X60管線鋼超聲波探傷不合原因分析

李雪東

（山鋼股份濟(jì)南分公司中厚板廠，山東濟(jì)南 250101）

試驗(yàn)研究

X60管線鋼超聲波探傷不合原因分析

李雪東

（山鋼股份濟(jì)南分公司中厚板廠，山東濟(jì)南 250101）

利用超聲波探傷、磁粉探傷、金相顯微鏡等檢測(cè)手段對(duì)X60管線鋼板探傷不合部位取樣進(jìn)行分析。結(jié)果表明：試樣內(nèi)部的夾雜、微裂紋是產(chǎn)生缺陷回波的主要原因。采取強(qiáng)化精煉以及連鑄坯下線后堆垛緩冷等措施，提高了探傷合格率。關(guān)鍵詞：X60管線鋼；超聲波探傷；夾雜；微裂紋

1 前言

管線鋼在使用過(guò)程中，除要求具有較高的耐壓強(qiáng)度外，還要求具有較高的低溫韌性和優(yōu)良的焊接性能。濟(jì)鋼中厚板廠從2006年5月份開始生產(chǎn)X60管線鋼板，經(jīng)過(guò)近10 a的探索研究，目前生產(chǎn)的X60、X70等鋼板的表面質(zhì)量、外形尺寸、內(nèi)部質(zhì)量、組織性能完全能夠滿足用戶需求，但近期生產(chǎn)的X60出現(xiàn)個(gè)別鋼板超聲波探傷不合的情況。探傷不合造成的補(bǔ)產(chǎn)不僅增加生產(chǎn)成本，還影響到訂單的交付。本研究通過(guò)對(duì)X60超聲波探傷不合格的鋼板進(jìn)行磁粉探傷及取樣進(jìn)行金相分析，查找產(chǎn)生缺陷的原因，進(jìn)而采取相應(yīng)措施減少或避免類似情況的再次發(fā)生。

2 檢測(cè)分析

圖1 缺陷部位超聲探傷波形一

利用超聲波探傷儀對(duì)探傷不合鋼板的缺陷部位進(jìn)行準(zhǔn)確定位。取缺陷與軋制方向平行的部位，然后在垂直軋制方向剖開，對(duì)橫截面進(jìn)行磁粉探傷，進(jìn)行夾雜物、金相組織檢驗(yàn)。

2.1 超聲波探傷

本次探傷不合鋼板厚度為28.2 mm，按照J(rèn)B/T 4730.3—2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)該鋼板進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)，檢測(cè)設(shè)備選為HS620數(shù)字式超聲波探傷儀，5Z20NT單晶直探頭，以CBⅡ-1試塊Φ5平底孔第1次反射波高調(diào)整到滿刻度的50%作為基準(zhǔn)靈敏度。探傷不合缺陷位于鋼板頭部，缺陷埋藏深度在13.8～14.3之間，大部分缺陷第1次反射回波高度在60%～80%之間（超聲波探傷波形見圖1、圖2），個(gè)別點(diǎn)一次缺陷回波高度已經(jīng)超過(guò)一次底波高度，并伴有一次底波明顯降低，但沒有出現(xiàn)鋼板一次底波消失現(xiàn)象。鋼板尾部檢測(cè)區(qū)域均未見明顯缺陷反射，也沒有出現(xiàn)底波明顯降低或消失現(xiàn)象，探傷波形見圖3。

圖2 缺陷部位超聲探傷波形二

圖3 未見缺陷部位超聲探傷波形

2.2 磁粉探傷

為了解X60管線鋼探傷不合部位缺陷的宏觀形貌，對(duì)機(jī)加工后的金相試樣用砂紙打磨后進(jìn)行磁粉探傷。選用Y-7交直流磁軛磁粉探傷儀，MT-BW噴灌式磁懸液，檢測(cè)溫度25℃，光照強(qiáng)度2 690 Lux，靈敏度為A1人工缺陷試片30/100清晰可見。磁粉探傷檢測(cè)前后試樣組織如圖4所示，磁粉探傷可見試樣厚度方向中心部位存在帶狀裂紋類缺陷，帶狀缺陷寬度約為5 mm。

