中厚板Q345R容器板探傷不合原因分析

李春雨

（河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼生產(chǎn)制造部 河北 唐山 063016）

中厚板Q345R容器板探傷不合原因分析

李春雨

（河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼生產(chǎn)制造部 河北 唐山 063016）

針對Q345R鋼板探傷不合問題，從生產(chǎn)過程、金相檢驗、掃描電鏡檢驗等方面進(jìn)行分析，分析結(jié)果表明鋼中的夾雜物、中心裂紋是造成探傷不合的主要原因。通過優(yōu)化相關(guān)的生產(chǎn)工藝，可以大幅避免探傷不合的產(chǎn)生，對提高Q345R鋼板探傷合格率起到關(guān)鍵作用。

Q345R；夾雜物；中心裂紋；探傷不合

1 引言

Q345R鋼是國內(nèi)普遍使用的壓力容器用鋼，此類鋼板對性能要求較高，特別是必須滿足探傷要求，國內(nèi)各鋼鐵企業(yè)先后開發(fā)生產(chǎn)此類鋼板，但普遍出現(xiàn)探傷不合問題[1]。河鋼唐鋼中厚板公司近期在生產(chǎn)此類鋼板過程中也出現(xiàn)了探傷不合問題，本文通過對探傷不合鋼板進(jìn)行分析，找到了本次探傷不合的原因，并對相關(guān)工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

2 探傷不合原因分析

Q345R鋼主要生產(chǎn)工藝流程為：鐵水→轉(zhuǎn)爐→精煉→連鑄→加熱→軋制→控冷→堆冷→火切→表面、尺寸、性能檢驗→探傷→判定入庫。Q345R容器板的化學(xué)成分如表1所示。

表1 Q345R容器板的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

2.1 不同厚度鋼板的探傷合格率統(tǒng)計分析

本批次生產(chǎn)的容器板按不同厚度統(tǒng)計的探傷合格率情況如表2所示。

表2 不同厚度容器板對應(yīng)的探傷合格率

從表2可以看出，本批次生產(chǎn)的容器板探傷不合情況主要集中在14mm、28mm、30mm等3個厚度規(guī)格的鋼板。通過進(jìn)一步的工藝調(diào)查分析，10、12mm的鋼板均未進(jìn)行RH處理，但探傷合格率非常高，達(dá)到了100%探傷合格；14mm厚度探傷不合的鋼板均未經(jīng)過RH處理，而探傷合格的鋼板僅有3塊未經(jīng)RH處理，其余均經(jīng)過RH處理；而28、30mm厚度探傷不合的鋼板雖經(jīng)過了RH處理，但處理時間比探傷合格鋼板的RH處理時間要短。

2.2 生產(chǎn)過程分析

本批次生產(chǎn)的容器板探傷不合爐次主要涉及7K01953、7L02682、7L02655、7L02656等4個爐次。這4個爐號分別在轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄的生產(chǎn)情況經(jīng)過調(diào)查分析，結(jié)果如下：

轉(zhuǎn)爐：通過調(diào)查轉(zhuǎn)爐終點成分及出鋼過程，7L02656爐次終點C為0.04%，終點O為666ppm，屬于后吹，其他爐次冶煉參數(shù)無明顯異常，但出鋼過程脫氧劑鋼砂鋁加入量較少。

精煉：7K01953、7L02656爐次進(jìn)站溫度偏低（分別為1516℃及1527℃），精煉工序未見明顯異常。7L02655和7L02656兩個爐次經(jīng)過RH處理，RH工序133Pa以下處理時間分別為7分鐘和8分鐘，普遍偏短。

連鑄：7K01953、7L02682、7L02655三爐中包溫度均偏上限，過熱度達(dá)到30～35℃，過熱度偏高，拉速和塞棒曲線未見明顯波動，鑄坯均經(jīng)過緩冷，緩冷時間正常。

2.3 缺陷部位金相分析

對探傷不合部位的鋼板取樣，進(jìn)行金相分析。從圖1及圖2的金相照片可以看出探傷不合的主要原因為鋼中存在明顯的點狀斷續(xù)線狀夾雜物，夾雜物顆粒較大，以A類居多，也存在部分B類，夾雜物評級在2.5甚至3.0以上。同時在鋼板中心部位存在明顯的帶狀組織，在帶狀組織的心部出現(xiàn)裂紋，此裂紋基本貫穿了視野中的帶狀組織。

圖1 探傷不合鋼板的夾雜物形貌 100×

圖2 探傷不合鋼板的中心裂紋 500×

2.4 掃描電鏡及能譜分析

對探傷不合鋼板進(jìn)行掃描電鏡及能譜分析，分析結(jié)果見圖3和圖4所示。從掃面電鏡及能譜分析結(jié)果來看，同樣證實了在鋼中存在大顆粒夾雜物，從能譜分析得出的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比，可以得出夾雜物主要以鈣鋁酸鹽復(fù)合夾雜和MnS類夾雜物為主，同時掃描電鏡同樣顯示出在探傷不合位置存在明顯裂紋。

