試論壓力容器鋼中板橫裂紋原因分析及探討

汪磊

摘要：本文在分析鋼板及鑄坯表面缺陷基礎上，通過鋼板缺陷的宏觀、微觀分析，以及鑄坯表面缺陷檢驗分別進行探討，論述了中板缺陷原因，并提出相應的解決措施，對于今后避免出現壓力容器鋼中板橫裂紋問題具有一定借鑒作用。

關鍵詞：壓力容器，中板橫裂紋，原因分析，解決對策

中圖分類號：TF703文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

0 引言

在分析應用壓力容器用鋼過程中，主要的晶種涉及到Q245R、Q345R，16MnDR。其中，壓力容器使用的鋼中板表面橫裂紋出現較多，主要代表為16MnDR和Q345R為主。這里通過相關的手段進行中板表面缺陷的分析，排查相關的重點參數，主要方法包括加熱打回爐觀察、金相分析、電鏡觀察以及酸浸檢驗等[1]，最后提出相關的措施，有效保證壓力容器用鋼的質量，使得經濟效益能夠得到明顯提高。

1鋼板及鑄坯表面缺陷分析

1.1 鋼板缺陷的微觀分析

利用電子投射鏡對于鋼板的相關典型缺點問題進行檢查，裂紋則是沿表層斜向而進入鋼基，氧化亞鐵在裂紋內進行鑲嵌，經過仔細觀察，相關的雜物、有害元素并沒有發現。珠光體+鐵素體則是在鋼種的組織，這種顯微觀察可在3%硝酸酒精侵蝕后實現，厚約40 μm的脫碳層可以明顯在鋼板裂紋周圍發現。這樣可以進行有效推斷，脫碳層厚度則是說明，在鋼板軋制過程中，連鑄坯缺陷并沒有進行相應的有效焊合處理而成，這樣就造成了鋼板裂紋。

1.2 鋼板缺陷的宏觀形貌

在鋼板下表面，進行相應的坯料縱向軋制過程中，嚴重裂紋出現在鋼板東側的400～500 mm位置，形狀則表現為不規則的裂紋，這樣基本可以判斷其為山峰狀的3～4 mm深度的橫裂缺陷。

1. 3鑄坯表面缺陷檢驗

進行鑄坯的“打回爐”分析則是進行快速判定的有效手段，特別適用于裂紋發生的開始階段。在分析“打回爐”過程中，先進行正常加熱連鑄坯，表面較厚的氧化鐵皮的除去操作則是通過高壓噴水進行，這樣就可以對于鑄坯缺陷的形貌等問題進行快速的查看，能夠利用眼睛進行較為直觀的觀察。

一般來說，厚1～3mm的氧化鐵皮存在于連鑄坯表面，觀察進行加熱除鱗后的鑄坯表面，就能較為有效地觀察鑄坯表面缺陷的嚴重程度。

2 中板缺陷原因分析

分析鑄坯表面以及鋼板的缺陷過程，在連鑄坯東側距邊部450mm附近，存在一定的橫裂紋，這往往是由于后部軋制中并沒有進行相應的有效焊合處理。經過跟蹤分析，在鑄坯內弧表面發現橫裂紋，充分考慮缺陷特性基礎上，可以分析相關的鋼質內部的夾雜以及氣體的影響，還可以同時分析矯直時二冷夾輥、鑄坯的應力狀態等外部應力問題[2，3]。

2. 1連鑄機設備的影響

由于鋼廠的裝備使用時間比較長，部分參數的調控能力經過改進后仍不能有效滿足生產要求。分析二冷區鑄坯產生的應變，可以發現，夾輥不對中容易引起這個問題。所以，支撐輥的對中精度應該在生產過程中進行有效保證，精度處理在連鑄坯凝固末端處應該格外重視。另外，應該控制連鑄坯凝固末端夾輥正偏差在3mm內，應該保證臨界應力大于變形應力的要求。因此，應該全面檢修相關的連鑄機，保證相關參數的技術指標。經過相關檢修，橫裂紋依然通過跟蹤發生在鑄坯表面上，在通過多次酸浸抽樣分析，并沒明顯改善裂紋的缺陷程度，所以，缺陷突然發生的最直接原因并不是裝備方面，不應該把整體對弧的二冷機架作為改善的重點問題。

