提升品種板探傷率的初步探討

摘要：方大九鋼中板自開發(fā)品種板以來，先后開發(fā)出了橋梁板、高建鋼、特厚規(guī)格Q235B等品種鋼板，探傷合格率不高一直制約著品種鋼生產(chǎn)，如何提高探傷合格率成為品種鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵。本文從各工序?qū)μ岣咛絺细衤蔬M(jìn)行初步探討。

關(guān)鍵詞：品種鋼；堆冷；探傷合格率

0 引言

中厚板是重要的鋼材品種之一，是國民經(jīng)濟(jì)中造船、鍋爐、石油、化工、工程機(jī)械和國防建設(shè)等行業(yè)所需的重要原材料，有著廣泛而重要的應(yīng)用。九江中厚板生產(chǎn)線于2010年4月份投產(chǎn)，該生產(chǎn)線為北鋼院設(shè)計的雙機(jī)架3500軋機(jī)，主要設(shè)備有3500粗、精軋機(jī)各一架、步進(jìn)加熱爐和推鋼加熱爐各一座、ACC冷卻系統(tǒng)、熱矯直機(jī)、雙邊剪、定尺剪等。

九鋼自投產(chǎn)以來主要生產(chǎn)普碳鋼和低合金鋼板，2018年開始開發(fā)品種鋼，自品種板開發(fā)以來，探傷合格率一直不高，訂單補(bǔ)軋情況比較多，怎么樣在不改變成分的前提下提高探傷合格率是品種鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵之處。質(zhì)量缺陷類型主要為板材分層缺陷、延伸率彎曲不合格造成物理性能不合格缺陷，缺陷形貌如圖1所示。板材質(zhì)量問題增加了九鋼板材生產(chǎn)成本，降低了板材產(chǎn)量與市場占有率。作為九鋼的一項發(fā)展戰(zhàn)略，質(zhì)量問題已嚴(yán)重阻礙了板材的發(fā)展，亟待改進(jìn)。

1 實驗材料及方法

技術(shù)人員沿著工藝路線，對煉鋼工序冶煉、連鑄工藝的調(diào)控、對軋鋼工序下線溫度、堆冷時間的優(yōu)化。

板材發(fā)生質(zhì)量問題后，煉鋼廠及時對該時間段的鑄坯低倍質(zhì)量進(jìn)行了跟蹤，發(fā)現(xiàn)鑄坯內(nèi)部均存在3種缺陷：中間裂紋較嚴(yán)重，中心偏析明顯，鑄坯兩側(cè)均存在三角區(qū)裂紋，如圖2所示。

為進(jìn)一步確定造成板材質(zhì)量問題的原因，煉鋼廠協(xié)同檢測部對板材缺陷部位取樣進(jìn)行金相分析，如圖3所示。結(jié)果表明，板材質(zhì)量缺陷是由于在厚度中部存在嚴(yán)重的成分偏析，以及偏析帶分布的M硬相組織、微裂紋。

由此可見，造成我廠板材質(zhì)量問題的根源是鑄坯內(nèi)部存在嚴(yán)重的中間裂紋、成分偏析和鑄坯兩側(cè)存在三角區(qū)裂紋。為此，九鋼從設(shè)備和工藝兩方面開展了改善板坯內(nèi)部裂紋和偏析的工作，取得了較好效果。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 控制碳含量

控制轉(zhuǎn)爐終點的碳含量在0.07%以上，成分上有所保證；精煉白渣時間在10分鐘以上；精煉軟吹時間在8分鐘以上；精煉出站[N]≤55 ppm；

拉坯時板坯恒拉速穩(wěn)態(tài)澆鑄，控制溫度范圍：15℃≤過熱度≤30℃；針對Q345R、要求Z向性能鋼等鋼種，把硫脫到0.005%以下再進(jìn)行鈣處理，抑制凝固過程析出硫化物夾雜；在設(shè)備允許情況下，品種鋼上連鑄臺前需測定鋼中氫。

