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)濟中造船、鍋爐、石油、化工、工程機械和國防建設(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)計的雙機架3500軋機，主要設(shè)備有3500粗、精軋機各一架、步進加熱爐和推鋼加熱爐各一座、ACC冷卻系統(tǒng)、熱矯直機、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)量問題已嚴重阻礙了板材的發(fā)展，亟待改進。

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級及以下的比率達到97%，中心偏析在C0.5級及以下所占比率達到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。當堆疊板時，板的溫度越高，其屈服強度就越低，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個百分點達到98%以上。

參考文獻

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