中板探伤缺陷的分析与研究

2010-08-25 00:38吴巍翟俊谭清元于桂玲周远华王鑫熊银成宋晓菊
河南冶金 2010年4期
关键词:中板贝氏体中心线

吴巍 翟俊 谭清元 于桂玲 周远华 王鑫 熊银成 宋晓菊

(1.钢铁研究总院;2.重庆钢铁股份有限公司)

中板探伤缺陷的分析与研究

吴巍1翟俊1谭清元1于桂玲1周远华2王鑫2熊银成2宋晓菊2

(1.钢铁研究总院;2.重庆钢铁股份有限公司)

利用金相检验、扫描电镜和断口分析的方法,对探伤不合格的中板进行分析,发现了M nS夹杂物、中心线裂纹和气泡,分析证明,这些缺陷是影响中板探伤不合格的因素。检验还发现中板中心存在异常组织,这使钢的脆性增加,轧制时这些缺陷得以扩展。

中板探伤 裂纹 气泡 夹杂物

0 前言

生产高等级容器板、桥梁板等中板,需要经过探伤检验合格才能交货,而生产中探伤合格率往往波动很大,据数据统计结果,与钢种及冶炼、铸坯厚度、轧制工艺等因素具有相关性,但又呈现不确定性,使生产难以把握,为此,需要研究影响探伤不合格的缺陷是什么,其产生的根源在哪,研究结果可以为生产提供科学指导和为改进措施提供依据。

1 中板生产条件及取样方法

中板生产条件为铁水包喷粉脱硫 -80 t转炉冶炼 -80 t LF精炼 -1400mm×240mm板坯连铸 -中板轧制(规格:18mm~30mm×2000mm×9500mm~11450mm),钢种为Q370qE,其化学成分要求见表1。

C Si M n P S Nb0.11~0.17 0.20~0.50 1.20~1.60 ≤0.020 ≤0.010 0.020~0.040

课题试验时从冶炼至轧钢系统记录工艺参数和过程取样,本课题的内容之一,只对探伤钢板做实验室研究,首先对探伤不合格的中板试样,在实验室再做一次超声波探伤检验,以确定缺陷的位置和缺陷波的波形。然后在探伤缺陷的位置取实验室检验试样,试样沿钢板横断面切取 (尺寸为25mm×15mm),共计4块试样,标号为2#~5#。

2 实验及结果

2.1 中板探伤

采用 CUD-2080数字超声波探伤仪对所取钢板样进行探伤,典型的探伤不合波形如图1所示。

图1 中板探伤典型缺陷图

由图1可以看出,中间波为缺陷波,左边波为表面波,右边波为底波,缺陷波尖锐、陡峭,当探头平行移动时,缺陷波形会发生变化;当探头移动距离较大时,缺陷波会逐渐减幅直至消失;单转动探头时缺陷波会迅速降低,甚至消失,缺陷波位置是在表面波和底波的正中间,说明缺陷在中板厚度方向的1/2处。

2.2 金相检验

试样经抛光后在光学显微镜下观察,发现2#试样有夹杂物,对夹杂物做探针分析,结果如图2所示。

图2 2#试样的夹杂物形貌和能谱分析图

由图2可以看出,夹杂物为弥散点状分布,探针分析结果是M nS,其直径在10μm以下。因此探伤时单个夹杂不会产生异常波形,但大量的M nS夹杂物叠加存在,会使超声波衰减,探伤时呈现底波降低,由此造成钢板探伤不合格。观察3#试样发现有中心线裂纹,其长度约6mm左右,裂纹很细,裂纹在电镜下的照片如图3所示。对裂纹处做能普分析(如图4所示),其中心M n含量为2.5%,说明在中心处有M n的偏析存在。

图3 3#试样裂纹形貌

图4 3#试样裂纹处的能谱分析结果

试样打磨抛光后,用4%硝酸酒精溶液腐蚀,4块试样钢的金相组织检验结果如图5所示。

图5 试样金相组织照片

从金相组织来看,中板中心组织由马氏体 +贝氏体 +珠光体 +铁素体组成,其中3#试样 (如图5 (a))中心线裂纹处为马氏体,马氏体周围有少量的贝氏体存在,中心马氏体和贝氏体的存在增加了钢的脆性,使钢中因夹杂物、缩孔和气泡产生裂纹变得容易,也使中板在轧制时裂纹更容易扩展,最后成为影响探伤合格率的缺陷。

2.3 断口形貌检验

将4块试样用4%硝酸酒精溶液腐蚀后,在中板中心能够看到一条清晰的疏松、偏析线,沿这条中心线向下劈开,即将钢板在厚度方向上分成两半,为做到这一点,先将试样沿中心线开一V型槽(如图6所示),然后用挤压方式将钢板掰开,在扫描电镜下观察断口形貌 (仅以3#试样为例)。图7为3#试样掰开后的断口宏观形貌,断口面用黑线圈出的部分即是中心线裂纹处,试样在断裂时是沿中心线裂纹断开的。

