調質型容器板探傷不合格原因分析與改進措施

朱建業 李連任 （濟鋼中厚板廠，濟南 250101)

調質型容器板探傷不合格原因分析與改進措施

朱建業 李連任 （濟鋼中厚板廠，濟南 250101)

某調質型高強度容器板在生產過程中出現大批量探傷不合格，對探傷不合格區域進行取樣，通過采用金相檢驗、掃描電鏡等手段進行檢測，對探傷不合格鋼板的組織進行了觀察和分析，發現夾雜物、中心裂紋等缺陷是造成探傷不合的主要原因。分析認為，鋼坯原始裂紋導致鋼板中存在軋后裂紋，鋼水精煉過程中的鈣鋁酸鹽夾雜物上浮不充分，造成鋼板中存在大尺寸夾雜物。提出了提高鋼水純凈度及鋼坯內部質量等改進措施。改進后鋼板探傷合格率提高了12%，效果較好。

調質型容器板 探傷 夾雜物 中心裂紋 改進

1 引言

濟鋼中厚板廠生產的某調質型容器板，由于應用環境比較惡劣，需要對溫度、壓力等都有很大的耐受能力，生產過程中對鋼板的組織、性能要求都非常高，對探傷要求非常嚴格，要求探傷等級為一級探傷。在生產過程中我們發現大批量探傷不合格的產品，對產品交付造成較大影響。為此，對造成探傷不合格的缺陷進行分析，對缺陷的形成機理進行研究，采取措施進行改進。

2 生產工藝

生產工藝：KR鐵水脫硫→轉爐冶煉→CAS精煉→LF精煉→VD/RH精煉→連鑄→下線緩冷48 h→加熱→軋制→淬火→回火→探傷。

化學成分見表1。

表1 調質型高強度容器板合金成分 /%

3 缺陷檢測分析

3.1 缺陷特征

對該調質型高強度容器板探傷過程進行跟蹤，發現探傷缺陷位置呈現帶狀分布的特點，帶狀長度長短不一，最長在500 mm左右，主要分布區域仍是鋼板縱向兩邊及四角，帶狀缺陷距離縱向邊部300～500 mm范圍內。所用探傷設備為手持式，型號為HS600，探頭規格為5P14FG-F20，靈敏度為階梯試塊等厚處底波高50%+10 db。見圖1。

從探傷不合鋼板的缺陷反射波來看，清晰度較好，波形較高，陡直尖銳，初步估計鋼板內部有較大尺寸的空隙存在，且位于鋼板芯部，探傷不合格波形見圖2。

3.2 取樣檢驗

圖1 探傷不合格缺陷示意圖

圖2 探傷不合格波形圖

通過利用超聲波檢測儀對成品鋼板的缺陷位置進行準確定位，對探傷不合格的區域進行火焰切割取樣，取樣位置距離頭部400 mm，距離邊部300 mm，取樣尺寸為150 mm×150 mm，取樣后利用鋸床將火焰影響區切除，保留中心區域10 mm×10 mm，研磨、拋光后進行夾雜物觀察，用4%的硝酸酒精溶液進行腐蝕，然后進行金相觀察、掃描電鏡檢驗。

3.3 金相檢驗結果

試樣金相檢驗結果見圖3、圖4、圖5。

由圖3、圖4可見，試樣中存在較大尺寸裂紋，裂紋長度貫穿整個視野。

圖3 腐蝕前金相100×

圖4 腐蝕后金相 100×

圖5 腐蝕后金相 500×

由圖5可見，試樣中存在較大尺寸裂紋，長度貫穿整個視野。裂紋周圍存在異常組織，寬度為36.08 μm，呈現黑灰色，尺寸、顏色與基體組織差異較大。

圖6 掃描電鏡及能譜分析

3.4 掃描電鏡及能譜分析結果

該容器板涉及到淬火、回火工藝，工藝路線比較復雜，中心裂紋產生的原因難以確定，對試樣中心裂紋進行進一步研究，掃描電鏡及能譜分析結果見圖6。

由能譜分析結果可以看出，裂紋中夾雜物主要構成為MnS，其余為少量Mg、Ti等合金夾雜物，另外還有Fe的氧化物，即裂紋中存在基體的氧化。

4 原因分析

由掃描電鏡分析可知，裂紋中心富含MnS夾雜物，夾雜物可誘發軋后鋼板產生中心裂紋。還有一種情況是鋼坯中已經存在裂紋，在鋼板軋后冷卻、淬火等過程中，發生遺傳或由于應力等原因造成裂紋擴展，此種裂紋面在電鏡能譜下一般可探測到鐵基體的氧化。

鑄坯在凝固過程中，液-固相界面不斷向液相推進，液-固相轉換過程中的內應力及鑄坯彎曲矯直力等外力，共同作用到凝固界面上，液固界面承受的內應力及外力頻繁波動，鋼水過熱度高影響鑄坯中柱狀晶和等軸晶的比例，引起柱狀晶發達[1]。拉速及液面波動也會導致鑄坯內部組織不均勻，在超出臨界強度和塑性的情況下，會造成晶界之間發生開裂，導致原始鑄坯中出現中心微裂紋，但該微裂紋并不一定遺傳到鋼板中，因為在鋼坯軋制過程中，如果壓下量較大，且裂紋較細小，則軋制過程中可以實現對鋼坯微裂紋的“焊合”，如果裂紋尺寸較大，且軋制壓下量達不到“焊合”的要求，則鋼坯裂紋在鋼板中發生遺傳，在鋼板冷卻、淬火等過程中發生擴展。

