船板鋼探傷不合原因分析

張曉欽，吳海虹

（江蘇沙鋼集團有限公司，江蘇 張家港 215625）

船板鋼主要用于制造各類船舶設施及各種海洋工程裝備，由于受惡劣的工作環境影響，其需要承受較大的風浪沖擊和交變負荷作用。為保證船體結構及海工裝備安全可靠，除要求鋼板具有良好的強度、塑性、韌性要求外，還需具備良好的內部質量，不能存在影響使用安全的裂紋、縮孔和夾層等危害性缺陷。

超聲波探傷是檢驗船板鋼內部質量最為常見檢測手段，可無損檢測鋼板內部缺陷[1-2]。在對船板鋼進行探傷時，經常出現探傷不合問題，此問題也是各鋼廠生產過程中常見的質量問題[3-4]。由于超聲波探傷僅可確認鋼板內部缺陷的尺寸、位置和數量等信息，但對于造成探傷不合的原因還需進一步分析確認。本文針對探傷不合船板鋼的缺陷類型及產生原因進行分析，從而為提高船板內部質量提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料及生產流程

試驗所選用的鋼板為28 mm厚的高強度船板鋼DH36，化學成分要求見表1。生產工藝流程為：高爐鐵水→KR預脫硫→轉爐冶煉→LF精煉→RH脫氣→保護澆鑄→板坯緩冷→板坯再加熱→除鱗→控溫軋制→軋后控冷→熱矯直→冷床冷卻→超聲波探傷→切割精整→入庫。

表1 DH36船板鋼化學成分

1.2 試驗方法

利用PXUT-300C手持式超聲波探傷儀對探傷不合鋼板進行缺陷確認并標記缺陷位置；隨后將包含缺陷位置的部分取下；利用線切割方式沿缺陷部位中心位置對樣品進行剖分。將剖分面進行研磨、拋光并用4%的硝酸酒精進行腐蝕。利用Zeiss金相顯微鏡觀察剖分面缺陷形貌及金相組織；利用Zeiss Evo18掃面電鏡在缺陷位置處進行形貌觀察并分析鋼中夾雜物；利用電子探針對鋼板成分偏析情況進行分析；利用直讀光譜儀、CS聯測儀對鋼板化學成分進行分析。

2 試驗結果與分析

2.1 探傷情況

經探傷，缺陷主要位于鋼板厚度1/2處，為連續性缺陷，缺陷長度2~5 mm，沿全板彌散分布，無明顯位置特征。

2.2 成分分析

表2和圖1為所取鋼板化學成分檢驗結果及鋼板厚度方向元素偏析情況。從化學分析結果來看，鋼中各化學元素種類及含量未見異常，P、S雜質元素含量均在標準要求范圍內；但從電子探針分析（EPMA）結果來看，鋼板心部存在不同程度的C、Mn的偏析以及異常的Nb、Ti偏析峰。

圖1 鋼板厚度方向EPMA成分分析結果

表2 化學成分分析結果

2.3 顯微組織觀察

圖2和圖3為缺陷鋼板顯微組織。從顯微組織來看，鋼板組織主要為鐵素體+珠光體組織，但在鋼板厚度1/2位置處存在貝氏體組織，如圖2所示。

隨后針對探傷不合樣品利用掃描電鏡進行觀察分析，發現厚度1/2處存在單個裂紋長度在300~500μm，呈斷續分布的微裂紋。該類裂紋主要沿偏析帶擴展，且裂紋內部存在MnS及（Nb，Ti）N夾雜物，如圖3所示。

3 原因分析

由于在鋼板厚度1/2處已觀察到斷續分布的微裂紋，因此推測該類型裂紋是造成船板鋼探傷不合的直接原因，但對于微裂紋產生原因有必要進一步分析，從而避免該問題再次發生。

結合成分分析結果發現，鋼板心部附近存在偏析問題，C、Mn含量較其他位置增高（圖1）。C、Mn作為增加淬透性元素，其含量增加導致位置相變組織由鐵素體+珠光體轉變為貝氏體（圖2）。貝氏體組織與鐵素體+珠光體組織相比，強度增加但韌、塑性變差。此外，在貝氏體組織內部觀察到大量MnS及（Nb，Ti）N夾雜物。由于夾雜物尖端存在應力集中，夾雜物成為鋼板開裂的重要裂紋源，他們的存在進一步加劇了鋼板開裂傾向[5-6]。對裂紋位置的觀察分析結果也表明，微裂紋多沿偏析帶分布，且裂紋內部觀察到MnS及（Nb，Ti）N夾雜物（圖3）。

圖2 鋼板金相組織

通過上述分析可以看出，微裂紋的存在是造成船板探傷不合的直接原因，心部偏析產生的貝氏體組織及MnS、（Nb，Ti）N夾雜物是造成船板鋼探傷不合的根本原因。為改善船板鋼探傷不合問題，需改善鋼板心部偏析同時控制鋼中MnS、（Nb，Ti）N夾雜物尺寸及數量。

4 結論

（1）探傷不合鋼板心部存在偏析帶，偏析帶處的顯微組織呈現為貝氏體組織；偏析帶內有斷續分布的300~500μm的微裂紋，裂紋內部觀察到MnS、（Nb，Ti）N夾雜物。

（2）微裂紋是造成船板探傷不合的直接原因，鋼板心部偏析產生的貝氏體組織及MnS、（Nb，Ti）N夾雜物是造成船板鋼探傷不合的根本原因。