中板探伤缺陷的分析与研究

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