通過開展板坯內(nèi)部質(zhì)量改善實踐，目前板坯中間裂紋和夾雜在0.5級及以下的比率達(dá)到97%，中心偏析在C0.5級及以下所占比率達(dá)到95%，三角區(qū)裂紋基本消失，疏松縮孔輕微已不在肉眼可視范圍。

2.2 軋鋼工序措施

對于堆疊的熱軋板，頂部和底部的冷卻速率不同。如果將單個熱板放在地板上，其下表面與地板完全接觸，則大多數(shù)情況下，上表面將比下表面冷卻得更快。如果板已降至其相變溫度以下，則由于板體的熱流和相對較暖的板下方的作用，底部的溫度在初始下降后可能會增加。（見圖2，該圖顯示了熱板由于不對稱冷卻而產(chǎn)生的彎曲）。

由于輻射和自然對流，頂部表面的溫度將迅速下降，頂部表面的組織將顯著收縮，而底部表面的組織可能收縮較少甚至延長。這種組織長度的差異將導(dǎo)致彎曲力矩，在冷卻過程中板會彎曲，端部和邊緣會翹起。

如果各層之間的最終差應(yīng)力沒有超過板的屈服應(yīng)力，那么當(dāng)均勻冷卻時，它將恢復(fù)其原始熱形狀。然而，冷卻過程中對凸起端和邊緣的重力作用可能會使這一順序復(fù)雜化，導(dǎo)致材料的屈服強(qiáng)度超過，并可能導(dǎo)致變形板。

在加工過程中，熱板可能需要臨時存放在背包或堆中。通常，當(dāng)板從橙色/紅色完成滾動溫度冷卻到黑色，即低于相變溫度時，就會這樣做。為了分析，考慮熱板在其相變溫度以下，寬度相同，長度相同，整齊地堆疊，以便其邊緣和端部彼此對齊。堆疊的上層比下層冷卻得更快，因為輻射和自然對流的熱通量比鋼的內(nèi)部熱擴(kuò)散率高，在暴露的板表面附近溫度梯度更陡。根據(jù)同樣的推理，板的末端冷卻速度也會比中間快。（圖3--鋼板在700℃以下堆疊而成整齊的垛位中冷卻。）

由于垛位的不對稱冷卻，每個板的上表面通常比下表面更冷。每個單獨板上的溫度梯度將導(dǎo)致通過板厚度產(chǎn)生熱應(yīng)力差。如果這些應(yīng)力不超過板材料的屈服強(qiáng)度，則不會發(fā)生塑性應(yīng)變。但是，如果熱應(yīng)力差足以在冷卻期間在板上引起塑性應(yīng)變，則取決于其大小和板厚度的塑性應(yīng)變比例，冷板將具有殘余應(yīng)力分布并可能變形。當(dāng)堆疊板時，板的溫度越高，其屈服強(qiáng)度就越低，冷卻時所需的溫度梯度就越低。如果需要將板堆疊在熱板上，則為了避免殘余應(yīng)力和熱變形，應(yīng)在堆疊之前允許板盡可能冷卻。

當(dāng)板堆熱時，不對稱冷卻產(chǎn)生的溫度梯度將更大地朝向堆頂和堆端。堆頂附近板的曲可能會增加向板端的冷卻效果；將較厚的板堆放在堆頂可能會減少這種趨勢。熱板堆得越高，堆芯就會越熱，這往往會增加并維持最上層的溫度梯度。因此，應(yīng)控制熱板堆的高度，以限制溫度梯度，避免熱殘余應(yīng)力和變形。在熱板堆中每隔一定距離插入重的高強(qiáng)度相對較冷的板可能會使堆中的溫度更加均勻，減少溫度梯度。它們的重量有助于在冷卻過程中保持板端水平，并防止板端附近溫度升高。

