中厚板探伤不合因素分析及生产操作改进措施

1、2008.11.18 中厚板探伤不合因素分析中厚板探伤不合因素分析及生产操作改进措施及生产操作改进措施 姓名：张茂存姓名：张茂存 单位：第三炼钢厂单位：第三炼钢厂2008.11.18 目录目录1.济钢中厚板探伤钢板生产现状2.中厚板探伤不合的表现形式3.探伤不合钢板的缺陷分布4.探伤不合缺陷类型及波形图5.生产工艺各环节生产工艺各环节对钢板探伤不合的影响6.提升探伤合格率的主要工艺技术措施提升探伤合格率的主要工艺技术措施 2008.11.181. 济钢中厚板探伤钢板生产现状n 济钢生产的探伤板主要钢种有济钢生产的探伤板主要钢种有20R20R、16MnR16MnR、15MnNbR15MnNbR、

2、16MnDR16MnDR、Q345RQ345R、Q235RQ235R等锅炉压力容器用钢板及等锅炉压力容器用钢板及Q345BHQ345BHZ15/25)Z15/25)、Q345C(-Z15/25)Q345C(-Z15/25)、Q345DQ345D、Q345EQ345E等高强度结构用钢板等。保探伤的等高强度结构用钢板等。保探伤的最大厚度为最大厚度为80mm80mm。2008.11.181. 济钢中厚板探伤钢板生产现状n目前济钢钢板的超声波探伤工艺为人工探伤。在现阶段在没有特殊要求的情况下，均执行JB/T47302005或GB/T2970 -2004标准的相关规定。n济钢中厚板探伤钢板的产量月在13

3、00019000吨，占中厚板产量的1012%左右。2008.11.181. 济钢中厚板探伤钢板生产现状n从2007年元月份以来，随着厚板特厚板生产量的不断增加，济钢探伤板在总量中的比重大幅增加，随之而生的是相应出现了大量的探伤不合板。探伤不合部位主要集中在钢板的头部和边部，超声波探伤仪显示探伤缺陷位置几乎全部出现在厚度方向的中心。2008.11.182. 中厚板探伤不合的表现形式n一般而言，超声波探伤发现的缺陷在钢板上呈片状、点状、长条状等多种形式。从国内冶金同行业近年来的探伤结果统计看，钢板因大块面积型缺陷超标造成探伤不合的，仅占不合格量的56，94以上的探伤不合是因为点状密集型和长条型缺陷

4、超标所致。济钢超声波探伤发现的缺陷也根本上呈片状、点状、长条状等几种形式，其中主要是长条状和点状密集型缺陷。 2008.11.182. 中厚板探伤不合的表现形式n长条状或片状夹杂物为MnS，少量球状夹杂物为Fe、Mn、Ti等元素的多元化合物。对点状密集型缺陷部位进行电镜分析结果发现：所有点状缺陷与夹杂物有关，主要为氢气体在MnS夹杂物密集处聚集，原因在于钢液凝固过程中在柱状晶和等轴晶的交界处是夹杂物密集处，也是气体富集处，钢液冷却过程中和钢板轧制冷却降温过程中的H向夹杂物处扩散，形成气体富集区。 。 2008.11.183.探伤不合钢板的缺陷分布连铸坯钢板探伤缺陷的平面分布一般可分为6类：缺陷

5、偏钢板一头点状；缺陷位于钢板中间点状；缺陷位于钢板两头点状；缺陷遍布全板点状；缺陷位于两边长条状；缺陷遍布全板中间点状，两边长条型2008.11.183.探伤不合钢板的缺陷分布钢种探伤不合部位头尾，张整张角部边部累计Q345C(-Z15)23282 16MnR4118420 JG610E32653 Q345B(Z15)46114 D361221312 合计83304291246占全部不合的比例，33.7412.1917.0740.001002008.11.184.探伤不合缺陷类型及波形图2008.11.184.1分层探伤不合n分层平行与板面，有一定的面积，它破坏钢板的整体连续性，由于分层处声波

6、几乎能100反射，所以，分层的波形较单一。分层处无底波出现，只有屡次缺陷反射波。2008.11.184.1分层探伤不合波形图2008.11.184.2偏析、疏松探伤不合n偏析、疏松处碳、硫、磷及其它杂质含量高有硫化物或硅酸盐非金属夹杂物的存在。经轧制后，方形偏析可成为条状缺陷，点状偏析那么成为密集的点状缺陷。探伤中偏析缺陷面积较小，其长度一般有几厘米，深度不一，随着探伤灵敏度的提高，发现偏析缺陷的数量增加，偏析严重时，破坏了金属的连续性，影响钢板的力学性能 。2008.11.184.2偏析、疏松探伤不合波形图2008.11.184.3白点探伤不合 n白点的产生是由于钢中的氢含量较高，聚积在钢的

