高強船板探傷缺陷原因分析

李德強 ，楊洋

（1.海軍駐鞍鋼軍事代表室，遼寧 鞍山 114009；2.中國船舶工業(yè)物資東北有限公司，遼寧 鞍山114009）

世界航運業(yè)的迅猛發(fā)展對船舶質(zhì)量要求越來越高，各種大型船舶、特種船舶對造船材料的要求也隨之不斷提高［1］。在保證船板具有高強度、高韌性、耐腐蝕、焊接性能等基礎(chǔ)上，更需要關(guān)注鋼板的內(nèi)部質(zhì)量，只有嚴格遵守船板內(nèi)部缺陷把控標準，才能保證船板使用中的安全性和可靠性。但在近期高強船板生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)個別批次鋼板探傷不合標準。為了改進產(chǎn)品質(zhì)量，現(xiàn)場取樣進行低倍、夾雜物評級，采用掃描電鏡進行檢驗、分析，查找確定探傷不合原因。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料取自國內(nèi)某鋼廠厚板線生產(chǎn)的14 mm高強船板，其化學成分見表1。生產(chǎn)工藝流程為鐵水預處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→連鑄→鋼坯緩冷→鋼坯清理、修磨→鋼坯加熱→4300 mm軋機軋制→緩冷→探傷→熱處理→性能檢驗→檢查→入庫。

采用液浸法（耦合劑為水）對該高強船板進行在線探傷，采用雙晶片探頭脈沖反射法對鋼板進行超聲波檢驗，發(fā)現(xiàn)距頭部1 000 mm及距尾部800～1 400 mm的心部位置均出現(xiàn)密集缺陷，在缺陷密集處畫線取樣并標明軋向，在頭、尾各取一塊尺寸為14 mm×200 mm×200 mm的試樣。

表1 高強船板成分（質(zhì)量分數(shù)） %

1.2 實驗方法

使用GE USN60無損探傷設(shè)備進行手動探傷并取回試樣，標記探傷問題位置，鋼板取樣位置見圖1。

圖1 鋼板取樣位置

110#、30#為低倍試樣，經(jīng)銑、磨后根據(jù)GB/T 226-2015《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法》評價缺陷。 11#、111#、112#、3#、31#、32#、33#為金相試樣，利用ZEISS Axiovert 200 MAT金相顯微鏡，根據(jù)GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》進行評級，再利用ZEISS SUPRA55進行掃描觀察，確定夾雜物成分。鋼板頭部11#在鋸切過程中暴露出肉眼可見缺陷，如圖2所示。

圖2 鋼板頭部11#肉眼可見缺陷

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 低倍分析

使用熱混合酸進行低倍檢驗，頭部110#、尾部30#試樣缺陷在低倍酸蝕面上以分層形式顯現(xiàn)，其中探傷時缺陷密集的尾部30#位置，在整個截面的中心線處整體分層，見圖3。頭部11#探傷缺陷尺寸與實際缺陷尺寸對照見圖4。經(jīng)探傷初步確定缺陷尺寸為150 mm×35 mm，實際缺陷尺寸為200 mm×35 mm，缺陷尺寸在縱向存在偏差，從該試樣分析結(jié)果來看，探傷檢驗適用于缺陷大致定位，但不適用于缺陷尺寸準確定量。

圖3 鋼板低倍照片

圖4 鋼板頭部11#試樣缺陷尺寸

2.2 夾雜物分析

頭部 11#、111#、112#3 個試樣的夾雜見圖 5，尾部 3#、31#、32#、33#4 個試樣的夾雜見圖 6。 其中，111#和112#中有黑色條狀物貫穿中心，已經(jīng)超過標準中C類硅酸鹽類粗系最大3.0級、D類球狀氧化物類粗系1.0級。尾部4個金相樣均有黑色條狀物貫穿中心，D類球狀氧化物類夾雜物級別不高、最嚴重位置C類硅酸鹽夾雜超過3.0級，初步可確認造成探傷不合的原因是鋼板厚度中心有黑色條狀物，具體成分通過后續(xù)掃描確認。

圖5 頭部11#試樣夾雜

圖6 尾部3#試樣夾雜

2.3 掃描分析

由于鋼板頭部試樣111#、112#處于同一位置，因此，以111#掃描結(jié)果為代表，其成分掃描見圖7、夾雜物成分見表 2。鋼板尾部 3#、31#、32#、33#中，選取31#、32#為代表進行分析，其成分掃描見圖8，夾雜物成分見表 3。頭部主要成分為 Ca、Si、Mg、Al、Ba、O、Na、F 等元素， 尾部主要成分為 Ca、Si、Mg、Al、O、Na、F等元素，與高強船板基體成分差異極大，與保護渣成分類似，保護渣成分見表4，認為鋼板探傷不合是煉鋼連鑄過程中保護渣等材料卷入坯料造成。

圖7 鋼板頭部111#試樣成分掃描

表2 鋼板頭部111#夾雜物成分（質(zhì)量分數(shù)） %

圖8 鋼板尾部試樣成分掃描

表3 鋼板尾部夾雜物成分（質(zhì)量分數(shù)） %

表4 保護渣成分（質(zhì)量分數(shù)） %

3 改進措施及效果

現(xiàn)場排查煉鋼廠連鑄設(shè)備狀態(tài)和保護渣等材料的質(zhì)量情況，結(jié)合操作情況進行分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器液位波動致使結(jié)晶器保護渣卷入，形成非金屬夾雜物。為保證澆注過程鋼水的純凈度，并對有害雜質(zhì)的卷入進行控制，采取改進措施如下：

（1）優(yōu)化結(jié)晶器保護渣性能，從粘度和融化速度等方面調(diào)整，保證澆鑄過程結(jié)晶器保護渣熔融層厚度不低于10 mm，提高抗卷渣能力。

（2）澆注中間包階段，嚴控中間包上水口氬氣流量，防止因氬氣原因，導致結(jié)晶器液面波動而造成的卷渣。

（3）停澆階段，嚴禁擾動結(jié)晶器液面，防止結(jié)晶器保護渣卷入。

（4）浸入式水口浸入深度使用135 mm渣線，以提高結(jié)晶器彎月面溫度，加快化渣，提高結(jié)晶器保護渣熔融層厚度。

執(zhí)行以上4條控制措施后，進行了9罐鋼的生產(chǎn)，鋼板經(jīng)在線探傷，結(jié)果均符合高強船板探傷標準，改進效果顯著。

4 結(jié)論

（1）通過低倍檢驗，缺陷試樣在低倍酸蝕面上以分層形式顯現(xiàn)，探傷缺陷密集的尾部試樣在整個取樣截面的中心線呈整體分層。

（2）通過夾雜物掃描觀察，發(fā)現(xiàn)鋼板頭、尾缺陷位置存在D類球狀氧化物類夾雜及超出標準評級中C類硅酸鹽類夾雜，主要成分為Ca、Si、Mg、Al、Ba、O、K、Na、F 等元素，此成分為保護渣。

（3）造成卷渣的原因是結(jié)晶器液位波動，通過采取優(yōu)化結(jié)晶器保護渣性能，嚴控澆鑄過程中氬氣流量，調(diào)整浸入式水口浸入深度等措施后，高強船板在后續(xù)生產(chǎn)中的探傷滿足標準。