中厚钢板探伤缺陷的研究.ppt

中厚钢板探伤缺陷的研究,摘要：文章根据多年的实践经验，总结了中厚钢板常见探伤缺陷，分析了缺陷的成因，并提出了解决探伤问题的工艺措施。关键词：探伤中厚钢板生产工艺探伤缺陷压缩比探伤合格率,1前言随着国民经济建设的发展，用户对钢板的力学性能，内外在质量提出了越来越高的要求。这就要求钢的P、S、气体（N、H、O）、夹杂物含量较低，也就是说钢的纯净性好、致密度高。而探伤检验则能够宏观反映钢的纯净度、致密度和均匀性。要求探伤检验交货的钢板，一般是用于制造锅炉压力容器、电站工程、船舶、桥梁、军工、高层建筑、石油化工等行业的重要结构件。探伤钢属高附加值钢，与生产同吨位的非探伤钢相比，它能为企业带来可观的经济效益。同时，也是企业具有较高的技术水平和产品质量的标志。,舞阳钢铁公司十分重视提高产品质量，确立了“科技兴企”的发展战略，强力开发高技术含量、高附加值产品，“舞钢牌”中厚钢板以其优良的化学成分、力学性能、内外在质量、优质的售后服务，在国内外市场上深受用户欢迎。探伤钢板的订货量从1996年的4万多吨，逐年递增到2003年的46万吨，钢板探伤合格率也逐年提高，已达到或接近世界先进水平。但是，有时还出现一份合同要反复投料多次，才能满足用户探伤要求的情况（近年的探伤量、合格率见图1、2）。这不但影响了正常的生产和合同交货期，而且使钢板的制造成本大幅度上升。究其主要原因，还是由于生产工艺和生产设备性能的不稳定性造成的。本文通过作者多年探伤实践研究，探讨钢板探伤缺陷的一般规律，总结了几种常见中厚钢板探伤缺陷，并分析了缺陷的成因，提出一些解决探伤问题的工艺措施，希望能对制订完善探伤钢板的生产工艺，起到抛砖引玉的作用。,图1、七年来探伤产量图,图2、七年来探伤合格率图,年,年,探伤量（万吨）,合格率（%）,97989900010203,97989900010203,40,30,20,10,100,98,96,94,92,2提高中厚钢板的探伤合格率的有效工艺措施钢质的纯净度，模铸钢锭、连铸坯组织的致密度，是中厚钢板探伤合格率的基本保证。舞钢中厚钢板探伤合格率能够达到97%以上水平，主要采取了以下几项新的工艺技术措施，改造并新建了先进的冶炼浇注设备。,2.1为了满足不同国家探伤标准，首先必须冶炼出洁净的钢水，即必须达到洁净钢的要求。对钢中的P、S含量、气体（N、H、O）和夹杂物的数量提出了严格的要求，同时还要求对夹杂物进行Ca处理，使硫化物夹杂物变性达到球化控制。舞钢采用了电炉+精炼+真空脱气的生产工艺（EAF+LF+VD），达到了洁净钢的要求（其主要指标见表1）。这里需要指出的是，对于采用模铸工艺的钢锭成材钢板而言，钢水的洁净度比连铸坯成材钢板要求更高。,表1、钢中P、S、气体及夹杂物含量分析,2.2有了洁净度高的钢水，还必须实施正确的浇注工艺，才能浇注出内部组织致密度高的优质钢锭和连铸坯，才能保证中厚钢板的探伤合格率。2.2.1对于模铸钢锭而言，舞钢采取了一系列优质钢锭的生产工艺，确保11.7t、15t、21t、28t、35t系列钢锭的浇铸质量；基本杜绝了缩孔和大块夹杂物缺陷，有效地将钢锭中疏松、偏析、夹杂等缺陷控制在工艺规定的范围之内-即经过轧制工序后可通过超声检验关。