7、显微组织缺陷处，引起高的内应力，而形成穿晶断裂。白点对钢的危害性很大，由于应力集中，往往会造成钢板开裂，使用中严重失效。白点断口是呈现圆形或椭圆形的银白色斑点，斑点的内组织呈颗粒状，个别的呈鸭嘴形裂口。白点的尺寸变化较大，分布在钢板厚度的2/43/4中间区域内，数量不固定。白点的平面分布是：一般贯穿整块板中部，板面中心区较严重，往边部越来越少。由于白点在板中的深度不一，从钢板断面上看是交错存在的。 2008.11.184.3白点探伤不合波形图2008.11.184.4夹杂物探伤不合n非金属夹杂在钢的轧制过程中，沿轧制方向破碎，变成点状缺陷弥散在钢板中，其颗粒大小，弥散程度随钢板的变薄而变小、加

8、大。未被碾碎的，在钢中形成块状团状缺陷，非金属夹杂物破坏金属的连续性，对钢板的力学性能有极大影响。探伤中发现该缺陷的数量随探伤灵敏度的提高而增加。 2008.11.184.4夹杂物探伤不合波形图2008.11.185.生产工艺各环节生产工艺各环节对钢板探伤不合的影响2008.11.185.1精炼工艺对探伤合格率的影响 n通过对07年1-4月份探伤不合板进行统计分析发现：16MnR综合探伤合格率为71.87，而成分非常相近16MnDR、A516GR70等钢种的探伤综合合格率分别到达92.6和93.7。进一步分析这三个钢种的生产工艺，最大的区别是与16MnR相比16MnDR、A516GR70均经过

9、VD精炼，而16MnR未作相应要求。2008.11.185.1精炼工艺对探伤合格率的影响n初步分析结果认为：钢液经过VD真空处理后，一方面钢中的N、H、O等气体元素大幅减少，另一方面钢中夹杂物有充分聚集、长大、上浮的时机，使非金属夹杂物的数量明显减少、尺寸变小，提高了钢液的洁净度,钢的内在质量大幅提高，表达在成品钢板上就是探伤合格率明显提高。2008.11.185.2钢板厚度规格与探伤合格率的关系 910月份月份不同轧制规格钢板探伤合格率的情况规格检验量合格量合格率1030mm7409.0256746.9733140mm3818.4893418.4074150mm2386.4131970.99

10、25160mm2279.3711472.1556180mm1944.09757.6472008.11.185.2钢板厚度规格与探伤合格率的关系2008.11.185.2钢板厚度规格与探伤合格率的关系n分析认为：厚度规格对探伤合格率的影响主要表达在压缩比的影响上，采用同一规格的连铸坯轧制不同厚度的钢板时，随着钢板厚度的增加，轧制压缩比逐步缩小，对于连铸坯中可能导致探伤不合的内部裂纹、中心疏松等缺陷而言，压缩比越小，其在轧制过程中越不容易进行焊合，因此表现在探伤结果上就是探伤合格率呈明显的下降趋势。2008.11.185.3连铸坯堆垛缓冷与探伤的关系 n有研究说明：连铸坯冷热送模式对探伤合格率有一

11、定的影响。为研究分析冷热送方式与探伤结果的关系，07年针对热送探伤不合率较高的38mm-50mm的局部钢板，进行了冷热送比照统计。实施连铸坯堆垛缓冷工艺后，统计162批中，合格142批，合格率87.7，比热送坯轧制的探伤板合格率高13.2个百分点。2008.11.185.3连铸坯堆垛缓冷与探伤的关系n分析认为，连铸坯堆垛缓冷之所以会对探伤产生明显的改善作用，主要是因为氢等气体元素的影响。在凝固过程中，由于氢很容易在枝状晶之间聚集、沉淀与析出，产生气孔，中心偏析和中心疏松的存在，加剧了氢的扩散。同时，在连铸的过程中由于存在弯曲、矫直、鼓肚和辊子的变形等因素，组织应力将大量存在。这些都将加剧氢的聚

12、合，形成轧制缺陷从而导致探伤不合。 2008.11.185.3连铸坯堆垛缓冷与探伤的关系n连铸坯采用堆垛缓冷的方式，一方面由于缓冷的作用使在冷却过程中析出的过饱和氢有充分的时间能够排除，另一方面由于缓冷相变及重复加热的过程中都促进了C、Mn等元素的扩散，减轻了中心偏析。这两个方面都对改善中心缺陷提高探伤合格率具有促进作用。而连铸坯热送那么不具备相应的条件，因此其效果要明显不如冷送坯。 2008.11.185.4连铸坯内部组织对探伤的影响 2008.11.18n我们针对厚规格探伤不合板进行跟踪分析。发现局部厚规格探伤不合钢板集中产生在同一炉次，这一现象说明探伤不合可能与炼钢连铸特别是连铸坯有较大

