合合格率提升的主要因素之一。

為找出引起探傷不合的原因，組織了多次的鋼板解剖分析，發(fā)現(xiàn)鋼板中心的裂紋是引起探傷不合的直接原因［1-3］。Q345R探傷不合鋼板缺陷處的掃描電鏡形貌見圖1，缺陷處的能譜分析見表1。

圖1 探傷不合鋼板（Q345R）缺陷處掃描電鏡形貌

表1 缺陷處能譜分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)）

裂紋處的組織與基體組織差異較大，主要為馬氏體和貝氏體。測量該組織硬度，發(fā)現(xiàn)該組織硬度值較高（見表2）。裂紋中間存在長條形MnS夾雜，裂紋沿MnS兩端擴展形成鋼板中心的微裂紋缺陷。

采用自動探傷進行檢測，發(fā)現(xiàn)引起探傷不合的這種缺陷完全分布在鋼板的厚度中心處，見圖2。這種缺陷分布在鋼板的邊部或中間某處，呈現(xiàn)聚集狀，造成鋼板體現(xiàn)分層特征。

表2 鋼板中心異常組織硬度（HV0.01）

圖2 探傷不合鋼板缺陷位置

2 影響鋼板探傷合格率的因素分析

2.1 常規(guī)因素

2008年針對影響探傷不合的問題，就主要影響因素，如規(guī)格、鑄坯低倍質(zhì)量、壓縮比、熱送工藝等進行了相關調(diào)查，發(fā)現(xiàn)探傷合格率隨著鋼板厚度的增加呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，見圖3；在相同規(guī)格的情況下，平均軋制道次壓下率提高，探傷合格率明顯提高，見圖4；隨著鑄坯低倍質(zhì)量的改善，探傷合格率提高，低倍質(zhì)量對探傷的影響程度隨厚度的增加，影響更加明顯，見圖5；鋼板實施堆垛緩冷時，探傷合格率提高，見圖6。

圖3 探傷合格率與鋼板厚度的關系

2008年的調(diào)查結(jié)果表明，要獲得較高的探傷合格率，保持較好的低倍質(zhì)量，提高軋制道次壓下率，實施鋼板緩冷是重要的控制措施。為此，2009年在120 t轉(zhuǎn)爐—1#連鑄機—3500軋機上進行了改造，1#鑄機采用了電磁攪拌，使得鑄坯低倍明顯改善，見圖7；對3500初軋機進行了改造，設計最大軋制力達到了70 000 kN，初軋機平均道次壓下率由平均不足8%提高到12%以上；對25 mm以上的探傷鋼板全部實施真空處理，并采取鑄坯下線緩冷48 h以上的送軋工藝。采取以上措施后，探傷合格率由2008年的81.9%提高到2009年的94.5%。盡管探傷合格率有明顯的提高，但與國內(nèi)同類型企業(yè)中厚板探傷合格率98%以上的水平還有較大的差距，到2010年上半年探傷合格率下降到93.9%。

圖4 道次壓下率對探傷合格率的影響

圖5 探傷合格率與低倍質(zhì)量的關系

圖6 探傷合格率與鋼板堆垛緩冷的關系

圖7 低倍質(zhì)量分析結(jié)果分類統(tǒng)計

2.2 氫致裂紋

2009年后盡管采取了所有能采取的措施，但探傷合格率依然在95%以下，尤其是2010年上半年1#鑄機生產(chǎn)的270 mm厚度的坯料軋制鋼板的探傷合格率下降到81.1%。在鑄坯質(zhì)量改善、道次壓下率提高、實施真空處理等關鍵措施的情況下，探傷不合的問題依然嚴重存在，因此有必要進一步查找影響探傷不合的其他關鍵因素。

2.2.1對比試驗

對如下兩種主要生產(chǎn)坯料進行軋制對比試驗，查找在相同軋制工藝條件下不同坯料的探傷合格率，尋求影響探傷合格率的主要影響因素。

A坯料：120 t轉(zhuǎn)爐—LF爐精煉—VD真空處理—1#鑄機（270 mm）—鑄坯緩冷48 h以上

B坯料：210 t轉(zhuǎn)爐—LF爐精煉—RH真空處理—5#鑄機（250 mm）—鑄坯緩冷48 h以上

以上兩種坯料的低倍質(zhì)量見表3。

表3 試驗坯料低倍質(zhì)量對比

對以上兩種坯料分別送3500軋機和4300軋機進行軋制對比，軋制工藝按照質(zhì)量計劃執(zhí)行，不進行人工分類干預，并統(tǒng)計一次探傷合格率（熱處理前），軋制結(jié)果見表4。

表4 兩種主要坯料分送軋制結(jié)果統(tǒng)計

從表3可以看出，由于1#鑄機實施了電磁攪拌，其鑄坯（A坯料）低倍質(zhì)量明顯要優(yōu)于未實施電磁攪拌的5#鑄機，但軋制結(jié)果與低倍質(zhì)量并不對應，1#鑄機生產(chǎn)的坯料（A坯料）分送3500軋機和4300軋機軋制的一次探傷合格率要大大低于5#鑄機生產(chǎn)的坯料（B坯料），而兩種坯料工藝上的最大差別只是A坯料走VD工藝，而B坯料是走RH工藝。真空處理方式的不同造成了兩種坯料質(zhì)量上的較大差異，造成這種差異的原因，高度懷疑是兩種真空處理后鋼中的氫含量存在較大的差異。

2.2.2進一步驗證

為進一步驗證鋼中的氫含量對探傷合格率造成了重要影響，在以上兩種坯料生產(chǎn)線上各配置了兩臺定氫儀，分別對真空處理后和中間包鋼水中的氫含量進行檢測，并將檢測結(jié)果與探傷合格率進行對比分析，結(jié)果見表5和圖8。