圖3 掃描電鏡及能譜分析1

圖4 掃描電鏡及能譜分析2

3 分析與討論

綜上所述，造成本次Q345R容器板探傷不合的原因主要為鋼中存在較嚴(yán)重的夾雜物以及鋼板中心偏析引發(fā)的中心裂紋。

3.1 夾雜物

從掃描電鏡及能譜分析可以得出探傷不合部位的夾雜物主要為鈣鋁酸鹽復(fù)合夾雜和MnS夾雜物。鋼中的氧化鋁和氧化鈣結(jié)合生成熔點較低的鈣鋁酸鹽，即達(dá)到對鋼中呈現(xiàn)為脆硬相的高熔點氧化鈣夾雜的變性處理的作用，將之大部分轉(zhuǎn)變?yōu)?2CaO?7Al2O3，并使之通過底吹氬氣的方法被渣層吸附。研究表明[2]，底吹氬氣時間不足或鋼包透氣不暢將延遲變性夾雜物的上浮，造成鋼中殘存大量變性夾雜物，鋼板中的夾雜物因結(jié)構(gòu)不同，會破壞基體的連續(xù)性，在進(jìn)行超聲波探傷時，夾雜物因與鋼基體的聲阻抗不同，表現(xiàn)為探傷不合。而探傷不合部位顯示的夾雜物顆粒評級在2.5甚至3.0以上，這些大顆粒的夾雜物對鋼基體的連續(xù)性破壞非常大，導(dǎo)致鋼板探傷不合的幾率大幅增加。

3.2 裂紋

從金相照片可以看出鋼板中心偏析非常嚴(yán)重。在鋼板的厚度中心因鑄坯中鋼水結(jié)晶凝固先后順序不同產(chǎn)生成分偏析，中心位置的碳、錳含量升高，并導(dǎo)致鋼板中心位置在軋后冷卻時的CCT曲線發(fā)生右移。同時因為軋后冷卻較快，在鋼板心部容易形成異常的過冷組織貝氏體和馬氏體，過冷組織發(fā)生相變時應(yīng)力集聚，當(dāng)應(yīng)力過于集中時，產(chǎn)生的組織應(yīng)力集中在鋼基體薄弱環(huán)節(jié)的一點釋放形成裂紋，導(dǎo)致探傷不合。

MnS夾雜也是造成鋼基體產(chǎn)生微裂紋的原因之一。在軋制過程中，硫化物夾雜沿著軋制方向隨著金屬延伸而被破碎、拉長，在鋼中呈現(xiàn)點鏈狀或條帶狀。這些硫化物夾雜與鋼基體的變形不一致，在夾雜物附近產(chǎn)生較多數(shù)量的位錯環(huán)，當(dāng)這些位錯環(huán)源源不斷地移動至夾雜物和鋼基體的交界處后則匯聚成微裂紋[3]。

同時，在未經(jīng)RH處理或者RH處理時間不足的爐次，因鋼中還存在一定含量的H，H原子在夾雜物或者鋼板中心偏析地帶聚集形成H分子，隨著H分壓逐漸增大，達(dá)到一定程度也會產(chǎn)生裂紋。

4 結(jié)論及改進(jìn)

從上述分析討論結(jié)果來看，鋼中存在的大顆粒夾雜物、中心偏析、中心裂紋是導(dǎo)致本次Q345R容器板探傷不合的主要原因。為避免再次發(fā)生類似的探傷不合現(xiàn)象，應(yīng)從如下方面進(jìn)行相應(yīng)的工藝改進(jìn)：

（1）優(yōu)化RH精煉工藝路線，以14mm作為Q345R容器板是否經(jīng)過RH精煉的厚度分檔，14mm以下（不含14mm）工藝路線不經(jīng)過RH，14mm及以上必須經(jīng)過RH處理。經(jīng)過RH精煉的爐次必須保證在要求真空度下的處理時間，即在133Pa以下處理10min以上。

（2）為控制鋼中夾雜物含量，Q345R鋼種要求入轉(zhuǎn)爐的鐵水均先經(jīng)過鐵水預(yù)處理工序，嚴(yán)格控制S含量，以減少硫化物夾雜產(chǎn)生。優(yōu)化Q345R成分設(shè)計，降低Mn含量控制，目標(biāo)含量從1.40%降低至1.30%；嚴(yán)格控制S含量，S含量上限不超0.008%，目標(biāo)含量≤0.005%；P含量上限不超0.018%，目標(biāo)含量≤0.015%。

（3）嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐及LF精煉工藝參數(shù)，轉(zhuǎn)爐終點C≥0.08%；調(diào)整轉(zhuǎn)爐出鋼過程鋼砂鋁加入量，確保Als含量在0.010%～0.015%之間；確保LF進(jìn)站鋼水溫度≥1540℃；LF進(jìn)站鋼水先喂鋁線，將鋁含量控制在目標(biāo)要求，同時加入足夠的石灰確保精煉渣堿度4.0以上。嚴(yán)格執(zhí)行LF底吹氬氣制度，保證軟吹時間≥10min。

（4）鑄坯必須經(jīng)過堆冷處理，堆冷時間≥48h，嚴(yán)禁直供溫裝。

（5）優(yōu)化加熱工藝，延長加熱時間，增加心部偏聚的C、Mn原子擴(kuò)散時間，避免加熱時間不足對探傷不合造成的影響。

（6）板材軋后嚴(yán)格執(zhí)行板材堆冷工藝，嚴(yán)禁板材頭部或尾部裸露。

[1]丁軍紅，王作成，張寧，等.低合金高強度鋼板超聲波探傷不合缺陷分析.山東冶金，2016，38(2)：23-25.

[2]李連任，高偉，杜海濤，等.高強度容器板探傷不合原因分析.山東冶金，2011，33(5)：104-106.

[3]譚清元，周遠(yuǎn)華，賈至立，等.Q345R鋼板超聲波探傷不合的原因分析.鋼鐵，2011，46(3)：66-70.

TG115.285 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）02-0037-03

李春雨（1983-），男，河北唐山人，2009年畢業(yè)于北京科技大學(xué)，材料加工工程專業(yè)，碩士研究生，唐鋼生產(chǎn)制造部工作，工程師，從事軋鋼質(zhì)量管理方面工作，郵箱：lichuny348@163.com