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中厚規(guī)格Q460E鋼板廣泛應用于橋梁、壓力容器、車輛、船舶等工程或結(jié)構建造，鋼板內(nèi)部質(zhì)量關系著工程或結(jié)構的安全性。超聲波探傷是利用超聲波透入金屬材料深處，在界面邊緣發(fā)生反射，在熒光屏幕上以脈沖波形方式反映缺陷位置和大小，超聲波探傷檢驗結(jié)果是判斷鋼板內(nèi)部質(zhì)量的主要依據(jù)。

 

1、存在的問題

 

鞍鋼4300中厚板產(chǎn)線生產(chǎn)的Q460E鋼板有連鑄鋼板和模鑄鋼板兩種，其中連鑄鋼板采用的生產(chǎn)工藝為：150 t轉(zhuǎn)爐—LF精煉—RH真空—Ca處理—連鑄成230 mm厚板坯—軋制10~30 mm鋼板，模鑄鋼板采用的生產(chǎn)工藝為：20 t電爐—LF精煉—VD真空—模鑄成10 t鋼錠—軋制230 mm厚中間坯—中間坯切頭尾—軋制30~50 mm鋼板。

對2018-2019年生產(chǎn)的600張連鑄鋼板和300張模鑄鋼板進行軋制后超聲波自動探傷檢測，采用系統(tǒng)配置軟件測量每張鋼板內(nèi)部缺陷尺寸，統(tǒng)計在鋼板中位置及數(shù)量情況。

在連鑄和模鑄鋼板探傷缺陷位置分別取300個和100個試樣，按GB/T 1979—2001《結(jié)構鋼低倍組織缺陷評級》標準，檢驗鋼板的疏松、偏析、裂紋及夾渣等情況，按GB/T 13298—2015標準制備試樣，在LeicaDMIRM型金相顯微鏡上進行金相檢驗，在Quanta400掃描電子顯微鏡下進行成分分析，共發(fā)現(xiàn)兩種探傷缺陷，即夾渣缺陷和裂紋缺陷，兩種缺陷在連鑄鋼板中所占的比例分別為90%和10%，在模鑄鋼板中所占的比例分別為40%和60%。

 

2、原因分析

 

1、夾渣缺陷

 

連鑄和模鑄鋼板中夾渣缺陷形貌類似，低倍照片如圖1所示。

 

圖1 夾渣缺陷低倍照片

 

夾渣的金相檢驗和掃描電鏡能譜分析結(jié)果如圖2所示。夾渣化學成分主要為Ca、Si、Na、Mg、Al、K等元素的氧化物，氧化物夾渣疊加后會使超聲波衰減，底波降低，出現(xiàn)缺陷波形。

 

圖2 金相檢驗和掃描電鏡能譜分析結(jié)果

夾渣探傷缺陷為鋼水中的保護渣、非金屬夾雜、氣體未排除，殘留在鋼中，匯聚疊加后產(chǎn)生。對生產(chǎn)操作過程和工藝參數(shù)進行排查，確定連鑄鋼板和模鑄鋼板缺陷的產(chǎn)生原因如下：

 

(1) 連鑄生產(chǎn)過程中，拉速波動幅度大、結(jié)晶器液面波動大、結(jié)晶器保護渣熔融層厚度偏薄導致卷渣，形成夾渣缺陷。

 

(2) 模鑄澆注過程中，液面振動造成保護渣卷入；加入Ti合金后鋼水形成Ti(C,N)、TiN等產(chǎn)物，在鋼水上浮過程中與其他氧化物聚集形成復合夾渣。

 

2、裂紋缺陷

 

連鑄和模鑄鋼板中裂紋缺陷形貌類似，低倍照片如圖3所示，可以看出在鋼板厚度中心至1/4處存在若干條裂紋缺陷。

 

圖3 裂紋缺陷低倍照片

 

拋光狀態(tài)和4%的硝酸酒精溶液腐蝕狀態(tài)的金相照片如圖4所示，可以看出拋光狀態(tài)未見異常夾渣，腐蝕狀態(tài)未發(fā)現(xiàn)組織變化。

圖4 拋光狀態(tài)和4%的硝酸酒精溶液腐蝕狀態(tài)的金相照片

 

試樣置于SUPRA55場發(fā)射掃描電鏡下，結(jié)合OXFORD能譜儀進行裂紋附近微區(qū)成分定量分析，結(jié)果如圖5所示，未發(fā)現(xiàn)異常成分。通過上述低倍、金相及掃描電鏡檢驗確認探傷缺陷為裂紋缺陷，裂紋周圍無夾渣和異常成分存在。