舞钢模铸工艺的特点可归纳为以下几点：较低的过热度、较快的浇铸工艺（俗称低温快铸工艺），良好的帽口保温绝热措施，长浇注口加Ar气保护浇铸，浇铸后的冷却工艺（针对不同钢种的快冷及缓冷工艺）。实施了以上措施后，钢锭成材钢板的探伤合格率稳定在97%以上。,例如：舞钢每年向美国、加拿大、欧洲等国出口7万吨左右钢锭生产的特厚钢板，其实物质量已达到国际先进水平。这些特厚钢板的牌号为：S355J2G3、S50C、A36等，规格为：（80410）*（20003500）*（800012000）mm；国外厂商派探伤工程师到舞钢,用ASTMA578、A435、SEL072-77等标准验收100%合格。2.2.2近年来，舞钢连铸坯成材中厚板的探伤合格率已从97%提高到99%，这一成绩主要归功于钢水较高的纯净度、正确的连铸浇铸工艺，铸机设备的良好状况。,舞钢为提高连铸坯内在质量，采取了以下措施：精确控制中包浇铸过热度在205C以内；浇铸中采用长水口、浸入式水口并用Ar气封；采用吸收夹杂物性能好的连铸保护渣，合适的二冷水模式；严格控制铸机的定修周期，保持铸机的精度满足浇铸工艺要求；严格控制铸速和精度，在考虑铸速变化的基础上，采用矫直点未凝固厚度超过6mm左右的浇铸速度，避开中心裂纹发生的“危险铸速范围”。在采取了以上措施后，舞钢连铸坯轧板的探伤合格率稳定在97%以上。例如：用于上海芦浦大桥的S355和用于西气东输的X70中厚板的探伤合格率达到99.8%。,3中厚钢板中探伤缺陷种类和成因分析由于冶炼、模铸、连铸生产工艺的不稳定，生产设备周期性磨损和老化，钢锭成材中厚钢板的探伤不合格率在24%之间波动，连铸坯成材钢板的探伤不合格率在0.52%之间波动。3.1钢锭成材中厚钢板探伤缺陷种类及成因钢锭成材钢板的厚度范围为40410mm，个别品种应用户要求可达到500600mm，厚板的组织从铸态一直延伸到控轧和正火后的细晶组织，晶粒度从2级分布到10级。从舞钢约80万吨探伤钢板的统计结果看：由单个大面积分层、夹杂类缺陷造成探伤不合格量占3%左右；由点状及长条状密集缺陷造成探伤不合格量占97%左右。,3.1.1缩孔因钢水浇铸过热度过高，钢中气体含量高产生的钢锭缩孔，一般分布在钢锭头部、帽口线以下区域，在钢板中形成大面积缩孔性分层。此类缺陷在舞钢已基本杜绝。缩孔缺陷形状如图3（a）和图3（b）所示。,图3(a)缩孔缺陷形状,图3(b)缩孔缺陷形状,帽口,帽口,3.1.2边部折迭分层此类缺陷的形成主要是轧制过程中初期压下道次的压下率小，造成钢锭表层延展过大，钢锭芯部延展不足，加上立辊的齐边压下道次又配合不当，形成钢板双边折迭分层（俗称重边），此类缺陷往往造成钢板的宽度定尺不合。边部折迭分层的分布如图4所示。3.1.3密集点状及长条状缺陷钢锭成材钢板的探伤条件如表2所示。,图4边部折迭分层形状,帽口,表2钢锭成材钢板的探伤条件仪器CTS-23探头直探头、2.5P20耦合剂水灵敏度B1=100%+6dB或5平底孔反射波高80%此类缺陷主要是由钢锭中疏松、偏析、夹杂缺陷形成的，缺陷集中在板厚的中间1/3区域，缺陷相邻较近，平均1个/1020mm。密集缺陷的分布头部最严重，从头至尾，密集度逐渐减少。缺陷严重时，只有尾部1-2米区域可合格，缺陷对底波影响在38dB左右，严重时达20dB。,从缺陷的波形反射和对底波的影响特性可判定为212mm的分层、夹杂和偏析。缺陷的平面分布如图5所示。