2. 2化學成分的影響

第一，在氮含量的影響方面。主要通過分析鋼內的Al， Ti， Nb的三方面影響分析進行，上述微量合金元素與N結合的氮化物進行分析，這影響著鋼的高溫延塑性方面問題。

首先，對于Ti的影響方面，TiN則會在Ti的連鑄過程中實現，Al形成則受到TiN的抑制，導致鑄坯裂紋指數有所降低，形成粗大的晶粒。但是，經過分析，Ti質量分數僅為0.01 %左右，影響坯高溫塑性很低；其次，對于Al的影響方面，一般來說，容易在奧氏體晶界析出A1N，這樣就是晶界滑移出現，微細析出物粒子造成一定的晶界破壞；第三，在Nb的影響方面，在連鑄時，Nb在晶界處析出Nb（CN），這樣就會使得鑄坯晶間強度有所降低，出現裂紋問題。這里進行六西格瑪工具進行檢驗判斷，主要判斷Al， Ti， Nb成份的變化影響問題。在16MnDR中，Nb的p=0.96 > 0.05，A1的p=0.97>0.05；在Q345R中，得到Ti的p=0.76 > 0.05，A1的p=0.86 > 0.05。這樣，就說明裂紋發生前后變化并不明顯。所以，本次批量橫裂的主要原因并不是相應的Al， Ti， Nb的變化。但是，還應該根據要求，控制[N]在51×10-6以下。

第二，在硫含量的影響方面。在Mn/S ≤50情況下，容易出現較差的鋼高溫塑性問題。在本例中，經過分析，Mn/S則大于120，能夠滿足生產要求，并不是M n/S含量的原因。

第三，分析矯直區脆性方面。拉應力則在連鑄機拉鋼過程中，作用于鑄坯內弧表面，當上述內弧表面的拉應力達到一定的臨界值，則會造成內部裂紋問題。其中，分析連鑄過程中的鋼，其一共存在于三個低塑性脆性區域，第III脆性區則是容易發生在鋼坯處于轎直區域的狀態下，這樣就讓橫向裂紋出現在鑄坯內弧表面中，基本類似于上述出現的裂紋。

相比于正常爐號，有裂紋爐號的二冷室溫度較低，能夠降低45℃左右，其中，二冷室平均溫度在800℃之下，具有位于第III脆性區的鑄坯溫度，所以，鑄坯橫裂的主要原因則是由于矯直溫度落于高溫脆性區所致。

當地氣溫驟降也是影響原因，使得二冷水溫度能夠收到影響，由原來的18 ℃降低至6 ℃左右，這主要是由于冷卻塔循環冷卻則是二冷水的主要方式，12℃的降幅經過相關分析和計算，能夠導致出冷區溫度降低最少有14℃，這樣就造成平均冷卻水溫度降低的問題，一般來說，能夠造成降低8℃左右。

所以，應該對二冷水比水量整體進行降低10%左右，一定要控制好溫度，保證其在25～40 ℃之間，這樣就能夠保證生產質量要求。

3 結語

在分析上述的裂紋結果中，應該做好原材料控制，還應該注意以下幾個方面的問題，一是，A1N， Nb（CN）等對高溫塑性影響應盡量減少，控制[N]質量分數小于0.0045%，控制A1含量在0.02 -0.04 %；二是，重視冬季的二冷水溫度降低問題，應該進行夏、冬的區分調節，保證結晶器入水溫度在25～35℃中；三是，檢修鑄機鑄坯凝固末端夾輥過程中，應該保證質量和要求，水平設置二冷凝固末端夾輥，控制其偏差在3.0mm之內。

參考文獻：

[1] 孫斌， 許安俊. 高壓止回閥斷裂失效分析[J]. 壓力容器，2012，29（1）.

[2] 潘建華， 陳學東， 韓豫. -196℃奧氏體不銹鋼母材與焊縫的動態斷裂韌性[J]. 爆炸與沖擊，2013，33（4）.

[3] 黃儉. 力容器斷裂分析及應用[J].中國化工貿易，2014，（27）.