图6 试样加工示意图

图7 3#试样断口宏观形貌

图8(a)为裂纹的内部形貌,从断裂面来看,裂纹内部较平滑,边缘有明显的分界线且比较圆滑,说明此界面在断裂前就已经存在了,并且在轧制时并没有向周围基体成脆性开裂,只是自身随基体一起沿轧制方向扩展,所以边缘仍是圆滑的,由此推断原始裂纹有两种可能性,一是铸坯中心分层引起的;二是气泡引起的。从裂纹内部较平滑的表面来看,气泡引起的可能性大,其机理是钢中气泡随轧制一起延伸,边缘扩大,在中板中心形成片状分层,在钢的基体上形成分界面,探伤时造成反射波,成为探伤缺陷之一。中断裂面其它部分,开裂时呈脆性断裂,表面凹凸不平,是基体断裂面。图8(b)为3#试样裂纹内表面放大2000倍的组织形貌,未发现其它异常。

图8 3#试样裂纹内部和内表面断口形貌

3 分析与讨论

Q370qE钢的组织正常情况下为铁素体和珠光体。但由于中板中心线附近存在 C和M n的偏析,钢的显微组织发生了变化,有研究提出[1],压缩比超过50%条件下未进行再结晶的奥氏体区的 A r3温度表达式为:A r3(℃)=910-310C-80M n+0.35 (t-8),其中 t为钢板厚度(mm),C和M n分别表示C、M n元素的百分含量。上式说明:钢中C和M n含量的增加降低了奥氏体向铁素体的转变温度(A r3)。扩大了奥氏体区域,其结果是即加速了贝氏体或马氏体的转变,又增加了贝氏体或马氏体的比例。还由于贝氏体、马氏体的强度显著高于铁素体,但塑性降低,容易在变形过程中出现裂纹,在两相交界处铁素体区的变形受阻,更容易产生应力集中并引起裂纹。从本研究的金相组织来看 (如图5 (a)),中心线裂纹处确实存在马氏体,马氏体周围还有少量的贝氏体存在。

钢中存在的M nS等夹杂物,破坏了钢组织的连续性,夹杂物的尖端产生应力集中引起开裂,成为钢中裂纹源,显微裂纹的进一步扩展便形成了影响探伤合格率的缺陷。

4 结论

1)钢中发现弥散点状夹杂物,探针分析结果是MnS,其直径在10μm以下,探伤时单个夹杂不会产生异常波形,但大量的MnS夹杂物叠加存在,会使超声波衰减,探伤时呈现底波降低,由此造成钢板探伤不合格。

2)钢中存在的M nS等夹杂物,破坏了钢组织的连续性,夹杂物的尖端产生应力集中引起开裂,成为钢中裂纹源,显微裂纹的进一步扩展便形成了影响探伤合格率的缺陷。

3)中板中心组织由马氏体 +贝氏体 +珠光体+铁素体组成,由于贝氏体、马氏体的强度显著高于铁素体,但塑性降低,容易在变形过程中出现裂纹,在两相交界处铁素体区的变形受阻,更容易产生应力集中并引起裂纹。中板在轧制时裂纹更容易扩展,最后成为影响探伤合格率的缺陷;

4)沿钢板中心线劈开,发现裂纹内部较平滑,边缘有明显的分界线,并且在轧制时没有向周围基体成脆性开裂,只是自身随基体一起沿轧制方向扩展,由此推断这类裂纹可能是气泡引起的。

[1]M ajka T F,M.D.K.,Krauss G,Development ofmicrostructural Banding in Low-A lloy Steelw ith Simulatedmn Segregationmetallurgical andmaterials Transactions A,2002,33A(6):1627-1637.

ANALYSIS AND STUDY ONM ED IUM PLATE DEFECT ION BY FLAW DETECT ION

W u wei1Zhai Jun1Tan Q ing Yuan1Yu Guiling1Zhou Yuanhua2W ang X in2Xong Yincheng2Song X iao ju2(1.Central Iron&Steel Institute;2.ChongQ ing Iron&Steel Co.L td)

metallographic exam ination,SEM and fracture analysiswere used to analyze the unqualifiedmedium p late by flaw detection.The results showed thatM nS inclusion,crack in center line and bubb le were the factors to cause the unqualifiedmed ium p late.M eanwhile,abno rm al structu re in the cen ter ofmed ium p late was detected and it increased the brittleness of steel and extended the defection range during ro lling p rocess.

flaw detection ofm edium p late crack bubb le inc lusion

2010—1—8

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