提高特厚鋼板探傷合格率的工藝優(yōu)化措施

楊 建，林文兵，何 航，彭 楊

（湖南華菱湘潭鋼鐵公司 5 m寬厚板廠，湖南 湘潭411101）

1 前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，大型造船業(yè)、海洋工程、橋梁、大型壓力容器和儲(chǔ)罐、重型建筑結(jié)構(gòu)，特別是高層、防火、耐候、大跨度和非對(duì)稱的空間結(jié)構(gòu)用途及機(jī)械工程的技術(shù)進(jìn)步，極大地拉動(dòng)了特厚板的需求；而采用鋼錠軋制超厚板存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成材率低、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。因此，厚板坯連鑄機(jī)相繼開(kāi)發(fā)并建成投產(chǎn)，如德國(guó)迪林根鋼廠建成400 mm厚板坯連鑄機(jī)、中國(guó)首鋼建成的320 mm厚板坯連鑄機(jī)相繼投產(chǎn)，以期采用厚板連鑄坯來(lái)軋制超厚板。本研究通過(guò)熱酸洗低倍、金相分析、掃描電鏡和能譜分析等手段，對(duì)300 mm×2 280 mm板坯軋制的特厚板（80～120 mm）探傷不合格原因進(jìn)行分析，并優(yōu)化煉鋼工藝，提高鋼水潔凈度，改善板坯內(nèi)部質(zhì)量，提高連鑄坯軋制特厚板的探傷合格率。

2 特厚板探傷的主要缺陷

造成特厚鋼板探傷不合格的缺陷表現(xiàn)為：不同深度的整板點(diǎn)狀密集缺陷、鋼板厚度中間位置點(diǎn)狀或線狀缺陷等。分別在各種缺陷鋼板上取樣，采用低倍熱酸洗、金相、掃描電鏡和能譜等進(jìn)行分析。

2.1 不同深度整板點(diǎn)狀密集缺陷

圖1為不同深度整板點(diǎn)狀密集缺陷鋼板試樣掃描電鏡和能譜分析結(jié)果（其中w為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；x為原子分?jǐn)?shù)，%，下同）。從掃描電鏡和能譜分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：探傷不合格鋼板內(nèi)部夾雜物主要為球狀的鈣鋁酸鹽夾雜物和鏈狀的硫化物夾雜物，夾雜物尺寸為20～50 μm。

圖1 點(diǎn)狀密集缺陷掃描電鏡和能譜分析結(jié)果

2.2 鋼板厚度方向不同深度點(diǎn)狀或線狀缺陷

圖2和圖3為特厚鋼板厚度中間位置點(diǎn)狀或線狀缺陷掃描電鏡、能譜及金相照片。

圖2 探傷不合格鋼板掃描電鏡和能譜分析結(jié)果

圖3 探傷不合格鋼板金相照片 500×

從試樣分析結(jié)果可以看出：在鋼板內(nèi)部沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的夾雜物，但是存在非常明顯的裂紋（見(jiàn)圖3），對(duì)裂紋附近進(jìn)行面掃描，分析其成分偏析發(fā)現(xiàn)，在裂紋附近存在明顯的Mn偏析（見(jiàn)圖2）。由此可見(jiàn)，這類缺陷主要原因在于板坯的偏析。

3 改進(jìn)措施

3.1 鋼水質(zhì)量控制

3.1.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼工序

為了滿足超厚板對(duì)鋼水潔凈度的要求，轉(zhuǎn)爐冶煉工序采取的主要措施如下：

1）入爐鐵水經(jīng)過(guò)KR脫硫后，鐵水中硫含量達(dá)到0.005%以下；2）轉(zhuǎn)爐冶煉使用專用廢鋼和造渣料，以保證轉(zhuǎn)爐出鋼磷控制在0.01%以下；3）轉(zhuǎn)爐底吹采用全程吹氬，以減少鋼水中的氮含量；4）控制出鋼時(shí)間，減少出鋼過(guò)程中鋼水吸氮；5）采用無(wú)渣出鋼。

3.1.2 爐外精煉工序

1）精煉渣系選擇。為了提高LF爐精煉渣的脫硫、脫氧效果，縮短精煉時(shí)間，通過(guò)分析不同精煉渣系的熔點(diǎn)、黏度、硫的分配比、硫容量等參數(shù)［1］，并經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)，確定精煉渣的成分見(jiàn)表1。

表1 LF+VD精煉渣主要成分 %

2）LF+真空脫氣工藝優(yōu)化。鋼液精煉過(guò)程的吹氬攪拌直接影響鋼液溫度和成分的均勻性、鋼渣間反應(yīng)、夾雜物上浮效果等，不合理的攪拌可能導(dǎo)致鋼渣卷混，增加鋼中的夾雜物并且使鋼液吸氣而增加鋼中的氧、氮、氫等有害氣體，降低鋼液的質(zhì)量。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，合理的攪拌工藝參數(shù)見(jiàn)表2和表3。

表2 優(yōu)化前后LF爐吹氬工藝參數(shù) L/m in

表3 優(yōu)化前后真空處理過(guò)程鋼水?dāng)嚢鑿?qiáng)度

3.2 板坯質(zhì)量控制

鑄坯內(nèi)部質(zhì)量包括低倍結(jié)構(gòu)、中心疏松、中心偏析、裂紋和夾雜等。其中鑄坯的中心疏松、中心偏析、內(nèi)部裂紋和夾雜物是影響超厚板性能的主要因素。為改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，減少上述因素對(duì)超厚板性能的影響，對(duì)連鑄工藝和過(guò)程參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

