中板探傷缺陷的分析與研究

吳巍 翟俊 譚清元 于桂玲 周遠(yuǎn)華 王鑫 熊銀成 宋曉菊

(1.鋼鐵研究總院；2.重慶鋼鐵股份有限公司)

中板探傷缺陷的分析與研究

吳巍1翟俊1譚清元1于桂玲1周遠(yuǎn)華2王鑫2熊銀成2宋曉菊2

(1.鋼鐵研究總院；2.重慶鋼鐵股份有限公司)

利用金相檢驗、掃描電鏡和斷口分析的方法，對探傷不合格的中板進行分析，發(fā)現(xiàn)了M nS夾雜物、中心線裂紋和氣泡，分析證明，這些缺陷是影響中板探傷不合格的因素。檢驗還發(fā)現(xiàn)中板中心存在異常組織，這使鋼的脆性增加，軋制時這些缺陷得以擴展。

中板探傷 裂紋 氣泡 夾雜物

0 前言

生產(chǎn)高等級容器板、橋梁板等中板，需要經(jīng)過探傷檢驗合格才能交貨，而生產(chǎn)中探傷合格率往往波動很大，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，與鋼種及冶煉、鑄坯厚度、軋制工藝等因素具有相關(guān)性，但又呈現(xiàn)不確定性，使生產(chǎn)難以把握，為此，需要研究影響探傷不合格的缺陷是什么，其產(chǎn)生的根源在哪，研究結(jié)果可以為生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)和為改進措施提供依據(jù)。

1 中板生產(chǎn)條件及取樣方法

中板生產(chǎn)條件為鐵水包噴粉脫硫 -80 t轉(zhuǎn)爐冶煉 -80 t LF精煉 -1400mm×240mm板坯連鑄 -中板軋制(規(guī)格：18mm～30mm×2000mm×9500mm～11450mm)，鋼種為Q370qE，其化學(xué)成分要求見表1。

C Si M n P S Nb0.11～0.17 0.20～0.50 1.20～1.60 ≤0.020 ≤0.010 0.020～0.040

課題試驗時從冶煉至軋鋼系統(tǒng)記錄工藝參數(shù)和過程取樣，本課題的內(nèi)容之一，只對探傷鋼板做實驗室研究，首先對探傷不合格的中板試樣，在實驗室再做一次超聲波探傷檢驗，以確定缺陷的位置和缺陷波的波形。然后在探傷缺陷的位置取實驗室檢驗試樣，試樣沿鋼板橫斷面切取 (尺寸為25mm×15mm)，共計4塊試樣，標(biāo)號為2#～5#。

2 實驗及結(jié)果

2.1 中板探傷

采用 CUD-2080數(shù)字超聲波探傷儀對所取鋼板樣進行探傷，典型的探傷不合波形如圖1所示。

圖1 中板探傷典型缺陷圖

由圖1可以看出，中間波為缺陷波，左邊波為表面波，右邊波為底波，缺陷波尖銳、陡峭，當(dāng)探頭平行移動時，缺陷波形會發(fā)生變化；當(dāng)探頭移動距離較大時，缺陷波會逐漸減幅直至消失；單轉(zhuǎn)動探頭時缺陷波會迅速降低，甚至消失，缺陷波位置是在表面波和底波的正中間，說明缺陷在中板厚度方向的1/2處。

2.2 金相檢驗

試樣經(jīng)拋光后在光學(xué)顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)2#試樣有夾雜物，對夾雜物做探針分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 2#試樣的夾雜物形貌和能譜分析圖

由圖2可以看出，夾雜物為彌散點狀分布，探針分析結(jié)果是M nS，其直徑在10μm以下。因此探傷時單個夾雜不會產(chǎn)生異常波形，但大量的M nS夾雜物疊加存在，會使超聲波衰減，探傷時呈現(xiàn)底波降低，由此造成鋼板探傷不合格。觀察3#試樣發(fā)現(xiàn)有中心線裂紋，其長度約6mm左右，裂紋很細(xì)，裂紋在電鏡下的照片如圖3所示。對裂紋處做能普分析(如圖4所示)，其中心M n含量為2.5％，說明在中心處有M n的偏析存在。

圖3 3#試樣裂紋形貌

圖4 3#試樣裂紋處的能譜分析結(jié)果

試樣打磨拋光后，用4％硝酸酒精溶液腐蝕，4塊試樣鋼的金相組織檢驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 試樣金相組織照片

從金相組織來看，中板中心組織由馬氏體 +貝氏體 +珠光體 +鐵素體組成，其中3#試樣 (如圖5 (a))中心線裂紋處為馬氏體，馬氏體周圍有少量的貝氏體存在，中心馬氏體和貝氏體的存在增加了鋼的脆性，使鋼中因夾雜物、縮孔和氣泡產(chǎn)生裂紋變得容易，也使中板在軋制時裂紋更容易擴展，最后成為影響探傷合格率的缺陷。

2.3 斷口形貌檢驗

將4塊試樣用4％硝酸酒精溶液腐蝕后，在中板中心能夠看到一條清晰的疏松、偏析線，沿這條中心線向下劈開，即將鋼板在厚度方向上分成兩半，為做到這一點，先將試樣沿中心線開一V型槽(如圖6所示)，然后用擠壓方式將鋼板掰開，在掃描電鏡下觀察斷口形貌 (僅以3#試樣為例)。圖7為3#試樣掰開后的斷口宏觀形貌，斷口面用黑線圈出的部分即是中心線裂紋處，試樣在斷裂時是沿中心線裂紋斷開的。