圖5 掃描電鏡能譜儀微區(qū)成分分析結(jié)果

裂紋探傷缺陷的產(chǎn)生主要是因為鑄坯遺傳的疏松、偏析缺陷較嚴重，疏松缺陷在鑄坯加熱軋制后未被壓合，形成微裂紋；偏析類缺陷在鑄坯緩冷或鋼板緩冷時產(chǎn)生的較大熱應力和組織應力綜合作用下，在鋼板內(nèi)部形成裂紋。

 

對生產(chǎn)操作過程和工藝參數(shù)進行排查，確定連鑄鋼板和模鑄鋼板缺陷產(chǎn)生原因如下：連鑄生產(chǎn)過程中，鑄機輥縫調(diào)整偏差造成疏松缺陷較嚴重；模鑄生產(chǎn)過程中，澆注過熱度高造成鋼錠中心縮孔和疏松缺陷嚴重。連鑄坯和模鑄錠加熱軋制時壓下率不足，缺陷未被壓合。

 

3、改進措施

 

根據(jù)夾渣和裂紋缺陷產(chǎn)生的原因，制定有針對性的改進措施，對可量化的工藝參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，具體見表1。

 

不可量化的措施納入操作規(guī)程中：

 

(1) 連鑄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；

 

(2) 模鑄后期補加保護渣嚴禁直接倒入，要使用篩子篩入；加入發(fā)熱劑嚴禁拋投；出鋼前軟吹以減少夾渣物。

 

4、實踐效果

 

國內(nèi)外中厚板主要探傷標準有歐標EN 10160《厚度等于或大于6 mm的鋼板的超聲波檢測方法（反射法）》、美標ASTM A578/A578M《特殊用途的軋制鋼板的超聲波縱波束檢驗規(guī)范》、行業(yè)標準NB/T 20003.2《核電廠核島機械設備無損檢測 第2部分：超聲檢測》、國標GB/T 2970《厚鋼板超聲波檢驗方法》等，以上標準各為體系或互有交叉，為驗證改進措施的實施效果和鋼板內(nèi)部質(zhì)量提升情況，找到一種對所有鋼種都適合的評價方式，對上述標準進行分析對比和歸類，首次按缺陷長度將探傷缺陷整合為八個質(zhì)量等級，具體如表2所示。

 

采用探傷系統(tǒng)配置軟件測量自動探傷鋼板缺陷尺寸、數(shù)量等情況，按表2中八個質(zhì)量等級進行分類，統(tǒng)計改進措施實施前后各質(zhì)量等級鋼板占比，如表3所示，可以看出改進措施實施后，連鑄和模鑄鋼板中特一級所占比例顯著上升，其中連鑄鋼板由77%上升至88%，模鑄鋼板由70%上升至82%，分別提高11和12個百分點；較差的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級占比之和均由0.6%下降至0%，可見隨著各項改進措施的實施，鋼板的內(nèi)部質(zhì)量明顯提高。

 

 

5、結(jié)語

 

(1) 通過對鞍鋼4300中厚板產(chǎn)線生產(chǎn)的Q460E鋼板進行超聲波自動探傷，發(fā)現(xiàn)存在夾渣和裂紋兩種缺陷，分別基于連鑄和模鑄工藝，分析了探傷缺陷產(chǎn)生的原因并制定改進措施。規(guī)定連鑄鋼冶煉時降速平臺停留時間1.5 min，停澆時大罐重量6 t，連鑄輥縫偏差±0.5 mm占比95%，軋制時精軋連續(xù)3道次壓下率18%；連鑄停澆階段嚴禁擾動結(jié)晶器液面；規(guī)定模鑄鋼澆注過熱度35~75 ℃，粗軋連續(xù)3道次壓下量40 mm，精軋連續(xù)3道次壓下率18%；后期補加保護渣嚴禁直接倒入，要使用篩子篩入；加入發(fā)熱劑嚴禁拋投；出鋼前軟吹以減少夾渣物。

(2) 首次將探傷缺陷細分為八個質(zhì)量等級，采用軟件測量鋼板內(nèi)部缺陷情況，改進后連鑄和模鑄鋼板中最優(yōu)質(zhì)量等級，即無缺陷或L≤8 mm所占比例顯著上升，其中連鑄鋼板由77%上升至88%，模鑄鋼板由70%上升至82%；最后4個較差質(zhì)量等級，即Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級占比之和均由0.6%下降至0%，鋼板內(nèi)部質(zhì)量明顯提高。

(3) 采用的分級方式和圖像測量方法為鋼板內(nèi)部缺陷分析提供了參考，可推廣到所有鋼種。內(nèi)控標準制定級別的合理性，要兼顧各鋼種成本、產(chǎn)量、經(jīng)濟效益、社會效益和用戶需求等因素綜合衡量，科學評估。