3.2.1 中包過(guò)熱度和拉速

中包過(guò)熱度是影響柱狀晶生長(zhǎng)的重要因素，過(guò)熱度高，將抑制板坯中心等軸晶區(qū)的發(fā)展，促進(jìn)柱狀晶的生長(zhǎng)，中心疏松和偏析嚴(yán)重。在試驗(yàn)過(guò)程中，連鑄中間包過(guò)熱度穩(wěn)定在10～15℃。拉坯速度大，鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)停留時(shí)間短，鑄坯液芯延長(zhǎng)，這不但增加鑄坯鼓肚的概率，而且推遲等軸晶的形核和長(zhǎng)大，擴(kuò)大了柱狀晶區(qū)。所以，試驗(yàn)中連鑄機(jī)的典型拉速由0.85 m/min優(yōu)化為0.8 m/min。

3.2.2 動(dòng)態(tài)輕壓下

輕壓下技術(shù)是通過(guò)在連鑄坯液芯末端附近施加均勻外力，使鑄坯產(chǎn)生一定的壓縮量，以補(bǔ)償鑄坯的凝固收縮量，且在擠壓作用下，板坯液芯中的溶質(zhì)元素將重新分配，從而使鑄坯的凝固組織更加均勻致密，有效地改善板坯中心偏析和減少中心疏松［2］。但是，不合理的動(dòng)態(tài)輕壓下工藝參數(shù)，不僅不能改善板坯的內(nèi)部質(zhì)量，而且還會(huì)引起內(nèi)部裂紋、惡化板坯的偏析和疏松。在前期射釘實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)扇形段的收縮率、動(dòng)態(tài)輕壓下的壓下量、壓下位置和壓下率都進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。

4 改進(jìn)效果

4.1 鋼水潔凈度控制效果

試驗(yàn)爐次連鑄中包試樣中P、S、N、H、O含量如表4所示。從表4可看出，工藝優(yōu)化后生產(chǎn)爐次的P、S、N、H和O控制比較理想，達(dá)到了預(yù)期效果。

表4 優(yōu)化爐次和未優(yōu)化爐次鋼水中P、S、N、H、O含量

4.2 板坯質(zhì)量控制效果

將下線板坯堆冷32 h后拆垛，對(duì)鑄坯表面進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂紋、凹坑等表面缺陷；再將鑄坯兩邊各修磨200 mm寬、2 mm深后檢查，未發(fā)現(xiàn)皮下裂紋、氣孔、針孔等缺陷。在連鑄工藝參數(shù)優(yōu)化后下線的板坯上取樣進(jìn)行冷蝕，觀察其偏析、疏松和內(nèi)部裂紋狀況。共檢測(cè)6爐次，鑄坯中心疏松1級(jí)，C類偏析0.5～1.0級(jí)（工藝參數(shù)優(yōu)化前C類偏析1.5級(jí)），無(wú)裂紋。

4.3 特厚鋼板低倍分析

軋制120 mm厚Q345E鋼板熱酸洗之后檢測(cè)，煉鋼工藝優(yōu)化前后典型低倍照片見(jiàn)圖4。從圖4可看出，優(yōu)化前，鋼板內(nèi)部存在明顯的線狀偏析缺陷，導(dǎo)致鋼板探傷不合格；優(yōu)化后僅存在零散分布的缺陷點(diǎn)，鋼板偏析和疏松評(píng)級(jí)都為0.5級(jí)。綜合探傷結(jié)果表明，該批120 mm厚Q345E鋼板內(nèi)部質(zhì)量良好。

4.4 特厚板探傷合格率

工藝優(yōu)化前后，軋制特厚板的探傷不合格率如圖5所示。從圖5可以發(fā)現(xiàn)：優(yōu)化前（1—4月）平均探傷合格率為95.6%，最低為94.8%。工藝優(yōu)化后（5—9月），平均探傷合格率為98.8%，其中7月和9月合格率都在99%以上。

圖4 120 mm厚Q345E鋼板優(yōu)化前后中心疏松或偏析

圖5 工藝優(yōu)化前后特厚板探傷合格率比較

5 結(jié)論

5.1 造成特厚板探傷不合格的主要原因是板坯元素（Mn）偏析產(chǎn)生的微裂紋，球狀鈣鋁酸鹽夾雜物和鏈狀的硫化物夾雜物。

5.2 嚴(yán)格控制和優(yōu)化精煉操作，選擇合理的LF爐精煉渣系，優(yōu)化精煉工藝參數(shù)，可為超厚板生產(chǎn)提供高潔凈度鋼水，工藝優(yōu)化后鋼水中的［P］≤0.015%，［S］≤0.003%，［O］≤4×10-6，［H］≤1.5×10-6，［N］≤35×10-6。

5.3 通過(guò)對(duì)連鑄工藝參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整，有效地改善了板坯的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量，為超厚板的生產(chǎn)提供了坯料質(zhì)量保障。

5.4 優(yōu)化后特厚板的平均探傷合格率由95.6%提高到98.8%。

［1］ 孟勁松，姜茂發(fā)，王德永，等.LF爐合成精煉渣成分優(yōu)化［J］.東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，27（10）：1 110-1 113.

［2］ 謝長(zhǎng)川，張炯明，王新華，等.動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)的研發(fā)及運(yùn)用［J］.鋼鐵，2009，44（12）：100-104.