Q345GJC鋼板探傷不合格原因分析

呂麗華，呂慎輝，劉云峰

山東萊蕪鋼鐵股份有限公司品保部，山東 萊蕪 271104

0 引言

寬厚板是萊鋼的生命線，年設(shè)計(jì)能力為180萬t/年，主要產(chǎn)品有船板鋼、管線鋼、壓力容器鋼等，多用于高危行業(yè)或環(huán)境中，因此對(duì)鋼板的內(nèi)部質(zhì)量有著非常高的要求。超聲波探傷作為目前萊鋼寬厚板無損檢驗(yàn)的主要方式，主要是應(yīng)用超聲波在鋼板中傳播，隨材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織、缺陷的不同而變化，以此檢測(cè)材料內(nèi)部的裂紋、分層、縮孔、氣泡、疏松以及嚴(yán)重粗晶等結(jié)構(gòu)的變化和缺陷情況。

工廠生產(chǎn)中采取250mm厚度的鋼坯軋制一批25mm厚度的Q345GJC，軋后探傷均不合格，探傷缺陷波較高，缺陷分布于大部分的板面，且尺寸較大。鋼板的生產(chǎn)工藝為：轉(zhuǎn)爐冶煉

LF精煉→板坯連鑄→控制軋制→空冷。

1 鋼板的探傷情況

對(duì)鋼板進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的探傷缺陷存在，分別進(jìn)行了超聲波在線探傷和人工探傷。

圖1 自動(dòng)探傷儀三維探傷結(jié)果

圖2 手動(dòng)探傷缺陷波形圖

從圖1在線探傷儀顯示的三維探傷圖譜可以明顯看出，Q345GJC在厚度16～17mm出有明顯的缺陷層，缺陷層分布在鋼板的整個(gè)表面，貫穿整個(gè)鋼板的軋制方向。從圖2人工探傷的缺陷波形圖也可以明顯的看出，缺陷波的波高高于鋼板底波的波高，達(dá)到了88%的高度，缺陷波的位置在板厚的16.68mm處，基本與自動(dòng)探傷儀的結(jié)果對(duì)應(yīng)起來。手動(dòng)探傷缺陷波呈現(xiàn)草狀，個(gè)別缺陷波呈尖銳狀并且波幅高，根據(jù)探傷學(xué)的相關(guān)知識(shí)判定為疏松狀缺陷并且鋼板內(nèi)部有裂紋。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判定，鋼板探傷不合格。

2 取樣以及確定進(jìn)行檢測(cè)的項(xiàng)目

2.1 取樣

在鋼板探傷嚴(yán)重的區(qū)域，通過手動(dòng)探傷儀的準(zhǔn)確定位，取試樣進(jìn)行低倍、金相、電鏡掃描以及物理性能試驗(yàn)。

2.2 探傷缺陷的試驗(yàn)研究

2.2.1 低倍分析

對(duì)探傷不合格的鋼板取樣后進(jìn)行低倍分析，可以明顯的看出在鋼板厚度1/2位置處有明顯的偏析帶，偏析帶呈連續(xù)的細(xì)長狀，并且有裂紋、夾雜等缺陷，沖擊斷口處發(fā)現(xiàn)白亮帶區(qū)域。

2.2.2 缺陷金相分析

對(duì)低倍試樣進(jìn)行金相分析，可以看到在試樣的心部有裂紋，裂紋處出現(xiàn)碳偏析，珠光體量較多。裂紋的出現(xiàn)驗(yàn)證了探傷不合格的原因，并且解釋了探傷缺陷波的形態(tài)，與探傷結(jié)果呈現(xiàn)一致性。

2.2.3 掃描電鏡的檢驗(yàn)分析

為進(jìn)一步研究鋼板探傷不合格的原因， 對(duì)探傷不合格處金相試樣做了掃描電鏡對(duì)比分析， 結(jié)果看出：心部有一條明顯白而亮的缺陷帶，心部的裂紋、偏析和MnS等夾雜物非常嚴(yán)重。鋼板微觀組織的差異、心部偏析、內(nèi)部裂紋以及夾雜物等的存在是導(dǎo)致探傷不合格主要原因 。

對(duì)裂紋處進(jìn)行了能譜分析，結(jié)果顯示裂縫內(nèi)部含有Al2O3、MnS等夾雜，這是造成裂縫的主要原因。

2.2.4 氣體分析

對(duì)探傷不合格的試樣進(jìn)行氣體分析，得到探傷不合格的鋼板氣體氫含量為3.2ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于探傷合格中鋼板的氣體氫含量2.4ppm。鋼中的氫可以在顯微空隙處聚積形成氣體分子， 而夾雜物與金屬基體的相界面又強(qiáng)烈吸附氫，所以夾雜物周圍氫壓較高，尤其是夾雜物的尖銳處，當(dāng)氫壓超過臨界值時(shí)，就產(chǎn)生了微裂紋，而且隨著氫壓的增加，微裂紋可以擴(kuò)展或互相連接，形成較長的裂紋，嚴(yán)重影響鋼板內(nèi)部質(zhì)量，造成探傷不合格。由于軋制鋼板較?。?5mm），軋后冷卻較快，鋼板下線后溫度已經(jīng)降到100℃以下，難以實(shí)現(xiàn)堆垛緩冷，因此冷卻產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力難以被有效消除，同時(shí)也不利于鋼中氫的釋放，加劇了微裂紋的產(chǎn)生， 從而造成鋼板探傷不合格。

3 結(jié)論

1）連鑄板坯的中心偏析遺傳到軋制鋼板中，鋼坯的內(nèi)部缺陷在軋制時(shí)小的缺陷可以得到焊合，但是比較大的缺陷則無法通過軋制工藝的調(diào)整予以改善；

2）鋼中MnS等夾雜物數(shù)量多、尺寸大，其尖端處是裂紋產(chǎn)生的有利場(chǎng)所，影響鋼板的探傷合格率；

3）鋼水中的氫含量偏高，容易造成氫致裂紋，造成探傷不合格品的出現(xiàn)；

4）由于軋制鋼板較?。?5mm） ，軋后冷卻較快，不能有效消除內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)也不利于鋼中氫的釋放，加劇了裂紋的產(chǎn)生。

4 解決措施

1）加強(qiáng)鐵水脫硫，優(yōu)化煉鋼工藝，有效降低鋼中S 含量從而減少M(fèi)nS夾雜物；

2）加強(qiáng)煉鋼工藝控制能力。走RH精煉脫氫，降低鋼種的氫含量；同時(shí)優(yōu)化板坯連鑄工藝，降低鋼水的過熱度，選擇合適的拉速和二冷制度，減輕板坯的中心偏析；

3）優(yōu)化軋鋼工藝控制。優(yōu)化加熱制度，保證加熱的均勻性；在高溫軋制階段， 加大軋制力和軋制扭矩，適當(dāng)降低軋制速度，以加強(qiáng)變形的滲透，使得板坯心部也能發(fā)生充分的變形，改造鑄態(tài)組織結(jié)構(gòu)，減輕心部偏析，同時(shí)焊合板坯內(nèi)部的原始裂紋。優(yōu)化鋼板軋后冷卻工藝制度，盡量保證冷卻均勻，降低鋼板內(nèi)部應(yīng)力：較厚規(guī)格鋼板水冷下線后宜進(jìn)行堆垛緩冷。

[1]沈亞.超聲波探傷原理與應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2]何宇明，朱斌，宋曉菊，等.中厚板超聲波探傷不合格成因調(diào)查及對(duì)策分析[J].鋼鐵，2004.