调质高强钢探伤不合原因分析

发布时间：2020-04-23所属分类：建筑师职称论文浏览：1次

摘 要： 摘要针对离线调质工艺生产的高强钢探伤不合问题，通过对缺陷反射波波形图解读，借助金相、扫描电镜和能谱分析，认为钢板中MnS夹杂在热处理时的体积变化和组织应力作用下形成的微裂纹、超长B类夹杂物是造成探伤不合的主要原因。 关键词探伤波形图微裂纹B类夹

　　摘要针对离线调质工艺生产的高强钢探伤不合问题，通过对缺陷反射波波形图解读，借助金相、扫描电镜和能谱分析，认为钢板中MnS夹杂在热处理时的体积变化和组织应力作用下形成的微裂纹、超长B类夹杂物是造成探伤不合的主要原因。

　　关键词探伤波形图微裂纹B类夹杂物

　　0前言

　　国内某中厚板生产线采用离线调质工艺生产的高强钢出现了批量探伤不合现象，探伤合格率只有70%。从缺陷位置来看，造成探伤不合的缺陷沿长度方向呈带状分布在钢板的两边，距边部约300mm处。统计分析发现，随着钢板厚度的增加，探伤合格率呈下降趋势，各规格调质高强钢探伤合格率情况见图l。

　　1工艺参数分析调质高强钢的生产工艺流程为：铁水预处理一转炉冶炼一CAS合金化一LF精炼一VD真空脱气处理一板坯连铸一铸坯缓冷一铸坯再加热一粗轧一精轧一精整一淬火一回火一探伤。

　　查阅工艺参数发现，在冶炼工序有3个炉次在精炼工序出现异常，1炉是在VD工序自动破空，保压时间仅为10rain，不能满足工艺要求;另外2炉次由于生产节奏紧张，在VD工序软吹时间偏低，为7min和4min，也不能满足工艺要求。铸坯在连铸时采用电磁搅拌，低倍检查结果良好，为中心偏析C类0.5级，中心疏松0.5级，无中心裂纹。在轧制工序，坯料加热时间为10min/cm，满足工艺要求，中间坯厚度控制在成品厚度的3倍，压缩比约为8%一16%。各规格高强钢的中间坯厚度及终轧温度见表1。

　　钢板进行离线调质，查看淬火记录发现受设备影响，出现了辊道运行速度突然提升，淬火用水压不稳等非工艺不稳定现象。

　　2试验和结果分析

　　2.1探伤不合波形分析

　　探伤不合的缺陷波异常，表现为没有明显的一次反波，但在二次及以后的反射波中出现了明显的反波，探伤不合的缺陷波见图2(a)，与典型的探伤不合波形图有明显差异。根据探伤理论：当钢板较薄且板中缺陷较小时，底波之前的缺陷波开始几次逐渐升高，然后再逐渐降低。这种现象是由于不同反射路径声波互相叠加造成的，因此形成叠加效应，如图2(b)所示。图2(b)中F1只有1条路径，F2比F1多3条路径，F3比Fl多5条路径。路径多，叠加能量多，缺陷回波高。但当路径进一步增加时，衰减也迅速增加，这时衰减的影响比叠加效应更大，因此缺陷波升高到一定程度后又逐渐降低…

　　通过对钢板探伤不合缺陷的波形图分析，认为造成探伤不合的原因是钢板中存在不连续的小缺陷。

　　2.2金相分析

　　为了查找造成探伤不合的小缺陷，对探伤合格与不合格的试样进行对比分析，发现探伤不合的试样中存在微裂纹，同时发现探伤不合格试样中有超长B类非金属夹杂物，最长达1.28mm，详细的探伤及夹杂物分析结果见表2。

　　用4%的硝酸酒精溶液对4个试样进行腐蚀，观察试样的金相组织，发现探伤不合试样的近表面组织和芯部组织存在明显差异，近表面为回火索氏体组织，芯部为贝氏体组织，而探伤合格的试样为均匀的回火索氏体组织;同时在探伤不合的试样芯部发现了轻微的带状组织，在带状组织附近没有发现裂纹。4组试样的金相照片(x200)如图3所示。

　　2.3扫描电镜和能谱分析

　　为了进一步分析试样中微裂纹的产生原因和试样中的超长B类夹杂物成分，进行了扫描电镜观察和能谱分析，扫描电镜下裂纹和B类夹杂物的形貌如图4所示。裂纹和B类夹杂物的能谱分析结果见表3和表4

　　3原因分析和讨论

　　3.1钢中MnS的影响

　　通过金相分析，发现试样中存在裂纹。采用扫描电镜对裂纹进行观察和能谱分析发现，裂纹位于MnS和基体之间，与MnS平行分布。根据轧制理论，在钢板轧制过程中，钢中存在的塑性夹杂物MnS在轧制力的作用下，被轧制成长条状分布于钢中。当钢板在热处理炉再加热时，因钢中的MnS夹杂物线膨胀系数明显大于钢基体的膨胀系数J，MnS的体积比钢基体的体积增长的快，从而对周围基体产生压应力，当压应力足够大时，MnS尖端产生微裂纹，同时MnS在快速冷却淬火时又以很大的速度收缩，与周围基体形成空隙，进一步扩大微裂纹尺寸。

　　3.2淬火效果的影响

　　在出现批量探伤不合后，通过对热处理工艺和设备状态进行检查发现，在生产此批调质高强钢时，出现了辊道运行速度突然提升，淬火用水压不稳等设备不稳定现象。在金相组织分析中发现，探伤不合试样近表面组织为回火索氏体组织，而芯部为贝氏体组织，说明探伤不合钢板受非工艺因素影响在淬火时未被淬透。钢板近表面和芯部明显的组织差异，使钢板内部形成组织应力，组织应力引起钢中裂纹源的扩展，最终形成裂纹。

　　3.3超长B类夹杂物的影响

　　试样中出现的超长B类夹杂物与精炼工序设备不稳定和不按工艺操作有关，当超声波遇到超长B类夹杂物，也会出现明显的反波，当其与附近的裂纹等小缺陷同时对超声波形成反波后，就会形成波的叠加。

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　　4结语

　　通过上述分析得知，在炼钢VD工序出现的设备自动破空和破空后的软吹时间不足，使得Ca处理后的超长铝酸钙夹杂物和钢中的MnS夹杂物不能充分上浮而被留在钢中，在探伤时通过轧制被延展的夹杂物形成反波;同时淬火机的不稳定性造成淬火后钢板近表面和芯部明显的组织差异，形成巨大的组织应力，开启了钢中的微裂纹形成裂纹。上述小缺陷的共同作用造成探伤时出现了波的叠加，最终造成探伤不合。