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摘要：針對(duì)HE46刃具鋼板出現(xiàn)的探傷不合格問題，通過鋼坯冷酸蝕檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)和截面成分波動(dòng)測(cè)定，分析了裂紋缺陷的發(fā)生機(jī)理，確定了嚴(yán)重的中心偏析導(dǎo)致形成馬氏體組織，在馬氏體處形成裂紋，導(dǎo)致鋼板探傷不合。通過調(diào)整電磁攪拌參數(shù)，調(diào)整熱裝生產(chǎn)方式，并輔助真空處理和帶溫切割和堆垛工藝，解決了鋼板偏析導(dǎo)致的鋼板探傷不合格問題。

 

1、 前言

 

在棒材、管材以及型材生產(chǎn)使用過程中，使用金屬鋸片進(jìn)行切頭、切尾和定尺。金屬鋸片已經(jīng)成為現(xiàn)代軋鋼生產(chǎn)中的重要輔助設(shè)備。某鋼廠生產(chǎn)的HE46鋼板是用于制作金屬鋸的基材，在首次生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)批量探傷質(zhì)量問題，影響了合同交付期和增加了生產(chǎn)成本。本研究對(duì)HE46鋼板探傷不合格位置試樣進(jìn)行了檢驗(yàn)、分析，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致探傷不合的原因，并通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，最終解決了探傷問題。

 

2、 工藝介紹及缺陷檢測(cè) 

 

2.1 工藝流程

 

HE46鋼板的生產(chǎn)工藝流程：鐵水預(yù)處理→120t頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐→LF精煉→脫氧合金化→鈣處理→吹氬鎮(zhèn)靜→連鑄板坯→板坯熱裝加熱→高溫軋制→熱態(tài)矯直→冷床空冷→在線探傷→剪切取樣→表面質(zhì)量檢查→合格入庫。    

 

轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉后擋渣出鋼，并加入200kg石灰和200kg預(yù)溶渣進(jìn)行改質(zhì)；LF精煉后進(jìn)行鈣處理，進(jìn)行夾雜物變性，并吹氬氣鎮(zhèn)靜12min；鋼包經(jīng)40t中間包進(jìn)行澆注，鑄機(jī)是250mm×2000mm單流立彎式板坯連鑄機(jī)；鋼坯裝爐溫度為300±50℃，加熱爐在爐時(shí)間為300min，加熱溫度1250～1280℃，爐膛氣氛為還原性氣氛；鋼板軋制方式為高溫槍溫快軋，鋼板鋼規(guī)格為10mm×3000mm×15000mm。HE46鋼種的化學(xué)成分如表1所示。

 

2.2 缺陷檢驗(yàn)

 

在鋼板厚度1/2、兩側(cè)寬度1/4之間有多處密集型缺陷，缺陷當(dāng)量為Φ5~6mm，缺陷面積80~100mm。通過缺陷位置和尺寸，判定鋼板存在分層缺陷，根據(jù)GB/T 2970Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判定鋼板為不合格品。

 

2.2.1 坯料冷酸蝕檢驗(yàn)    

 

由于鋼坯是熱裝生產(chǎn)，鋼板軋制和鋼坯冷酸蝕檢驗(yàn)結(jié)果基本同時(shí)完成，鋼坯冷酸蝕結(jié)果如圖1所示。鋼坯截面1/2位置有嚴(yán)重的A類3.0級(jí)偏析。雖然連鑄生產(chǎn)投入了凝固末端電磁攪拌，但凝固末端電磁攪拌處于調(diào)試階段，實(shí)施位置和參數(shù)處于優(yōu)化過程中，未能有效對(duì)濃質(zhì)鋼液進(jìn)行均質(zhì)化，造成富集溶質(zhì)的溶液存于鑄坯中心位置，最終形成了嚴(yán)重的中心偏析。

 

 

2.2.2 金相檢驗(yàn)    

 

在鋼板探傷不合部位取樣進(jìn)行金相和夾雜物分析。圖2顯示，鋼板1/2位置存在中心裂紋，此裂紋大部分是沿晶裂紋，少部分是穿晶裂紋，此類裂紋是直接導(dǎo)致出現(xiàn)分層的根本原因。圖3顯示鋼板1/2位置同時(shí)存在異常組織帶和貫穿裂紋，說明裂紋和馬氏體存在直接關(guān)系。

圖4顯示鋼板厚度1/2位置無網(wǎng)狀鐵素體，圖5顯示鋼板厚度1/4及近表位置存在網(wǎng)狀鐵素體。網(wǎng)狀鐵素體形成在奧氏體化的亞共析鋼緩慢冷卻的過程中，當(dāng)溫度低于Ar3時(shí)，碳和合金元素的擴(kuò)散導(dǎo)致先共析相沿奧氏體晶界析出，從而形成網(wǎng)狀鐵素體。鋼板1/2處無網(wǎng)狀鐵素體，說明1/2位置的化學(xué)成分高于亞共析鋼，與鋼坯偏析有關(guān)。

圖6顯示鋼板1/2位置存在A類2.0級(jí)別夾雜物，說明鋼水純凈度較差，也增加了鋼板內(nèi)部裂紋發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)。圖7顯示鋼板表面存在脫碳層，完全脫碳層和總脫碳層厚度分別為0.06mm和0.26mm，結(jié)合存在網(wǎng)狀鐵素體的說明存在過度加熱問題。

 

2.2.3 成分偏析檢驗(yàn)    

 