图5（a）为常见的头部密集缺陷形式，图5（a）为少见的几乎整张或半张钢板密集缺陷区。,图5(a)头部密集缺陷形状,图5(b)几乎整张钢板密集缺陷形状,帽口,帽口,3.2钢锭成材钢板探伤缺陷成因分析针对造成探伤不合格的主要缺陷，在图5所示探伤不合钢板上分别取缺陷样，作了热酸浸低倍检验，电解夹杂物分析和金相夹杂物评级，以及钢中气体分析、厚拉检验等。检验结果见表3和表4。,表3钢板低倍检验,表4钢中气体与夹杂物,并将检验结果与探伤结果、冶炼、浇注及加热、轧制各工序工艺参数相比较，综合分析得出如下结论：3.2.1钢中P、S、气体及夹杂物含量并不高，疏松是钢锭成材厚板的主要缺陷，浇注速度、浇注过热度，钢锭帽口保温补缩，钢中气体含量（浇注过程中的吸气）等都对疏松的形成有重要影响。3.2.2尽量降低钢中夹杂物数量并使其变性球化，是消除或减轻点状密集缺陷的必要条件。3.2.3优化加热和轧制工艺，可减轻疏松缺陷。3.2.4因钢锭凝固过程的特殊性，钢锭中的夹杂物气体在凝固过程中会聚集到头部区域，而在连铸坯中则弥散分布。因此，钢锭成材板的钢水纯净度比连铸坯成材的要求更高，才能满足相关探伤标准。同时，从超声波对晶粒反射的特性也可看到，钢锭中部至尾部的钢质比较致密和均匀。,3.3连铸坯成材中厚钢板探伤缺陷种类及成因舞钢用210mm和250mm厚的连铸坯，生产钢板的厚度范围是860mm，通常采用的探伤条件如表5所示。表5连铸坯成材钢板的探伤条件仪器CTS-23探头TR探头，5P10*20FG10和5P10*20FG20耦合剂水灵敏度B1=100%+6dB或5平底孔反射波高80%3.3.1钢板双边区域的长条状分层缺陷,此类缺陷的反射波为典型的分层缺陷波，反射波高达100%，底波下降820dB，缺陷宽度在510mm之间变动，长度201000mm不等。此缺陷形成的机理为：因连铸坯工艺参数异常，连铸坯的冷却三角区由于存在三个方向产生柱状晶的搭桥现象，柱状晶过度发达，以至造成明显的柱状晶穿晶现象，并伴随偏析物的较多聚集，使带有沉淀物的偏析带经轧制后，成为条状分层、夹杂缺陷。此类缺陷约占不合格品的10%左右，此类缺陷在钢板中的分布如图6所示。,图6(a)双边区域长条状分层缺陷,图6(b)连铸坯和板宽方向剖面图,三角区,3.3.2钢板中部区域的点状密集缺陷此类缺陷按其在钢板平面上分布形状又可分三类，如图7、图8、图9所示。,图7(a)分片严重的钢板中部区域的点状密集缺陷,图7(b)铸坯平面图,图7(c)铸坯宽方向剖面图,图8(a)钢板整个中部区域的点状密集缺陷,图8(b)铸坯平面图,图8(c)铸坯宽度方向剖面图,图9(a)钢板全板面区域的点状密集缺陷,图9(b)板宽方向剖面图,1/3板厚,其中，图7、图8类缺陷占连铸坯成材钢板探伤不合格品的60%，为典型的点状、长条状密集分层夹杂缺陷，以分层类缺陷为主。钢板中图7、图8类缺陷是由连铸坯中心裂纹引发的，中心裂纹是钢液厚度在6mm以下的凝固前沿封入的钢液凝固时产生的疏松、偏析。造成连铸坯中心裂纹的主要原因是，铸速在“危险铸速范围”，连铸机导辊偏心不对称，导辊的磨损超标等，造成在矫直点附近的导辊发生了钢液的封入，凝固后形成严重的疏松、偏析，经轧制后又扩展为点状密集型分层缺陷。,图9类缺陷占连铸坯成材钢板探伤不合格品的30%，为典型的点状夹杂、偏析。