Q690E高強結構鋼板探傷不合原因分析及對策

劉 振，馬淑梅，陳傳磊

（山鋼集團濟南分公司，山東 濟南250101）

1 前言

Q690E高強度結構鋼板廣泛用于制造各類抗低溫沖擊的工程機械，如礦山和各類工程施工用的鉆機、電鏟、翻斗車、礦用汽車、挖掘機、裝載機、推土機、各類起重機、煤礦液壓支架等機械設備及其他結構件，鋼板除滿足基本的性能要求之外，內部質量控制也很關鍵。對某鋼廠生產的90 mm厚度規格Q690E鋼板探傷不合格原因進行分析，并研究相應控制對策，從而提升品種鋼內部質量。

2 探傷不合格分析

2.1 生產工藝

Q690E生產工藝路線為：KR鐵水預處理→210 t頂底復吹轉爐→LF精煉→RH精煉→連鑄機澆注→鑄坯緩冷48 h→軋制。連鑄機為達涅利板坯連鑄機，鑄坯斷面300 mm×2300 mm，鑄機弧半徑9.5 m，具備大包下渣檢測、全程保護澆鑄、結晶器液位自動控制、二冷動態配水和動態輕壓下等先進技術，設計工作拉速0.8～1.4 m/min。鋼板厚度90 mm，壓縮比3.3。

2.2 探傷不合格試樣加工

鋼板出現探傷不合格位置為距離鋼板兩側邊部230～280 mm沿著長度方向區域縱向斷續分布的連續缺陷波，缺陷深度基本在鋼板厚度方向中心位置。對探傷不合格位置標識取樣，并沿著標識位置的鋼板厚度方向切開，觀察分析鋼板內部質量。

2.3 微觀分析

對鋼板探傷檢測出缺陷的位置試樣進行微觀分析，光鏡50倍下對該截面進行觀察，發現鋼板厚度方向中心位置出現較長的夾雜物帶，長度約600～1400μm，如圖1所示。光鏡200倍下對該截面進行觀察，在鋼板厚度方向中心位置發現大量孔洞，沿軋制方向成線性排列在中心位置，長度約在500～1000μm不等，單個“孔洞”大小約20～40 μm，如圖2所示。

圖1 50倍光鏡下夾雜物帶

圖2 200倍光鏡下孔洞

采用鎢燈絲掃描電鏡對夾雜物進行能譜分析，發現為TiN、NbN等夾雜物。對孔洞進行能譜分析，內部成分僅有Fe、Si、O等元素，未發現其他元素。可以推斷，孔洞不是夾雜物脫落造成的，應為縮孔或者疏松，單個縮孔的直徑在20～40μm，多個縮孔沿軋制方向成片分布。

研究結果表明，造成鋼板探傷不合格主要原因為厚度方向中心位置的面形夾雜物帶和孔洞，此類缺陷來源于連鑄坯凝固末端的夾雜物富集偏析以及中心縮孔，又因為軋制壓縮比小，缺陷很難軋制緩解，導致鋼板探傷不合格。需重點從解決連鑄坯中心偏析和縮孔方面制定切實可行對策，從而提升鋼板內部質量。

3 提升連鑄坯內部質量控制對策

3.1 實行窄成分控制

鑄坯從表面到中心結晶過程中，鋼中一些溶質元素（C、S、Mn、Ti等）在固液邊界溶解并平衡移動，發生再分配，從柱狀晶析出的溶質元素排到尚未凝固的鋼液中，隨著結晶的繼續進行，把富集的溶質元素推向最后凝固中心，產生鑄坯的中心偏析。對鋼中影響鑄坯中心偏析元素實行窄成分控制，降低凝固末端溶質的富集。

3.2 鋼水潔凈度控制

從精煉渣成分設計、精煉工藝、軟吹時間、鎮靜時間等方面優化精煉工藝，制定統一標準，實行標準化操作，提升鋼水潔凈度，為鑄坯內部質量提高創造良好的鋼水條件，減少夾雜物在凝固末端的富集。

3.3 鋼水N含量控制

煉鋼工序從轉爐、LF、RH、連鑄機全流程嚴格控制鋼水N含量，中包鋼水N含量控制在35×10-6及以下，減少TiN、NbN等夾雜物的析出與富集。

3.4 推行鑄機“三恒澆注”

優化生產節奏，并精準控制鋼水過熱度，盡量控制在25℃以下；鑄機推行三恒澆注，即恒溫、恒中包液面、恒拉速澆注，穩定結晶器液面，避免澆注工藝波動影響連鑄坯內部質量。

3.5 加強二冷噴嘴檢查

二冷噴嘴發生堵塞若未及時清理，鑄坯冷卻不均勻，自動模型對凝固末端判斷失準，影響壓下位置準確性，不利于凝固末端質量控制。應加強二冷噴嘴檢查，確保冷卻效果。

3.6 精準控制扇形段輥縫

精準控制扇形段輥縫在標準范圍以內，確保鑄坯在扇形段中運行時各個輥縫的壓下精度，避免因壓下精度不準確導致連鑄坯內部質量惡化。

3.7 動態輕壓下優化

動態輕壓下三個關鍵工藝控制參數：壓下率、壓下量、壓下區間，工藝模型如圖3所示。

圖3 動態輕壓下工藝模型

不同鋼種的凝固理論表明，合金含量小鋼種在凝固過程中具有兩相區長，凝固坯殼較軟特點。在實踐生產中，對比不同鋼種連鑄機扇形段實際壓力可以看出，采用相同的輕壓下工藝參數，合金含量較小鋼種扇形段實際壓力明顯小于合金含量高的鋼種。需要結合實際生產鋼種，優化動態輕壓下參數。確保壓下量執行到凝固末端的液芯，起到減輕中心偏析的作用。

3.8 大壓縮比軋制

優化訂單設計，實行大壓縮比軋制，能緩解鑄坯內部偏析、縮孔對鋼板內部質量的影響，一般探傷要求的鋼種需保證壓縮比≥6，超厚規格使用復合制坯工藝進行生產。

4 效果驗證

通過控制對策實施，連鑄坯內部質量得到很大改善，鑄坯低倍檢驗中心偏析C2.0級及以下達標率由76%提升至98%以上，中心縮孔基本消失。高強鋼板探傷合格率由97.8%提升至99.1%。