Q355B鋼板無損檢測缺陷性質分析

毛寬亮，陳遠博，王博，宋亞虎，郭亞森，牛銘越

中信重工機械股份有限公司 河南洛陽 471039

1 序言

Q355B鋼是一種中等強度、高韌性的低合金結構鋼，具有良好的低溫塑性和易焊接等綜合性能，廣泛應用于礦山、建筑、橋梁、車輛、船舶及壓力容器等行業生產中[1]。

某公司采購的厚度為90mm的Q355B鋼板在進行超聲波檢測時，發現密集性線性缺陷，在缺陷位置取樣，并對鋼板進行缺陷分析，所取試塊如圖1所示。

2 理化分析

2.1 著色檢測

如圖1所示，紅色方框位置沿試塊厚度方向切取試樣1、試樣2進行分析，試樣1、試樣2經磨制后進行著色檢測，發現在試片的厚度中心部位存在多處線性開口缺陷，具有發紋特征，長度為1～6mm，如圖2、圖3所示。

圖2 試樣1無損檢測缺陷形貌及局部放大

圖3 試樣2無損檢測缺陷形貌及局部放大

2.2 宏觀斷口分析

在圖2中的a、b位置取斷口試樣，并在試樣背面垂直于厚度方向開槽壓斷口，切開后的宏觀斷口形貌如圖4所示，斷口面局部存在銀灰色橢圓形及條形斑點，疑似白點缺陷，在該缺陷處取樣進行掃描電鏡分析。正常基體的斷口形貌為結晶狀。

圖4 宏觀斷口形貌

2.3 微觀斷口分析

將圖4中的斷口試樣置于掃描電鏡下進行微觀斷口分析，缺陷位置的形貌在電鏡下具有碎條狀特征，并伴有二次裂紋，該形貌為典型的白點微觀形貌。基體的斷裂形貌為韌窩加準解理特征，如圖5～圖10所示。

圖5 位置a試樣缺陷形貌（19×）

圖6 位置b試樣缺陷形貌（19×）

圖7 位置a試樣缺陷處碎條狀形貌（1000×）

圖8 位置a位置碎條狀形貌（1500×）

圖9 位置b試樣缺陷處碎條狀形貌（1500×）

圖10 正?；w形貌（1000×）

2.4 金相分析

在線性缺陷c處取樣進行金相分析，試樣在磨制、拋光后，經4%硝酸酒精溶液腐蝕，在金相顯微鏡下進行觀察，發現線性缺陷為裂紋，呈鋸齒狀且穿晶擴展，主要分布在珠光體偏析帶上，基體組織為鐵素體+珠光體，如圖11、圖12所示。

圖11 裂紋形貌及組織（200×）

圖12 裂紋形貌及組織（500×）

3 分析與討論

通過著色檢測可知，該鋼板上存在著線性開口缺陷，在其縱向斷口上存在銀灰色斑點。通過掃描電鏡進一步分析可知，缺陷位置的形貌具有碎條狀特征，并伴有二次裂紋，該形貌為典型的白點微觀形貌。金相分析表明，裂紋呈鋸齒狀且穿晶擴展，為低溫下的應力開裂，主要分布在偏析帶上。綜合以上分析得出，該鋼板的缺陷性質為白點。

白點在鋼件內存在較大內應力，且在氫含量相對較高的情況下才會產生。氫在鋼中的溶解度隨著溫度的降低而減小，鋼坯澆注完成后，隨著鋼坯溫度的降低，氫在鋼中溶解度減小。當冷卻速度加快時，柱狀晶內的氫來不及擴散至大氣中，會聚積在鋼的顯微孔隙中并結合成分子態，使其擴散更加困難，從而形成了巨大的局部壓力。當該壓力達到鋼的破斷強度時，便會在鋼內發生開裂，即產生白點缺陷[2]。白點主要出現在大型鍛件及截面較大的軋制鋼材中[3]，大部分情況下分布在軋材或鍛件的近中心或距表面一定深度處。在鋼件的縱向斷口上呈圓形、橢圓形、鴨嘴形的銀色斑點，在經過磨削的橫向試片上則表現為細長的發裂[4]。對于熱軋鋼板來說，在連鑄過程中，連鑄坯的柱狀晶向心部均勻發展，使連鑄坯中心最后凝固的鋼液富含溶質元素C、S、P、Mn等[5，6]，在這些區域會形成較多夾雜物、疏松及縮孔缺陷，這對氫有強烈的吸附作用，這些孔隙為氫的富集提供了條件，以及心部珠光體組織提供了組織應力，并降低了形成白點缺陷的臨界值，因此白點大都分布于鋼板的厚度中心位置。

4 結論及建議

該鋼板超聲波檢測缺陷性質為白點，因此建議采取以下改進措施。

1）在冶煉過程中，嚴格控制氫含量，采用VD或RH真空脫氫處理，使鋼液中wH降至1.5×10-6（1.5ppm）以下，降低了S、P等有害元素的含量。

2）嚴格控制原材料及輔料水分。

3）延長熱坯堆放時間及鋼板緩冷時間，使氫充分地向外擴散，降低鋼板基體的氫含量[1，7]。