13、关系，为进一步探索两者之间的关系我们对1#铸机低倍检验情况和探伤情况进行了比照分析，发现铸坯质量情况对探伤合格率有较大影响。5.4连铸坯内部组织对探伤的影响2008.11.18中心疏松和钢板探伤合格率的关系2008.11.18中心疏松和钢板探伤合格率的关系n从分析轧制规格 40mm的Q345B系列铸坯中心疏松和钢板探伤合格率的关系来看，当铸坯中心疏松1.0级时，钢板的探伤合格率缺乏40，当铸坯中心疏松0.5级和0级时，铸坯中心疏松和探伤合格率没有明显的对应关系。因此对于轧制厚规格钢板，控制铸坯中心疏松0.5级是必要的。2008.11.18中间裂纹和钢板探伤合格率的关系2008.11.18中间裂

14、纹和钢板探伤合格率的关系n从分析的轧制规格 40mm的Q345B系列铸坯中间裂纹和钢板探伤合格率的关系来看，当铸坯中间裂纹1.0级时，钢板的探伤合格率缺乏40，当铸坯中间裂纹0.5级和0级时，铸坯中间裂纹和探伤合格率没有明显的对应关系。但由于铸坯中间裂纹1.0级数据比较少，还有待进一步收集数据分析。2008.11.185.4.3 整张钢板探伤不合和铸坯低倍的对应关系日期炉号钢种拉速中心偏析中间裂纹三角区裂纹中心疏松角部裂纹6.38504759AH36-C21.1C类2.016.4850478316MnR21.1C类2.010.56.11860463016MnR21.1C类2.01116.128

15、604638Q460C-21.1C类2.00.50.56.198705143Q345C3-Z150.9C类2.00.50.56.21860493916MnR30.9C类1.50.50.56.248705314AH32-c21.1C类2.010.56.278505530LK490C0.9C类2.012008.11.185.4.3 整张钢板探伤不合和铸坯低倍的对应关系n通过对67月份整张钢板探伤不合炉次的低倍样或相近炉次有的没有低倍结果低倍样结果分析来看，除油罐钢外，其它炉次整张钢板的探伤不合与铸坯的低倍结果有一定的对应关系，整张探伤不合的8个炉次或相近炉次中，中间裂纹或中心疏松级别为1.0的5炉

16、，比例明显高于探伤合格钢板的低倍样结果。2008.11.185.5钢种对探伤合格率的影响n对于厚连铸坯而言尤其是16Mn系列等中碳合金钢的Mn含量较高(1.2%以上)，使固液两相区变宽，钢水保持液态的时延长；凝固后期MnS在两相区析出，使铸坯偏析和疏松加剧，影响钢板的探伤合格率。而低碳、低锰钢中心疏松和偏析较轻。2008.11.185.6加热时间与探伤的关系 n根据实验室热处理效果研究：保证充足的加热时间将有利于组织的均匀和促进偏析元素的扩散，同时保证铸坯的内在温度与外表温度一致，在轧制受力情况下，尽可能保证铸坯的内外变形一致，防止由于加热时间缺乏，铸坯内外温度差异较大，轧制变形不一致，铸坯内

17、部产生位错微裂纹，导致探伤不合。因此一般厚坯冷铸坯加热时间至少4小时，连铸坯出炉温度目标确定为11401180，才能确保加热均匀，以促进偏析元素的扩散，减轻偏析。2008.11.185.7轧机压下量压下量与探伤的关系n从规格对探伤合格率的影响看，压缩比对探伤的影响是非常明显的。在270mm板坯厚度一定的条件下，厚板特别是特厚板的压缩比最小为3左右80mm特厚板 ，造成压缩比缺乏，资料说明一般低合金钢保探伤，压缩比在6左右，即270mm铸坯一般轧机适合轧制规格为50mm左右的钢板。轧机能力大，一次压下量大也可以轧制更厚规格的钢板。2008.11.185.7轧机压下量压下量与探伤的关系n研究说明：

