厚鋼板超聲波探傷缺陷成因及控制

1、302007年10月第13卷第5期寬厚板WIDEANDHEAVYPLATEVol.13.No.5October2007技術(shù)討論厚鋼板超聲波探傷缺陷成因及控制夏保衛(wèi)趙向政張杰(舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司)摘要本文介紹了錠一材鋼板超聲波探傷缺陷類型,通過(guò)低倍檢查和能譜分析,確認(rèn)缺陷部位的夾雜物種類,指出缺陷產(chǎn)生的原因,提出相應(yīng)的控制措施。關(guān)鍵詞超聲波探傷缺陷夾雜物控制措施CausesandControlMeasuresoficDefectsonXiaJieCo.Ltd)defecttypeofheavyplaterolledfromingotispresented.Inclusiontypesatthe

2、de2fectsarebymacrographicexaminationandenergyspectrumanalysis.Causesofdetectsarepointedout.Corre2spondingcontrolmeasuresareraised.KeywordsUltrasonicflawdetection,Defectinclusion,Controlmeasures1前言等,本文討論的鋼板厚度為120200mm,探傷級(jí)別要求為EN10160:1999中的S1E1,鋼種為EN10025標(biāo)準(zhǔn)中的S355JO。用直探頭檢驗(yàn)扁平舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司是以生產(chǎn)寬厚鋼板為主的特鋼企業(yè),擁有

3、軋制壓力42000kN的4200mm寬厚板軋機(jī),“特厚、特寬”是其產(chǎn)品特色。供產(chǎn)品的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表1、2。探傷標(biāo)準(zhǔn)尤其強(qiáng)調(diào)了鋼板邊緣部位的超聲波探傷要求,對(duì)于通常采用電爐LF精煉VD真空處理模鑄軋鋼探傷檢查入庫(kù)工藝生產(chǎn)的鋼板,根據(jù)鋼板的超聲波探傷情況,常見超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)缺陷類型可以描繪為:2.1點(diǎn)狀密集缺陷軋機(jī)作原料用的扁鋼錠單重為1135t,鋼板最大軋制厚度可以達(dá)到400mm以上。因受鋼錠凝固結(jié)晶的特點(diǎn)及錠材壓縮比的限制,鋼板厚度與超聲波探傷等級(jí)之間存在一定的關(guān)系。通常國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)100mm厚度以下鋼板的超聲波探傷等級(jí)要求有明確規(guī)定。而對(duì)于超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的部分,必須通過(guò)大量鋼板的實(shí)際探傷結(jié)果,總結(jié)

4、出鋼板的實(shí)際探傷等級(jí),滿足用戶的訂貨要求。通過(guò)對(duì)缺陷部位取樣做低倍檢驗(yàn)和能譜分析,對(duì)形成缺陷的原因進(jìn)行判斷,制定相應(yīng)的控制措施,優(yōu)化工藝,是提高鋼板探傷等級(jí)和合格率的重要手段。2鋼板探傷缺陷類型的劃分整張鋼板從頭至尾或從頭至板長(zhǎng)1/2以上都為點(diǎn)狀密集缺陷,連續(xù)不斷,缺陷波高多在30%80%之間,缺陷為單層或多層,缺陷深度約位于板厚1/2處,對(duì)底波影響28dB。2.2尾部分層或面積缺陷鋼板尾部部分區(qū)域(板長(zhǎng)的1/41/6)有一處或多處分層或面積缺陷,缺陷波在80%以上,缺陷對(duì)底波影響多數(shù)為46dB,少數(shù)達(dá)1018dB。目前訂貨合同中常用鋼板超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)有:Sel07277、GB/T473020

5、05、EN10160:1999第5期夏保衛(wèi)等:厚鋼板超聲波探傷缺陷成因及控制表1直探頭檢驗(yàn)扁平產(chǎn)品的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)31等級(jí)S0S1S2S3不可接受的單個(gè)不連續(xù)(缺陷)S>5000mm2S>1000mm2可接受的群集不連續(xù)(缺陷)考慮的尺寸(數(shù)值)1000mm2<S5000mm2100mm2<S1000mm2N2(811mm之間)N3(58mm之間)不允許超過(guò)的最大數(shù)量在最密集處的1m×1m見方的區(qū)域內(nèi):20在最密集處的1m×1m見方的區(qū)域內(nèi):15在最密集處的1m×1m見方的區(qū)域內(nèi):10在最密集處的1m×1m見方的區(qū)域內(nèi):10波高大于11

6、mm平底孔特性曲線的不連續(xù)(缺陷)波高大于8mm平底孔特性曲線的不連續(xù)(缺陷)表2檢驗(yàn)扁平產(chǎn)品邊緣區(qū)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)允許的單個(gè)不連續(xù)(缺陷)尺寸Lmax/mmE0E1E21005020Smax/mm22000100010050考慮的最小不連續(xù)(缺陷)尺寸Lmin/mm501510每1m長(zhǎng)度內(nèi)小于最大面積SmaxLm(654323缺陷部位的低倍和能譜分析的拉伸,在斷口部位做低倍和電子圖像。對(duì)鋼錠帽口線下點(diǎn)狀密集缺陷做低倍檢驗(yàn)和能譜分析見圖1及表3。為準(zhǔn)確地了解缺陷部位的情況,對(duì)缺陷部位經(jīng)超聲波探傷確認(rèn)位置后,取樣加工,做厚度方向圖1點(diǎn)狀密集缺陷的低倍檢驗(yàn)和電子圖像表3點(diǎn)狀密集缺陷的能譜分析元素Si