圖6 試樣加工示意圖

圖7 3#試樣斷口宏觀形貌

圖8(a)為裂紋的內(nèi)部形貌，從斷裂面來看，裂紋內(nèi)部較平滑，邊緣有明顯的分界線且比較圓滑，說明此界面在斷裂前就已經(jīng)存在了，并且在軋制時并沒有向周圍基體成脆性開裂，只是自身隨基體一起沿軋制方向擴展，所以邊緣仍是圓滑的，由此推斷原始裂紋有兩種可能性，一是鑄坯中心分層引起的；二是氣泡引起的。從裂紋內(nèi)部較平滑的表面來看，氣泡引起的可能性大，其機理是鋼中氣泡隨軋制一起延伸，邊緣擴大，在中板中心形成片狀分層，在鋼的基體上形成分界面，探傷時造成反射波，成為探傷缺陷之一。中斷裂面其它部分，開裂時呈脆性斷裂，表面凹凸不平，是基體斷裂面。圖8(b)為3#試樣裂紋內(nèi)表面放大2000倍的組織形貌，未發(fā)現(xiàn)其它異常。

圖8 3#試樣裂紋內(nèi)部和內(nèi)表面斷口形貌

3 分析與討論

Q370qE鋼的組織正常情況下為鐵素體和珠光體。但由于中板中心線附近存在 C和M n的偏析，鋼的顯微組織發(fā)生了變化，有研究提出[1]，壓縮比超過50％條件下未進行再結(jié)晶的奧氏體區(qū)的 A r3溫度表達式為：A r3(℃)=910-310C-80M n+0.35 (t-8)，其中 t為鋼板厚度(mm)，C和M n分別表示C、M n元素的百分含量。上式說明：鋼中C和M n含量的增加降低了奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度(A r3)。擴大了奧氏體區(qū)域，其結(jié)果是即加速了貝氏體或馬氏體的轉(zhuǎn)變，又增加了貝氏體或馬氏體的比例。還由于貝氏體、馬氏體的強度顯著高于鐵素體，但塑性降低，容易在變形過程中出現(xiàn)裂紋，在兩相交界處鐵素體區(qū)的變形受阻，更容易產(chǎn)生應(yīng)力集中并引起裂紋。從本研究的金相組織來看 (如圖5 (a))，中心線裂紋處確實存在馬氏體，馬氏體周圍還有少量的貝氏體存在。

鋼中存在的M nS等夾雜物，破壞了鋼組織的連續(xù)性，夾雜物的尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中引起開裂，成為鋼中裂紋源，顯微裂紋的進一步擴展便形成了影響探傷合格率的缺陷。

4 結(jié)論

1)鋼中發(fā)現(xiàn)彌散點狀夾雜物，探針分析結(jié)果是MnS，其直徑在10μm以下，探傷時單個夾雜不會產(chǎn)生異常波形，但大量的MnS夾雜物疊加存在，會使超聲波衰減，探傷時呈現(xiàn)底波降低，由此造成鋼板探傷不合格。

2)鋼中存在的M nS等夾雜物，破壞了鋼組織的連續(xù)性，夾雜物的尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中引起開裂，成為鋼中裂紋源，顯微裂紋的進一步擴展便形成了影響探傷合格率的缺陷。

3)中板中心組織由馬氏體 +貝氏體 +珠光體+鐵素體組成，由于貝氏體、馬氏體的強度顯著高于鐵素體，但塑性降低，容易在變形過程中出現(xiàn)裂紋，在兩相交界處鐵素體區(qū)的變形受阻，更容易產(chǎn)生應(yīng)力集中并引起裂紋。中板在軋制時裂紋更容易擴展，最后成為影響探傷合格率的缺陷；

4)沿鋼板中心線劈開，發(fā)現(xiàn)裂紋內(nèi)部較平滑，邊緣有明顯的分界線，并且在軋制時沒有向周圍基體成脆性開裂，只是自身隨基體一起沿軋制方向擴展，由此推斷這類裂紋可能是氣泡引起的。

[1]M ajka T F，M.D.K.，Krauss G，Development ofmicrostructural Banding in Low-A lloy Steelw ith Simulatedmn Segregationmetallurgical andmaterials Transactions A，2002，33A(6)：1627-1637.

ANALYSIS AND STUDY ONM ED IUM PLATE DEFECT ION BY FLAW DETECT ION

W u wei1Zhai Jun1Tan Q ing Yuan1Yu Guiling1Zhou Yuanhua2W ang X in2Xong Yincheng2Song X iao ju2(1.Central Iron＆Steel Institute；2.ChongQ ing Iron＆Steel Co.L td)

metallographic exam ination，SEM and fracture analysiswere used to analyze the unqualifiedmedium p late by flaw detection.The results showed thatM nS inclusion，crack in center line and bubb le were the factors to cause the unqualifiedmed ium p late.M eanwhile，abno rm al structu re in the cen ter ofmed ium p late was detected and it increased the brittleness of steel and extended the defection range during ro lling p rocess.

flaw detection ofm edium p late crack bubb le inc lusion

2010—1—8