在大多數(shù)實際情況下，不可能有完全相同寬度和長度的板。當(dāng)不同厚度、寬度和長度的熱板堆疊時，重疊會在不再自由移動的板中提供冷卻條件的突然變化。在這種情況下，僅在其寬表面上與相鄰板接觸或接觸的板區(qū)域?qū)⒏菀资艿礁邷靥荻取堄鄳?yīng)力或變形的影響。

堆垛高度不少于0.7米，結(jié)合剪3冷床吊具能力單重10噸以上吊1塊，單重10噸以下吊2塊，需要每次連續(xù)軋制鋼板塊數(shù)滿足堆垛要求，例如50厚單重超10噸板子，塊數(shù)至少14塊，50厚單重不足10噸至少28塊。根據(jù)溫度梯度原理，堆垛高度不宜太高，通過摸索，堆垛高度在1.6米以下比較適合，兼顧了冷卻時間、溫度及性能。

堆垛時原則上一個班內(nèi)（8小時內(nèi)）或者接班連續(xù)下線的重點鋼堆放一起，超過8小時要更換垛位擺放，不同鋼種原則上分垛位堆放，防止堆垛鋼板相互之間溫差較大。

生產(chǎn)重點鋼時，加熱、軋制和精整班組要及時通報當(dāng)班將要軋制重點鋼塊數(shù)、預(yù)計軋制時間等相關(guān)信息，冷床提前排空，擺放重點鋼時要明顯區(qū)分批組規(guī)格，以免造成信息與實物錯位；精整班組做好鋼板下線的準(zhǔn)備工作，事先確定鋼板堆放位置，實現(xiàn)快速下線，確保下線溫度。

線緩冷重點鋼堆垛時要擺放整齊，在每塊鋼板側(cè)面用粉筆畫線以示區(qū)分，重點鋼的垛位要用至少一塊其它鋼板蓋上利于緩冷。

重點鋼30以下厚度在線剪切后原則上下線到探傷區(qū)堆放24小時后探傷；重點鋼30（含）以上下線緩冷要保證工藝要求的下線溫度和堆冷緩冷時間，堆垛后不到要求緩冷時間不得轉(zhuǎn)垛。各品規(guī)下線溫度和緩冷時間如下：

緩冷時間到了就轉(zhuǎn)入探傷區(qū)鋪開等待探傷，探傷完成后轉(zhuǎn)火切切割。采取以上措施之后，鋼板探傷合格率大幅提升，金相組織比對如下：

3 結(jié)論

通過優(yōu)化坯料入庫溫度和加熱溫度，優(yōu)化ACC冷卻和堆冷緩冷工藝等。軋出鋼板上冷床之前先排空2號冷床鋼板，使得品種鋼快速通過冷床，以利于嚴(yán)格執(zhí)行不同厚度緩冷板工藝要求的350和400下線緩冷溫度，下線堆冷的品種上面用低合金或者普碳板蓋上，有利于保證每塊品種鋼緩冷工藝符合要求；在線剪切鋼板剪切后下線堆垛后延遲探傷等措施改善鋼板探傷質(zhì)量，均取得良好效果，相比提高了品種板探傷合格率今年探傷率最高的89.2%提高了近9個百分點達(dá)到98%以上。

參考文獻(xiàn)

［1］ 孫齊松，王新華，王國連.中厚板延伸率不合格試樣斷裂機(jī)理研究［J］.物理測試，2007，25（1）：5～6

［2］ 韋耀環(huán)，江學(xué)德，等.板坯內(nèi)部質(zhì)量控制實踐［J］.柳鋼科技，2015（3）：16～20.

［3］ 夏贊平，肖太平，劉欣提高連鑄板坯內(nèi)部質(zhì)量的實踐［M］.世界金屬導(dǎo)報，2018：17～18

［4］ National Metals Technology Centre Ltd and Siemens VAI 2006［J］.NAMTEC項目培訓(xùn)課程，2006.9