7、KMnKFeK由圖1(a)和表3可以看出,點(diǎn)狀密集缺陷部位的中心疏松比較嚴(yán)重,與此相伴的夾雜物并沒有明顯增加。對(duì)整板點(diǎn)狀密集缺陷區(qū)做低倍檢驗(yàn)(圖2),可心看出:被檢驗(yàn)試樣上夾雜物分布彌散,而且能譜檢驗(yàn)成分相似,O、Al分別占40%和23%左右,重量百分比0.552.9896.47100.00原子百分比1.083.0195.90總量32寬厚板提高。第13卷應(yīng)該是鋼錠中大顆粒夾雜物在軋制時(shí)被破碎而成,這種情況的出現(xiàn),容易造成探傷不合格。整爐鋼液的潔凈度出現(xiàn)了問(wèn)題,很容易造成同爐鋼水多支鋼錠出現(xiàn)同類情況,影響鋼板探傷合格率的根據(jù)鋼錠尾部探傷缺陷的低倍檢驗(yàn)匯總情況,可以將其分為錠材尾部分層缺陷和錠材尾

8、部裂紋缺陷兩類。2圖3分層缺陷的低倍檢驗(yàn)及電子圖像第一類為錠材鋼板尾部分層缺陷(圖3和表4)。由圖2和圖3(b)可以看出,該試樣低倍檢驗(yàn)的分層缺陷非常明顯,缺陷部位的能譜反映出Si元素占主導(dǎo)地位,占到了總量的45%50%。表4可以看出,在缺陷部位分布的主要元素以O(shè)、Al為主,主要是三氧化二鋁或鋁酸鈣。表4點(diǎn)狀密集缺陷的能譜分析重量百分比顯示的所有結(jié)果譜圖譜圖1譜圖2譜圖3最大最小O44.9938.7539.0444.9938.75Mg1.510.771.061.510.77Al37.4031.9434.5137.4031.94Ca3.633.361.423.631.420.680.00Ti0.

9、680.50Fe11.7924.6823.9724.6811.79總的100.00100.00100.00第二類為錠材鋼板尾部裂紋缺陷(圖4和表5)。由圖3(b)和表5可以看出,一些試樣局第5期夏保衛(wèi)等:厚鋼板超聲波探傷缺陷成因及控制33部有較為粗大的裂紋存在(寬度大于100m,總長(zhǎng)有數(shù)毫米),這些裂紋源很可能在柱狀晶晶間,如果加熱制度控制不合適,會(huì)在軋制過(guò)程中加重這些現(xiàn)象。圖4表5裂紋缺陷的能譜分析元素SiKMnKFeK1/41/6。另外,大鋼錠底部還有球型等軸晶區(qū),化學(xué)成分純凈,是由“結(jié)晶雨”沉淀于底部所致。4.2鎮(zhèn)靜鋼鋼錠凝固結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理及與探傷重量百分比0.7711100.00139

10、6.35100.00總量缺陷的關(guān)系成分過(guò)冷理論較好地解釋了鎮(zhèn)靜鋼鋼錠凝固結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。即在鋼錠凝固過(guò)程中,隨著柱狀晶的不斷生長(zhǎng),凝固層變厚,散熱強(qiáng)度逐漸減小,兩相區(qū)寬度不斷擴(kuò)大。由于結(jié)晶速度減慢,雜質(zhì)不斷向凝固前沿濃集,于是凝固前沿的固液兩相區(qū)形成了一個(gè)雜質(zhì)濃集區(qū),使該區(qū)的液相熔點(diǎn)降低,過(guò)冷度減小。但在濃集區(qū)前面的區(qū)域,雜質(zhì)含量偏低,液相的熔點(diǎn)高于實(shí)際溫度,從而出現(xiàn)了成分過(guò)冷區(qū),結(jié)晶首先在這里進(jìn)行。由于V型偏析存在于錠心粗大等軸晶區(qū),其縱向范圍從錠高1/3(從底部算起)至保溫帽。它是最后凝固鋼液所形成的硫、磷、碳等的正偏析,在鋼板斷面上表現(xiàn)為中心偏析,通常與中心疏松伴生。對(duì)應(yīng)于鋼板的探傷情況