掃描電鏡及能譜分析結果可以看出，裂紋中含氧量較高，鐵基體存在較大程度的氧化，由于鋼坯在經過緩冷后，鋼坯中游離態[O]基本釋放完畢，鋼板在軋后不會發生裂紋界面氧化，所以中心裂紋在鑄坯中就已經存在，即為鑄坯原始裂紋。

鋼板中心如果存在嚴重的偏析，容易生成MnS夾雜物。MnS夾雜物為延展性較好的塑性相，與鋼板本體尤其是貝氏體、馬氏體的收縮比差異較大[2]，鋼板軋制過程中MnS夾雜物與基體共同沿軋制方向流動，被壓扁、拉長，與鋼板本體之間無空隙。但是該種容器板工藝要求中有淬火工藝，淬火后產生大量的貝氏體、馬氏體，在鋼板冷卻過程中，貝氏體、馬氏體的硬度較高、韌性較差，且形成貝氏體、馬氏體等組織在轉變過程中會出現快速的體積變化，基體組織與夾雜物之間很容易出現空隙，較多的空隙聚集而形成微小的裂紋，微裂紋會在高的溫度差別引起的熱應力、組織應力的作用下，沿貝氏體晶界區域進行擴展而形成尺寸較大的裂紋[3]。

5 改進措施

從以上分析結果來看，鋼坯原始裂紋及MnS夾雜物造成的裂紋是造成探傷不合格的主要原因，因此，改進措施需要圍繞提高鋼坯內部質量、減少成分偏析、減少鋼坯內部夾雜物含量等方面開展工作。

5.1 提高鋼水純凈度

控制鋼水中S含量，要求入爐鐵水S≤0.007%，入爐廢鋼使用低S優質廢鋼。鋼水中的MnS因熔點低，極易在鑄坯中心偏聚，要求入爐鐵水全部KR鐵水脫硫處理，進行深脫硫處理，保證鋼水中成品S≤0.007%。對原輔料和鐵合金進行清潔干燥，煉鋼石灰（石灰質量要求：生燒率小于25%，粉面小于5%)、螢石、鐵礦石、輕燒白云石、合金、覆蓋劑、保護渣，鋼包引流砂要求烘烤干燥。

LF精煉處理一般控制在30～45 min。VD真空度小于200 Pa（RH真空度小于300 Pa)，真空處理時間大于15 min。精煉處理結束后，上機前的軟吹時間不小于15 min，氬氣流量控制在不大于100 L/min，使小的氬氣泡攜帶夾雜物上浮。

5.2 提升連鑄坯內部質量

為減少非穩態澆注可能帶來的夾雜物及二冷水、輕壓下變化對內部質量的影響，煉鋼工序堅持推行鑄機恒速恒液面澆注，同時全部走真空脫碳（VD)/真空循環脫氣（RH)，連鑄適當降低拉速，確保拉速不大于0.9 m/min，實行低過熱度澆鑄，以獲得良好的內部質量。保護澆注的效果檢測采用大包上機前氣體樣，中包氣體樣和鋼板氣體樣進行抽檢。浸入式水口插入深度控制在130～160 mm，對中偏差不超過5 mm。烘烤前和烘烤過程中注意檢查水口外形，嚴禁使用有裂紋、破損等缺陷的水口。矯直溫度大于910℃，根據鋼種選擇相對弱冷的冷卻模式。每次檢修必須對各扇形段噴嘴情況檢查，確保所有噴嘴無堵塞，安裝位置符合要求，對開口度偏差大于 0.5 mm、對弧值大于0.3 mm的扇形段堅決進行調整和更換。

5.3 改進效果

經過對改進措施的實施，在效果跟蹤過程中對鋼板內部組織進行觀察，發現鋼板內部裂紋明顯減少，夾雜物級別基本保持在1.5級以下，鋼板探傷合格率由不足80%提高到92%以上，明顯提高，對普通探傷容器板進行實施相同改進措施后，普通容器板探傷合格率由92%提高到95%以上。

6 結論

（1)鋼板中心夾雜物及其導致中心裂紋的存在是造成此次調質型高強度容器板探傷不合格的主要原因。

（2)從裂紋面的氧化程度來看，此次裂紋產生原因為鑄坯原始裂紋及夾雜物導致的鑄坯原始裂紋，從提高鋼水純凈度、提升鑄坯內部質量著手，通過降低夾雜物數量及減少夾雜物的聚集來減少鑄坯內部裂紋，從而有效改善調質型高強度容器板探傷合格率。

[1]周文奎.連鑄板坯中間裂紋的成因分析與改進措施[J].天津冶金，2010（3)：14-15.

[2]李梅廣，胡淑娥.TMCP型超高強鋼板中心開裂的分析研究[J].寬厚，2010，16（4)：5-6.

[3]李梅廣，胡淑娥，馮勇.低碳貝氏體高強鋼探傷不合原因分析[J].山東冶金，2009，31（3)：39-40.

Cause Analysis and Improvement Measures of Hardened and Tempered Vessel Plate Non-conformity at Detection Test

Zhu Jianye,Li Lianren

The hardened and tempered high strength vessel plate was found non-conformity in big batch at detection test during production.Samples were taken in non-qualified section in order to observe and analyze the microstructure of non-qualified plate by metallographic inspection and scanning electronic microscope.The defects of inclusion and central crack were found to be the main causes.Analysis showed that billet crack resulted in plate after-rolling crack and insufficient floating of calcium aluminate during refining,big inclusion in the plate.Improvement measures of increasing steel cleanliness and billet internal quality were proposed.The qualification rate was increased by 12%after improvement.Good effect was achieved.

hardened and tempered vessel plate,detection,inclusion,central crack,improvement

（收稿 2011－11－03 編輯 趙實鳴)

朱建業，男，主要從事工藝與生產組織工作。