圖4 磁粉探傷的X60鋼試樣金相組織

2.3 金相分析

在該管線鋼探傷不合部位取金相試樣經(jīng)打磨拋光后，在100×金相顯微鏡下可見試樣中心部位存在貫穿性裂紋，裂紋附近伴有夾雜，如圖5所示。

圖5 管線鋼探傷不合部位裂紋及夾雜

用4%硝酸酒精溶液侵蝕后，試樣的金相組織如圖6所示。試樣組織為典型的針狀鐵素體組織。晶粒度測(cè)量時(shí)采用評(píng)級(jí)圖譜比照法，肉眼觀察晶粒度10級(jí)以上。夾雜類為A0.5，D1.0。中心部位可見裂紋及偏析缺陷。

圖6 X60鋼試樣缺陷部位金相組織

3 分析與討論

金相分析可知，鋼板中心存在夾雜及貫穿性微裂紋缺陷，導(dǎo)致鋼板中心部位聲阻抗發(fā)生了變化是造成探傷不合的直接原因。

試樣中夾雜呈線性鏈條狀分布，尺寸在30 μm左右。實(shí)踐證明顆粒＜50 μm的單個(gè)夾雜物一般不會(huì)產(chǎn)生明顯的缺陷回波，不是探傷不合產(chǎn)生的原因，但大量的較小夾雜物疊加聚集存在或單個(gè)的較大夾雜物會(huì)使鋼板中心部位聲阻抗發(fā)生變化，是造成鋼板探傷不合格的原因［1］。

鋼種夾雜在軋制應(yīng)力的作用下變?yōu)殚L(zhǎng)條狀，由于夾雜與鋼基體的熱膨脹系數(shù)有很大差異，軋后冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的收縮量不同，使得部分長(zhǎng)條狀?yuàn)A雜物的尖端與基體界面處出現(xiàn)了微小的孔洞，隨著應(yīng)力的增加，孔洞易發(fā)生擴(kuò)展形成微裂紋，形成裂紋源。由于夾雜物破壞了基體的連續(xù)性，導(dǎo)致夾雜物和基體之間應(yīng)力傳遞方式的不同，在外力作用下，夾雜物周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中而引起塑性變形，夾雜物周圍產(chǎn)生大量位錯(cuò)環(huán)。當(dāng)位錯(cuò)環(huán)在外力作用下到達(dá)夾雜物和基體的界面時(shí)，界面分離形成微孔。微孔的形成使后面的位錯(cuò)環(huán)受到的排斥力大大降低。另一方面，新產(chǎn)生的位錯(cuò)環(huán)又源源不斷地推向微孔，使微孔側(cè)向作迅速不穩(wěn)定的擴(kuò)展和聚合，形成了微裂紋［2］。

4 改進(jìn)措施

1）加強(qiáng)KR鐵水預(yù)處理，強(qiáng)化精煉過(guò)程控制，從源頭上控制好硫含量。優(yōu)化吹氬和鈣處理操作，促進(jìn)夾雜物的變性和上浮。連鑄恒拉速穩(wěn)定操作，可減少夾雜物的卷入，避免因夾雜物導(dǎo)致的鋼板探傷不合。

2）連鑄坯下線后進(jìn)行堆垛緩冷對(duì)可明顯提升探傷合格率，需要探傷的鋼種可通過(guò)連鑄坯下線堆垛緩冷48 h以上再進(jìn)行軋制。

采取上述措施后，明顯提高了X60管線鋼的探傷合格率。

［1］王三忠，王新志，劉海強(qiáng)，等.安鋼厚度不小于25 mm鋼板探傷檢驗(yàn)不合格的原因分析［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2010，22（9）：13-17.

［2］李雪東.S355K2鋼板超聲波探傷不合原因分析［J］.山東冶金，2014，36（3）：20-22.

Analysis on the Causes of Nonconformity in Ultrasonic Flaw Detection of X60 Steel Plate

LI Xuedong
（The Medium Plate Plant of Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

The samples from Nonconformity in Ultrasonic Flaw Detection of X60 steel plate was studied by means of Magnetic particle inspection and Metallurgical Microscopy etc.It has been proved that Micro-cracks and internal inclusions were the main causes of the echoes from defects.Through the technology improvement on refining measure controlling,stacking slow cooling to off line continuous casting slabs,the Conformity Ratio of Ultrasonic Flaw Detection has been improved.

X60 pipeline steel;ultrasonic flaw detection;inclusion;micro-crack

TG142.41

A

1004-4620（2015）02-0034-02

2014-09-02

李雪東，男，1983年生，2008年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)金屬材料工程專業(yè)。現(xiàn)為山鋼股份濟(jì)南分公司中厚板廠助理工程師，從事新產(chǎn)品的研發(fā)、無(wú)損檢測(cè)等工作。