18、轧机压下量对于探伤钢板的影响主要表达在：单道次轧制压下量大，保证变形渗透，可以明显减轻原始组织中偏析、疏松、裂纹的影响。相反轧制力、压缩比缺乏反而会加大疏松、偏析微裂纹以及中间裂纹的产生或扩展。导致探伤不合；另一方面，轧制力缺乏还会容易导致铸坯的内外变形不一致，在钢板内部产生位错，位错的加大，容易产生内部微裂纹导致探伤不合。2008.11.185.8ACC冷却对钢板探伤的影响n如果钢板在冷却过程中外表和中心的冷速差异较大，在钢板内部容易产生热应力。同时由于钢板厚度中心成分存在不同程度碳、锰等杂质元素富集偏析，在轧制奥氏体冷却过程中，中心部位容易形成贝氏体组织，由于其硬度及体积变化不同于周围组织

19、，使钢板内部产生组织内应力，组织应力和热应力两种内应力的作用，使得在中心部位存在夹杂物的条件下，就很容易产生中心微裂纹。导致钢板探伤不合。2008.11.185.9热处理对钢板探伤不合的影响 n为分析热处理对探伤合格率的影响，试验对波形显示为偏析导致探伤不合的钢板板模拟现场工艺在900进行正火处理，取样后与热处理前钢板组织进行比照分析。钢板热处理前在整块板上呈现整个板面大面积的探伤不合，热处理前探伤波形如图(a) 所示；热处理后钢板上大局部区域缺陷已经不明显，只是局部区域出现微小伤波，但区域较小，符合国家三级探伤标准，热处理后探伤波形图如图(b)所示。2008.11.185.9热处理对钢板探伤

20、不合的影响a热处理前 b热处理后 2008.11.185.9热处理对钢板探伤不合的影响n将探伤不合板分别在热处理前后取金相试样磨抛后用4硝酸乙醇溶液侵蚀，金相组织变化见图。由图(a)可以看出，热处理前心部位组织为珠光体贝氏体铁素体，热处理后图b中心部位组织为珠光体铁素体，带状组织由热处理前连续状转变为热处理后断续状，明显偏析带及贝氏体组织消失，从而减轻了由于严重偏析带引起的探伤不合。2008.11.185.9热处理对钢板探伤不合的影响 a 热处理前 b 热处理后2008.11.185.9热处理对钢板探伤不合的影响n热处理可以消除应力，减少偏析，均匀组织。正火是将钢加热到Ac3点以上温度的奥氏体

21、区域，保持一定时间后在空气中进行冷却，以获得接近平衡状态的组织。钢加热到Ac3点温度后铁素体、珠光体完成了向奥氏体的转变，随着加热温度的提高或保温时间的延长，碳原子及合金元素的扩散越充分，奥氏体就越均匀，原始的缺陷如偏析就减轻，热处理前后的金相组织也说明了这一点。2008.11.186.提升探伤合格率的主要提升探伤合格率的主要工艺技术措施工艺技术措施 2008.11.18 6.1严格控制探伤板的S和夹杂物含量nS是易偏析元素，极易在中心部位形成偏聚，同时，由试验说明：在厚度方向拉伸断口处S的夹杂物非常集中，所以首先要控制钢水中的硫含量，加强KR铁水预处理，强化LF、VD、连铸等各环节的保护浇注

22、，优化吹氩和钙处理操作，促进夹杂物的变性和上浮。2008.11.186.2 强化连铸坯内部质量要求 n由于连铸坯内部质量直接影响探伤结果，为保证探伤钢板的质量，在中心偏析C类2.0级以下、中间裂纹、中心疏松0.5级以下时方可生产30mm以上有探伤要求的厚板、特厚板。 2008.11.186.3 防止连铸非稳态操作n连铸恒拉速稳定操作，可减少夹杂物的卷入，保持铸坯内部质量的稳定，防止由于夹杂物或内部组织差导致的钢板探伤不合。2008.11.186.4保证连铸坯下线堆垛缓冷工艺 n实践结果说明连铸坯下线堆垛缓冷对提升探伤合格率有明显的作用，因此对于探伤的钢种保证连铸坯下线堆垛缓冷48小时以上，冷检

23、后再上线送轧是必要的。 2008.11.186.5保证加热时间 n根据实验室热处理效果分析，保证充足的加热时间将有利于组织的均匀和促进偏析元素的扩散，对于冷料厚板坯加热时间至少在4小时以上，连铸坯出炉温度目标确定为11401180，确保加热均匀，以促进偏析元素的扩散，减轻偏析。 2008.11.186.6增加单道次增加压下量n单道次轧制压下量，保证变形渗透，可以明显减轻原始组织中偏析、疏松、裂纹的影响，防止产生偏析微裂纹、加大疏松的产生。同时防止内外变形不一致导致的钢板内部微裂纹。2008.11.186.6增加单道次压下量n由于中厚板精轧机的轧制能力大于初轧机的轧制能力，为增加单个道次压下量，生产厚