Q420高強鋼板探傷不合格原因分析及改善措施

0 引言

目前中厚板應用較廣泛，高層建筑、碼頭起重設備、船舶、海上石油平臺等項自均有應用，國內諸多大型鋼鐵企業都保有一定數量的中厚板產量。隨著中厚板市場競爭的日趨激烈，用戶對板材質量要求更加嚴格，中厚板質量要求的高標準已成為各企業追求的目標。（以下簡稱：九鋼）目前生產有Q355C/D、Q345R、橋梁鋼、高建鋼、Q390/420高強鋼等品種板材，其中Q390/420高強鋼探傷合格率一直較差，既影響了生產，又對公司的板材市場形象造成了不良影響。本文針對九鋼Q420高強鋼板探傷不合格鋼板進行研究分析，并提出相關措施，以期達到提高Q420B高強鋼板探傷合格率的目的。

1現狀描述

九鋼目前擁有一臺年產量170萬噸的單流弧形連鑄機，鑄機配備二冷區電磁攪拌、動態輕壓下、二冷區動態配水等系統，鑄壞常規斷面厚度為 170mm 和 250mm ，寬度為 1900mm 和2060mm 。九鋼板壞連鑄機設備參數見表1。

表1九鋼板壞連鑄機設備參數

前期九鋼品種板探傷合格率為 92.4% ，其中Q420高強鋼板探傷合格率 57.6% ，如表2所示，大批量的Q420高強鋼板探傷不合格造成鋼板不得不降級處理并進行補生產，即提高了板材生產成本、影響生產秩序，又導致Q420高強鋼板不能如期交貨，對九鋼的板材市場形象造成了不良影響。因此，Q420高強鋼板質量亟待改進。

表2Q420鋼板探傷合格率數據

2 金相電鏡檢測

挑選探傷合格率偏低的20309177、20309514爐次的鋼板進行金相研究分析，成分數據見表3。

表3探傷不合格Q420高強鋼板成分數據（質量分數）

通過金相分析，板材厚度1/2位置存在大量A、C類夾雜物的偏聚，厚度中部存在嚴重偏析，偏析帶上沿晶界分布多條裂紋，裂紋內嵌布著A類夾雜物。同時，還可觀察到厚度1/2位置組織極不均勻，且存在大量馬氏體硬相組織，如圖1所示。

圖1金相分析

圖2板材厚度1/2位置觀察到的條狀夾雜物3結論

3 原因分析

探傷不合格的Q420高強鋼板厚度1/2位置存在大量夾雜物偏聚情況，夾雜物主要為Fe、Mn的硫化物夾雜，其中FeS夾雜具有較大危害，其可與Fe形成FeS-Fe低熔點共晶體，熔點 985°C ，且呈網狀分布于晶界，削弱了晶界結合力，當加熱到800～1200 C 軋制時就會從晶界開裂形成裂紋，即發生“熱脆”現象。板材心部馬氏體硬相組織會造成應力集中，在熱應力、軋制產生的應力等作用下會形成裂紋并擴展。生成馬氏體等硬相組織的主要原因為C、 Mn 、S等元素的嚴重偏析，改變了鋼種的CCT曲線，使其向右偏移，推遲了鐵素體和珠光體的轉變，得到中低溫轉變組織馬氏體。由于硫化物夾雜和馬氏體等硬相組織的共同作用，在板材心部形成了導致Q420高強鋼板探傷不合格的微裂紋。由此斷定，造成Q420高強鋼板探傷不合格的根本原因為夾雜物的偏聚和Mn、S等元素的中心偏析的共同作用。

4改善措施

4.1 強化LF爐操作

在轉爐出鋼前期采用鋁粒充分脫氧，降低鋼水氧性，鋼水進入LF爐后在下電極前往渣面加入鋁粒脫除渣中氧，同時根據鋼水進站成分及渣樣顏色加入石灰、精煉渣等渣料快速造白渣，并進行微正壓操作，確保白渣時間不低于10分鐘，將鋼中硫含量降低至 0.005% 及以下。成分及溫度達標后出站進行軟吹操作，軟吹時必須確保鋼包底吹氣效果以保證軟吹效果，軟吹以渣面微動不裸露鋼水為準則，軟吹時間不低于8分鐘，促進夾雜物充分上浮，保證鋼中AIs/Alt比值超過 90% 。

4.2恒拉速穩態澆鑄工藝

恒拉速澆鑄技術是衡量煉鋼生產組織及工藝質量控制水平的重要標志，拉速的頻繁波動對鑄坯內部質量有不良影響。拉速的頻繁波動，影響生產節奏的穩定性，造成精煉工序處理時間不足，影響鋼水潔凈度；同時，拉速波動會導致鑄壞溫度及液芯位置的變化，而連鑄二冷區動態系統的調整是根據公式進行理論計算無法精準捕捉到實際生產過程中鑄坯溫度及液芯位置的變化，這就導致動態輕壓下位置和二次冷卻強度與實際不相符，大大弱化了二冷區動態系統改善中心偏析的作用。因此，在生產Q420等高強鋼板時明確了以連鑄生產為核心，精心組織生產，實現連鑄整個過程恒拉速，充分發揮二冷區動態系統減輕鑄坯中心偏析的作用。

4.3鑄壞、鋼板緩冷工藝

所謂鑄坯緩冷，即將出火切機后的紅壞集中落地堆垛，使其緩慢冷卻一定時間后再送軋，能起到釋放鑄壞內部應力、均勻組織、充分溢出鋼中氫和減輕偏析等作用。有研究指出：長時間的堆垛緩冷處理對鑄壞中心偏析級別有降低作用；板材斷面帶狀組織隨堆垛緩冷時間增加明顯減輕，說明堆垛緩冷工藝有助于減輕Mn的枝晶偏析，提高板材內部質量，對此，在生產Q420高強鋼板時采取鑄壞集中堆垛緩冷36小時后送軋的措施，以期達到改善Q420高強鋼板鑄壞內部質量的目的；同時通過鋼板快速經過冷床下線堆冷24小時以上。通過以上措施可以明顯改善偏析，避免了因C、 Mn 、S等元素的嚴重偏析而推遲鐵素體和珠光體的轉變，從而避免了馬氏體硬相組織的生成及裂紋的產生。

5改善效果

如圖3、4所示，經工藝優化后Q420高強鋼板厚度1/2位置夾雜物評級為A1.5、D0.5級，厚度1/2位置的金相組織較前期也有明顯改善，未發現明顯偏析帶、異常的硬相組織及微裂紋，且夾雜物尺寸較小。說明采取上述措施后，Q420高強鋼板質量得到了明顯提高。

圖3經工藝優化后的Q420B高強鋼板厚度1/2位置夾雜物分析

圖4經工藝優化后的Q420B高強鋼板厚度1/2位置金相組織

表4Q420高強鋼板探傷合格率數據

根據訂單，再次生產了280噸Q420B高強鋼且一次生產成功，訂單得到及時交付，最終探傷I級合格率為 100% ，改善效果明顯，但從金相組織發現，厚度1/2位置組織仍不均勻，帶狀組織明顯，易造成探傷不合格，后續仍需繼續優化相關工藝，力求進一步改善Q420高強鋼板內部質量及探傷穩定性。

參考文獻

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