此类缺陷从探伤图形分析为夹杂、偏析，形成原因主要是：铸坯过程中钢液被二次氧化、钢液卷渣，或钢液在精炼真空脱气工序中夹杂物去除不净。3.4针对钢锭、连铸坯成材钢板超声检验发现的各种类型缺陷，研究并分析不同种类缺陷的超声反射量化特点，并结合缺陷在钢板、坯的平面和纵剖面分布特点，结合冶炼、模铸、连铸工艺，综合分析缺陷的形成机理，可以形成一个中厚钢板内部质量控制、检验闭环控制链。,4.压缩比对中厚钢板探伤合格率的影响4.1压缩比对钢锭、连铸坯成材中厚钢板探伤合格率的影响以28t钢锭成材和以210mm连铸坯成材中厚钢板为例，压缩比对中厚钢板探伤合格率的影响见图10和11。,合格率%,板厚mm,图10压缩比对钢锭成材中厚钢板探伤合格率的影响,100,90,80,70,60,50,406080100120140160180200250300400,201410.58765.24.643.42.82.1,合格率%,板厚mm,图11压缩比对210mm厚连铸坯成材钢板探伤合格率的影响,50,60,70,80,90,100,102030405060,2110.58.57.05.24.23.5,4.2压缩比对中厚钢板探伤合格率影响分析4.2.1在冶炼浇注工艺条件正常，即生产的钢锭和连铸坯内部质量处在同一指标，采用不同压缩比轧制不同规格的中厚板，探伤又执行同一判定标准时，钢锭成材、连铸坯成材钢板探伤合格率呈现出类似马鞍形曲线的变化规律。也就是说，用28t钢锭（840mm厚）轧制大于200mm的特厚板和小于100mm的厚板时，探伤合格率较高；轧制中间厚度100200mm的厚板时，探伤合格率较低；尤其在轧制厚度100200mm、宽度又大于2800mm的厚板时，探伤合格率更低，此时对应的不同压缩比为48。当用100200mm的探伤不合格钢锭成材钢板，改轧厚度40mm的钢板，探伤合格率可达99%以上。用210mm厚连铸坯轧制厚度60mm的钢板，在3040mm厚度规格范围内探伤合格率较低，此时对应的压缩比为5.27.0。,4.2.2探伤合格率呈现出马鞍形曲线的解释实物解剖表明，存在于钢锭、钢坯中的正常状态的疏松、夹杂、偏析等组织缺陷，其原始颗粒均小于1.5mm，超声波探伤对缺陷的检测能力为2.0mm；当缺陷5.0mm时，就要依据探伤标准对缺陷的数量和单个缺陷的大小进行判定。钢锭的压缩比达到48，钢坯的压缩比达到57时，钢锭、钢坯中的原始缺陷随着钢板的展宽伸长而扩大。但是在这样的压缩比时，缺陷又不能充分的闭合并焊合，其单个面积已扩展到210mm，正处在探伤标准的判定范围。当压缩比小于45时，缺陷虽被轧制闭合，但是其个体扩展有限，均2mm，探伤标准允许其存在。当压缩比大于78后，缺陷经充分压缩闭合、焊合而消失。,因此，当采用多种锭型、多种厚度的连铸坯轧板时，设计合适的压缩比，尽量少用48和57的压缩比；或者在采用这一压缩比时，确保钢锭、钢坯的内在质量达到更好的水平，才能保证正常的探伤合格率。,5结论5.1钢锭成材钢板探伤不合格的主要原因是：钢锭中的疏松、偏析缺陷。5.2连铸坯成材钢板探伤不合格的主要原因是：铸坯三角区柱状晶发达，引发穿晶双边长条链状分层缺陷；连铸机导辊偏心不对称，导辊的磨损超标，铸速在“危险铸速范围”，造成在矫直点附近的导辊发生了凝固前沿钢液封入，凝固后形成严