在同一位置的取9塊成分試樣，并進(jìn)行磨削加工減薄處理。從上近表位置1至下近表位置9逐塊減薄1mm，使用光譜法檢驗(yàn)成分，進(jìn)行分布對(duì)比。檢驗(yàn)結(jié)果表明，在1/2位置的C、Mn含量顯著高于近表位置。圖8顯示C、Mn偏析從近表面至中心位置偏析程度差異明顯。

 

 

3、 原因分析及解決措施 

 

綜合以上檢驗(yàn)結(jié)果，得出鋼板探傷不合的原因和相互影響關(guān)系如下：（1）鋼板1/2位置存在沿晶和穿晶裂紋，此裂紋是鋼板探傷不合的直接原因；（2）鋼種碳、錳含中心偏析嚴(yán)重，加劇了中心區(qū)域元素富集，為馬氏體的形成提供了成分條件；（3）馬氏體區(qū)域無網(wǎng)狀鐵素體，而1/4位置存在網(wǎng)狀鐵素體，說明鋼板1/2位置成分偏析嚴(yán)重，超過亞共析鋼成分，為馬氏體的形成提供了成分條件；（4）刃具用鋼為厚度是10mm的薄規(guī)格鋼板，在冷床空冷過程溫降大，尤其是在冬季生產(chǎn)，為馬氏體的形成提供了溫度條件；（5）由于鋼板1/2位置C、Mn偏析嚴(yán)重和冷床冷卻速度達(dá)到了Ms，導(dǎo)致鋼板1/2位置形成馬氏體，由于馬氏體形成過程伴隨體積膨脹，并形成組織應(yīng)力。組織應(yīng)力在晶界結(jié)合薄弱位置產(chǎn)生了中心裂紋，甚至有貫穿晶粒情況。

 

3.1 調(diào)整電磁攪拌

 

電磁攪拌裝置能否得到合理利用對(duì)鋼坯偏析度有直接的影響，尤其是凝固末端電磁攪拌器的影響比結(jié)晶器電磁攪拌的作用更大。為了獲得末端電磁攪拌的最佳攪拌效果，結(jié)合鋼種特性和二冷室的冷卻效果將凝固末端電磁攪拌安裝的位置距結(jié)晶器彎月面9m調(diào)整為9.75m處，攪拌線圈電流強(qiáng)度由350A調(diào)整為320A。

 

3.2 精確控制鋼水過熱度

 

鋼水過熱度是影響等軸晶比例的重要因素，過熱度高導(dǎo)致鑄坯凝固前沿溫度梯度大，有利于柱狀晶生長，發(fā)達(dá)的柱狀晶加重凝固過程的枝晶偏析，阻礙了樹枝晶間富集溶質(zhì)殘余鋼液的流動(dòng)，加重了中心疏松及偏析現(xiàn)象的發(fā)生，后續(xù)生產(chǎn)控制鋼水過熱度為10～20℃。

 

3.3 增加真空處理

 

原工藝無RH真空處理，導(dǎo)致夾雜物和H含量控制較差，惡化了鋼坯內(nèi)部質(zhì)量。改善措施是該鋼種執(zhí)行RH真空處理，高真空保壓時(shí)間≥15min。

 

3.4 增加堆垛緩工序

 

快節(jié)奏生產(chǎn)要求原工藝為熱裝生產(chǎn)，導(dǎo)致H的擴(kuò)散和偏析的緩解不充分，以及冷酸蝕檢驗(yàn)結(jié)果未能發(fā)揮指導(dǎo)作用，僅是起到后續(xù)分析質(zhì)量問題的作用。改善措施是坯料在保溫坑緩冷72h后裝爐生產(chǎn)，并根據(jù)冷酸蝕結(jié)果調(diào)整坯料堆垛方式。

 

3.5 優(yōu)化加熱制度

 

原工藝執(zhí)行高溫、長時(shí)間加熱，目的是為了保證坯料加熱充分以便改善鋼坯芯部缺陷，但表面出現(xiàn)脫碳層和網(wǎng)狀鐵素體說明存在過熱問題，因此將鋼坯加熱時(shí)間調(diào)整為0.9~1.0min/mm，加熱溫度調(diào)整為1220~1250 ℃，以便改善鋼板表面質(zhì)量。

 

3.6 優(yōu)化剪切和堆垛工藝

 

由于設(shè)備檢修和排產(chǎn)原因，造成鋼板需要等待剪切問題，尤其是在冬季生產(chǎn)，鋼板在冷床長時(shí)間空冷至Ms以下，鋼板內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變馬氏體風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)于高強(qiáng)度鋼板，也增加了鋼板剪切炸裂風(fēng)險(xiǎn)。因此將軋后鋼板執(zhí)行100℃以上帶溫切割，切割完畢執(zhí)行堆垛，避免由于冷速較快，不利于應(yīng)力釋放和形成馬氏體。

 

4、 結(jié)語

 

（1）凝固末端電磁攪拌位置和磁場(chǎng)強(qiáng)度參數(shù)不合理是導(dǎo)致鋼坯中心偏析嚴(yán)重的根本原因。中心偏析造成鋼板中心位置形成馬氏體組織，由于馬氏體在形成轉(zhuǎn)變過程的體積膨脹，形成了中心線裂紋，導(dǎo)致鋼板探傷不合。

 

（2）通過調(diào)整凝固末端電磁攪拌位置和電流強(qiáng)度，增加RH工序處理，執(zhí)行鋼坯保溫坑緩冷，下調(diào)加熱時(shí)間和溫度，配合帶溫切割和鋼板堆垛處理，改善了鋼坯中心偏析，避免形成馬氏體組織。

 

（3）通過實(shí)施改善工藝，HE46刃具鋼板探傷合格率提高至99.0%。