定氫儀檢測結(jié)果表明，VD和RH兩種真空處理方式在鋼水脫H能力上存在這較大差距，VD處理后鋼中的氫含量要明顯高于RH處理。盡管A坯料（VD處理）低倍質(zhì)量要明顯優(yōu)于B坯料（RH處理），但過高的氫含量是制約探傷合格率的主要影響因素。通過以上對比試驗，可以初步得出鋼板中心裂紋主要是氫含量較高導致的氫致裂紋的結(jié)論，即：鑄坯中心的偏析、偏析帶存在的MnS夾雜、鋼中較高的H含量的析出是引發(fā)鋼板中心裂紋產(chǎn)生的根源。其中鑄坯的偏析形成了鋼板中心的異常組織，MnS夾雜存在于異常組織中，加上鋼板冷卻過程中H在MnS夾雜和異常組織間的析出，引發(fā)了裂紋的產(chǎn)生和擴展，形成了鋼板中心大量的微裂紋，其特征為鋼板出現(xiàn)分層現(xiàn)象，引發(fā)探傷不合［4］。

圖8 A坯料和B坯料軋制板探傷合格率對比

3 控制鋼中氫的措施與效果

為有效提高真空處理的脫氣能力，降低鋼中的H含量，采取了如下控制措施：

1）修訂和完善原輔料含水量控制標準，嚴禁含水量較高的原輔料在轉(zhuǎn)爐冶煉后期、出鋼、精煉和澆注的過程中加入；強化中間包的烘烤，防止中間包烘烤不到位引起鋼中H含量的增加。

2）對影響真空度的主要因素，制訂真空處理過程泄漏故障判斷和處理手冊，對易發(fā)生泄漏的關鍵部位進行嚴密監(jiān)控，確保真空處理時的最低真空度控制在100 Pa以下。

3）對RH環(huán)流氣體的流量進行優(yōu)化，將環(huán)流氣體標準流量由80 m3/h提高到90 m3/h；提高VD處理底吹氣體流量，在保證安全生產(chǎn)的前提下，實現(xiàn)底吹氣體流量的最大化。

4）強化對真空處理介質(zhì)的監(jiān)控，即對蒸汽壓力、溫度、流量以及濁環(huán)水進水溫度等實施全程監(jiān)控，保障抽真空的順利進行。

5）加強對循環(huán)氣體管路的監(jiān)控檢查，防止循環(huán)管路發(fā)生泄漏，閥門切換正常；及時觀察RH上升管出口處的堵塞情況，堵塞1/4以上出口時嚴禁生產(chǎn)探傷鋼種。

6）通過定H儀加強對鋼中H含量的監(jiān)控，一旦真空處理完畢鋼中H含量在2.5×10-6以上時，要采取分類處理，如鋼種改判，生產(chǎn)計劃進行調(diào)整等。

通過以上措施的實施，鋼中的H含量控制能力得到了明顯提高（見圖9）。隨著鋼中H含量的明顯降低，中厚板探傷合格率也出現(xiàn)了大幅度的提高（見圖10），由原來的95%提高到98%以上。

圖9 控制措施實施前后鋼中H含量的變化

圖10 鋼中H含量降低后兩種典型坯料探傷合格率

4 結(jié)論

4.1 引起濟鋼中厚板探傷不合的主要原因是鋼板厚度中心存在微裂紋，這種微裂紋分布在鋼板的邊部或中間，呈聚集狀，造成鋼板體現(xiàn)分層特征。

4.2 鋼板厚度中心處微裂紋的產(chǎn)生除與鑄坯偏析、MnS夾雜、道次壓下率有關外，鋼中的氫含量是一個至關重要的影響因素，氫含量較高時，在鋼板冷卻過程中H在MnS夾雜和異常組織間析出，引發(fā)了裂紋的產(chǎn)生和擴展，形成了鋼板中心大量的微裂紋。

4.3 通過控制原輔料水分、降低真空度、提升循環(huán)氣體流量、實施定H監(jiān)控，能有效提高真空處理的脫氣效果。

4.4 濟鋼通過降低鋼中的H含量，有效提高了中厚板的探傷合格率。

［1］賴朝彬，辛博，陳偉慶，等.低合金中厚板探傷缺陷原因及分析［J］.物理測試，2008（1）：44-47.

［2］徐莉，麻慶申，李春智，等.首鋼中厚板探傷不合主要原因分析［C］//中國金屬學會.2010年第十四屆全國鋼質(zhì)量與非金屬夾雜物控制學術會議論文集.2010：191-198.

［3］吳偉勤，蔡可森，黨軍，等.影響中厚板探傷合格率的因素分析［J］.鋼鐵，2011，46（4）：98-101.

［4］朱立民.鋼中氫對中厚板材探傷合格率的影響［J］.鋼鐵研究，1999（2）：19-21.

Analysisand Controlling of the Cracksin theThicknessCenter of MediumPlate

ZHU Guihe,WAN Youtang,CAO Luqi,PENG Haihong
（Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

Aiming at the problem of low detection qualification rate,the disqualification plate in flaw detection was analyzed.The cause is the existence of micro crack aggregated distribution in the plate thickness center.Through the investigation of main factors on the micro crack and the contrast test,the results showed that the micro cracks is not only concerned with billet segregation,MnS inclusion,pass reduction rate,but hydrogen content in steel is one of the most important factors.By taking measures to reduce the content of hydrogen in steel,the H content in steel is greatly reduced,the flaw detection qualified rate is increased from 95%to 98%。

medium plate;flaw detection;micro crack;hydrogen content

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TG115.2

：A

：1004-4620（2014）01-0022-03