提高中厚板超聲探傷合格率的控制措施及應用實踐

趙 旭，田貴昌，王東柱，徐晨光

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司制造部，河北 唐山 063200）

需要超聲探傷的中厚板主要應用在Z向鋼板、管線鋼板、高強船板、容器板、橋梁板及鍋爐板、海洋平臺鋼等品種中，產品的附加值較高。目前首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司生產的保探傷產品合同比例達到了80%以上，而探傷缺陷超越了其他常見的工藝性、原料性缺陷，成為了影響產品質量和生產效率的重要因素。探傷不合鋼板需降級處理，這就增加了噸鋼工序成本，并對產品交貨期及合同兌現率造成了嚴重影響，降低了公司的綜合競爭力。因此，提高中厚板探傷合格率，成為目前提升合同兌現率和降低噸鋼成本的主要任務。

為提高探傷合格率，筆者主持開展技術攻關。結合前期理論研究成果和過程控制經驗，再根據公司設備工況實際，對探傷不合格的鋼板進行電鏡分析，找出探傷不合格主要是由鋼中的氫壓力及組織相變應力使得鑄坯中心偏析部位產生微觀裂紋所致，通過采用LF+VD真空處理、鋼水潔凈度控制、鑄機扇形段輥縫精度控制、改善加熱制度及軋制壓下，同時利用緩冷坑等新舉措及關鍵工藝技術，并結合公司在沿海地理位置的季節因素開展協同攻關，使得探傷缺陷發生量得到有效控制，將探傷合格率穩定在了99.5%以上。

1 探傷缺陷金相和電鏡分析

存在探傷缺陷的鋼板首先用探傷儀進行缺陷位置定位、標記，切下后送至加工間進行線切割加工（需標注軋制方向），制成20 mm×20 mm×t mm（t為厚度）的試樣，并對其縱向即軋制方向進行金相和電鏡分析，觀察試樣缺陷形貌及成分組成。通過對典型探傷缺陷部位進行掃描電鏡分析得出缺陷處的微觀缺陷表現為位于鋼板厚度中心的微裂紋、夾雜，如圖1—圖3所示。

圖1 缺陷部位金相圖

圖2 缺陷部位電鏡圖

圖3 缺陷部位成分圖

2 組織成因分析

鋼板厚度中心位置存在較長的裂紋缺陷，基本貫穿整個試樣截面，周圍分布有明顯的帶狀組織。通過電鏡檢驗，條帶狀的物質為硫化錳（MnS）夾雜。此外，部分鋼板還發現了多處夾雜物的條帶，雖然單個夾雜物達不到超標水平，但是多個累加、疊加后影響的面積則顯著增大。裂紋成分如下頁表1所示。

表1 鋼板缺陷部位裂紋成分表 %

微裂紋的主要原因是：氫原子在中心偏析區與非金屬夾雜物（如MnS）積聚析出H2，隨著H2濃度的增大，壓強也越來越大，氫壓力及組織相變應力導致鋼板中心偏析部位產生微觀裂紋。在探傷缺陷上表現為面缺陷[1]。

為提高全工序的生產穩定性，必須在冶煉階段從控制鋼水的w（H）、提高鑄機設備精度等方面來保證鋼坯內部質量，同時結合加熱軋制工藝優化、碼垛堆冷等措施進一步提高探傷合格率。

3 措施探討

3.1 入爐料的水分控制

入爐料的水分主要來源有鋁渣、增碳劑、脫氧劑、覆蓋劑、保溫劑等，空氣中的水分也會通過鋼水和爐渣的作用進入鋼中。由于公司地址臨近海邊，夏季受天氣潮濕及雨季影響，鋁渣水分從0.5%波動至3.0%，增碳劑從0.5%增加至2.0%，夏季的空氣濕度可達到95%以上，以上因素造成了LF爐進站w（H）從3.0×10-6升高至7.0×10-6，進而使得單聯工藝探傷合格率下降。

通過增加原料水分的檢驗頻次，增加合金烘烤設備以保證入爐料干燥，在雨季潮濕季節做好原物料的防雨、防潮工作,并在技改方面增設LF爐測氫儀及時監控等合理舉措，使得進站的w（H）保持穩定。

3.2 w（S）的控制

探傷板對w（S）要求為：橋梁板、容器板等w（S）控制在0.01%以下，Z向板冶煉鋼中w（S）控制在0.007%以下，管線鋼等高級別鋼中w（S）則在0.005%以下[1]。

鐵水處理方面采用鐵水包KR攪拌脫硫方式，將澆注耐材形成的十字型攪拌槳經烘烤后插入鐵水包內進行旋轉，使鐵水產生漩渦，然后向鐵水漩渦區投入定量的脫硫劑，使脫硫劑和鐵水中硫在不斷攪拌的漩渦中發生脫硫反應，該攪拌脫硫工藝具有極好的脫硫動力學條件，脫硫率高且穩定，滿足煉鋼對高質量鐵水的要求；在LF爐處理方面，通過對爐渣強化脫氧，以保證爐內的還原性氣氛，得到高堿度還原白渣，并借助氬氣攪拌，保證脫硫率≥70%。

3.3 VD脫氫處理

采取VD脫氫處理將系統的工作真空度控制為67 Pa以下，真空脫氫時間≥12 min，通過控制入爐料的水分和氬氣流量、壓力、真空度以及渣量[2]，保證VD結束時定氫≤2×10-6。

3.4 設備精度控制

由于此臺鑄機無動態輕壓下技術，重點通過改進扇形段設備質量、控制輥縫偏差、合理優化二次冷卻水量來提高鑄坯的內部質量。同時采取提高轉臺旋轉速度、增加中包溢流口高度50 mm、增大換包期間中間包鋼水容量、根據實際情況對大包套管碗口進行清理等措施縮短連澆過程時間，從而保證中心偏析低倍在C類2.0級或更好水平。

3.5 厚規格鋼坯的加熱及軋制優化

厚規格鋼坯加熱階段的實際在爐時間相對正常階段要延長1 h以上，處于高溫均熱段，出爐溫度1 200℃以上，在爐時間300 min以上；軋制階段通過低速大壓下及增大展寬道次后的壓下率，優化軋制工藝來減少鋼板的芯部缺陷；粗軋階段要保證道次變形量（＞20%），并且使壓下率逐道次增加[1]，鋼板軋制最大道次壓下量提高至40 mm以上，水冷后快速下線堆冷。對于特厚板，通過加強VD真空冶煉、均勻加熱大壓下、快速下線堆冷等措施，保證生產條件的穩定性。

3.6 板坯和鋼板緩冷坑的增設

在較高溫度區間對板坯和鋼板采取堆垛緩冷，在此溫度區間的冷速越低，保持的時間越長，氫擴散越充分，可避免氫在鋼中夾雜物部位聚集，形成微觀裂紋[3],同時經過連鑄坯堆垛緩冷，減輕了元素偏析程度和軋后鋼板的帶狀組織[4]。在實際生產中,使用帶加熱功能的鋼坯緩冷坑及常規鋼板保溫坑，可重點對換水口鋼坯、拉速變動鋼坯、中間包溫度低爐次鋼坯、二次處理鋼水爐次鋼坯等探傷隱患鋼坯進行重點保溫，以保證下線溫度及緩冷時間，有效解決了鋼板頭尾突出部位的探傷不合格問題。

4 效果驗證

針對中厚板探傷缺陷，通過技術攻關、設備功能精度改進等措施，使該缺陷得以有效控制，探傷合格率穩定在99.50%以上。