11、,通常表現(xiàn)為點(diǎn)狀密集缺陷。而在鋼錠尾部,最先進(jìn)入錠模的鋼液由于模壁吸熱較快,迅速形成粘稠層,鋼水快速凝固,鋼液中的夾雜物(多為外來(lái)夾雜物)來(lái)不及上浮而被凝固殼的樹枝晶捕獲,成為大型夾雜物。在鋼水過(guò)熱度較低時(shí),補(bǔ)縮不好,易形成小縮孔,軋制4鋼錠的組織結(jié)構(gòu)與缺陷部位的關(guān)系根據(jù)對(duì)錠材鋼板超聲波探傷不合的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),點(diǎn)狀密集缺陷約占探傷不合缺陷總量的80%左右,其余為尾部分層或面積缺陷,這與鋼錠的凝固結(jié)構(gòu)和機(jī)理有著密切關(guān)系。4.1鎮(zhèn)靜鋼鋼錠的凝固結(jié)構(gòu)一般來(lái)說(shuō),鎮(zhèn)靜鋼鋼錠的凝固結(jié)構(gòu)具有3個(gè)性質(zhì)、晶體形態(tài)不同的區(qū)域。1)激冷區(qū):鋼錠表面細(xì)晶粒區(qū),它是由無(wú)規(guī)則排列的細(xì)小等軸晶粒形成的。2)柱狀晶區(qū):是由垂直于

12、鋼錠模壁、彼此平行的柱狀晶所組成的。3)中心等軸晶區(qū):處于鋼錠的中心區(qū)域,由等軸晶粒組成。晶粒尺寸比激冷區(qū)的大得多。這3個(gè)主要區(qū)域的大小隨凝固條件的不同而變化。通常,激冷區(qū)較薄,只有幾到十幾毫米。其厚度決定于鋼錠模的冷卻能力和鋼的導(dǎo)熱性等,同時(shí)這一區(qū)域的化學(xué)成分相當(dāng)于液相成分,其余兩個(gè)區(qū)域較厚,在不同的凝固條件下,柱狀晶區(qū)和34寬厚板第13卷后表現(xiàn)為分層缺陷。而對(duì)于鋼錠尾部軋板后內(nèi)部出現(xiàn)的裂紋,尚不清楚其產(chǎn)生的機(jī)理。5減少錠材鋼板超聲波探傷缺陷的措施精煉過(guò)程產(chǎn)生的非金屬夾雜物有充分的上浮時(shí)間。5.4確保真空過(guò)程鋼包吹氬良好,使真空過(guò)程的對(duì)于帽口線下點(diǎn)狀密集缺陷,鋼水自身潔凈度是關(guān)鍵,同時(shí)要做好

13、鋼錠帽口部位的保溫,使凝固過(guò)程的補(bǔ)縮得以充分進(jìn)行。根據(jù)鋼板探傷的異常情況和現(xiàn)場(chǎng)工藝調(diào)查,鋼錠本身存在缺陷的主要原因?yàn)?1)電爐出鋼時(shí)鋼水過(guò)氧化程度嚴(yán)重,精煉過(guò)氬氣流量控制為400L/min、壓力為0.6MPa左右,確保鋼水循環(huán)次數(shù)。5.5對(duì)于全新包和新渣線鋼包,將澆鑄溫度過(guò)熱度控制在5060,避免鋼水澆鑄過(guò)熱度偏高,偏析加劇。5.6為了防止真空過(guò)程頂渣卷入鋼液,要求在真程為了保持白渣,大量加入硅鐵粉,導(dǎo)致爐渣中CaO含量偏低,SiO2含量偏高,造成爐渣堿度偏空破壞前10min,將真空氬氣調(diào)整至渣面脈動(dòng)即可,給鋼渣分離創(chuàng)造條件,。低,影響了爐渣對(duì)夾雜物的吸附。2)真空過(guò)程鋼包吹氬不良或氬氣帶漏氣

14、,成真空過(guò)程吹氬攪拌弱,碰撞、聚集、長(zhǎng)大、,在冶煉過(guò)程中,為減少非金屬夾雜物含量,主要采取以下措施:5.1確保電爐的入爐鋼鐵料的配碳量,減少過(guò)氧l23,要求真空前加入23,以生成低熔點(diǎn)的鋁酸鹽產(chǎn)物,使其呈液體狀態(tài)而排除,或以球狀存在于鋼中,減少簇狀A(yù)l2O3夾雜。對(duì)于鋼錠尾部面積缺陷,澆鑄系統(tǒng)潔凈度是關(guān)鍵,同時(shí)要保證鋼水澆鑄時(shí)過(guò)熱度在50以上,使凝固過(guò)程的補(bǔ)縮得到充分進(jìn)行。6結(jié)語(yǔ)化的發(fā)生隨著電爐冶煉節(jié)奏的加快,噸鋼氧氣消耗已經(jīng)由20世紀(jì)末的1530m/t鋼增加到目前的40m/t鋼,要求配碳量由0.70%左右增加到1.20%左右,有利于氧化階段促進(jìn)夾雜物上浮,同33通過(guò)控制鋼水中氧含量和精煉周期,促進(jìn)夾雜物去除,帽口線下點(diǎn)密缺陷顯著減少;在強(qiáng)化澆鑄系統(tǒng)的清潔后,鋼錠尾部的內(nèi)在缺陷也得到了控制,錠材S