Q355B钢板无损检测缺陷性质分析

毛宽亮，陈远博，王博，宋亚虎，郭亚森，牛铭越

中信重工机械股份有限公司 河南洛阳 471039

1 序言

Q355B钢是一种中等强度、高韧性的低合金结构钢，具有良好的低温塑性和易焊接等综合性能，广泛应用于矿山、建筑、桥梁、车辆、船舶及压力容器等行业生产中[1]。

某公司采购的厚度为90mm的Q355B钢板在进行超声波检测时，发现密集性线性缺陷，在缺陷位置取样，并对钢板进行缺陷分析，所取试块如图1所示。

2 理化分析

2.1 着色检测

如图1所示，红色方框位置沿试块厚度方向切取试样1、试样2进行分析，试样1、试样2经磨制后进行着色检测，发现在试片的厚度中心部位存在多处线性开口缺陷，具有发纹特征，长度为1～6mm，如图2、图3所示。

图2 试样1无损检测缺陷形貌及局部放大

图3 试样2无损检测缺陷形貌及局部放大

2.2 宏观断口分析

在图2中的a、b位置取断口试样，并在试样背面垂直于厚度方向开槽压断口，切开后的宏观断口形貌如图4所示，断口面局部存在银灰色椭圆形及条形斑点，疑似白点缺陷，在该缺陷处取样进行扫描电镜分析。正常基体的断口形貌为结晶状。

图4 宏观断口形貌

2.3 微观断口分析

将图4中的断口试样置于扫描电镜下进行微观断口分析，缺陷位置的形貌在电镜下具有碎条状特征，并伴有二次裂纹，该形貌为典型的白点微观形貌。基体的断裂形貌为韧窝加准解理特征，如图5～图10所示。

图5 位置a试样缺陷形貌（19×）

图6 位置b试样缺陷形貌（19×）

图7 位置a试样缺陷处碎条状形貌（1000×）

图8 位置a位置碎条状形貌（1500×）

图9 位置b试样缺陷处碎条状形貌（1500×）

图10 正常基体形貌（1000×）

2.4 金相分析

在线性缺陷c处取样进行金相分析，试样在磨制、抛光后，经4%硝酸酒精溶液腐蚀，在金相显微镜下进行观察，发现线性缺陷为裂纹，呈锯齿状且穿晶扩展，主要分布在珠光体偏析带上，基体组织为铁素体+珠光体，如图11、图12所示。

图11 裂纹形貌及组织（200×）

图12 裂纹形貌及组织（500×）

3 分析与讨论

通过着色检测可知，该钢板上存在着线性开口缺陷，在其纵向断口上存在银灰色斑点。通过扫描电镜进一步分析可知，缺陷位置的形貌具有碎条状特征，并伴有二次裂纹，该形貌为典型的白点微观形貌。金相分析表明，裂纹呈锯齿状且穿晶扩展，为低温下的应力开裂，主要分布在偏析带上。综合以上分析得出，该钢板的缺陷性质为白点。

白点在钢件内存在较大内应力，且在氢含量相对较高的情况下才会产生。氢在钢中的溶解度随着温度的降低而减小，钢坯浇注完成后，随着钢坯温度的降低，氢在钢中溶解度减小。当冷却速度加快时，柱状晶内的氢来不及扩散至大气中，会聚积在钢的显微孔隙中并结合成分子态，使其扩散更加困难，从而形成了巨大的局部压力。当该压力达到钢的破断强度时，便会在钢内发生开裂，即产生白点缺陷[2]。白点主要出现在大型锻件及截面较大的轧制钢材中[3]，大部分情况下分布在轧材或锻件的近中心或距表面一定深度处。在钢件的纵向断口上呈圆形、椭圆形、鸭嘴形的银色斑点，在经过磨削的横向试片上则表现为细长的发裂[4]。对于热轧钢板来说，在连铸过程中，连铸坯的柱状晶向心部均匀发展，使连铸坯中心最后凝固的钢液富含溶质元素C、S、P、Mn等[5，6]，在这些区域会形成较多夹杂物、疏松及缩孔缺陷，这对氢有强烈的吸附作用，这些孔隙为氢的富集提供了条件，以及心部珠光体组织提供了组织应力，并降低了形成白点缺陷的临界值，因此白点大都分布于钢板的厚度中心位置。

4 结论及建议

该钢板超声波检测缺陷性质为白点，因此建议采取以下改进措施。

1）在冶炼过程中，严格控制氢含量，采用VD或RH真空脱氢处理，使钢液中wH降至1.5×10-6（1.5ppm）以下，降低了S、P等有害元素的含量。

2）严格控制原材料及辅料水分。

3）延长热坯堆放时间及钢板缓冷时间，使氢充分地向外扩散，降低钢板基体的氢含量[1，7]。