X60管线钢超声波探伤不合原因分析

李雪东

（山钢股份济南分公司中厚板厂，山东济南 250101）

试验研究

X60管线钢超声波探伤不合原因分析

李雪东

（山钢股份济南分公司中厚板厂，山东济南 250101）

利用超声波探伤、磁粉探伤、金相显微镜等检测手段对X60管线钢板探伤不合部位取样进行分析。结果表明：试样内部的夹杂、微裂纹是产生缺陷回波的主要原因。采取强化精炼以及连铸坯下线后堆垛缓冷等措施，提高了探伤合格率。关键词：X60管线钢；超声波探伤；夹杂；微裂纹

1 前言

管线钢在使用过程中，除要求具有较高的耐压强度外，还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。济钢中厚板厂从2006年5月份开始生产X60管线钢板，经过近10 a的探索研究，目前生产的X60、X70等钢板的表面质量、外形尺寸、内部质量、组织性能完全能够满足用户需求，但近期生产的X60出现个别钢板超声波探伤不合的情况。探伤不合造成的补产不仅增加生产成本，还影响到订单的交付。本研究通过对X60超声波探伤不合格的钢板进行磁粉探伤及取样进行金相分析，查找产生缺陷的原因，进而采取相应措施减少或避免类似情况的再次发生。

2 检测分析

图1 缺陷部位超声探伤波形一

利用超声波探伤仪对探伤不合钢板的缺陷部位进行准确定位。取缺陷与轧制方向平行的部位，然后在垂直轧制方向剖开，对横截面进行磁粉探伤，进行夹杂物、金相组织检验。

2.1 超声波探伤

本次探伤不合钢板厚度为28.2 mm，按照JB/T 4730.3—2005《承压设备无损检测》标准要求对该钢板进行超声波探伤检测，检测设备选为HS620数字式超声波探伤仪，5Z20NT单晶直探头，以CBⅡ-1试块Φ5平底孔第1次反射波高调整到满刻度的50%作为基准灵敏度。探伤不合缺陷位于钢板头部，缺陷埋藏深度在13.8～14.3之间，大部分缺陷第1次反射回波高度在60%～80%之间（超声波探伤波形见图1、图2），个别点一次缺陷回波高度已经超过一次底波高度，并伴有一次底波明显降低，但没有出现钢板一次底波消失现象。钢板尾部检测区域均未见明显缺陷反射，也没有出现底波明显降低或消失现象，探伤波形见图3。

图2 缺陷部位超声探伤波形二

图3 未见缺陷部位超声探伤波形

2.2 磁粉探伤

为了解X60管线钢探伤不合部位缺陷的宏观形貌，对机加工后的金相试样用砂纸打磨后进行磁粉探伤。选用Y-7交直流磁轭磁粉探伤仪，MT-BW喷灌式磁悬液，检测温度25℃，光照强度2 690 Lux，灵敏度为A1人工缺陷试片30/100清晰可见。磁粉探伤检测前后试样组织如图4所示，磁粉探伤可见试样厚度方向中心部位存在带状裂纹类缺陷，带状缺陷宽度约为5 mm。

图4 磁粉探伤的X60钢试样金相组织

2.3 金相分析

在该管线钢探伤不合部位取金相试样经打磨抛光后，在100×金相显微镜下可见试样中心部位存在贯穿性裂纹，裂纹附近伴有夹杂，如图5所示。

图5 管线钢探伤不合部位裂纹及夹杂

用4%硝酸酒精溶液侵蚀后，试样的金相组织如图6所示。试样组织为典型的针状铁素体组织。晶粒度测量时采用评级图谱比照法，肉眼观察晶粒度10级以上。夹杂类为A0.5，D1.0。中心部位可见裂纹及偏析缺陷。

图6 X60钢试样缺陷部位金相组织

3 分析与讨论

金相分析可知，钢板中心存在夹杂及贯穿性微裂纹缺陷，导致钢板中心部位声阻抗发生了变化是造成探伤不合的直接原因。

试样中夹杂呈线性链条状分布，尺寸在30 μm左右。实践证明颗粒＜50 μm的单个夹杂物一般不会产生明显的缺陷回波，不是探伤不合产生的原因，但大量的较小夹杂物叠加聚集存在或单个的较大夹杂物会使钢板中心部位声阻抗发生变化，是造成钢板探伤不合格的原因［1］。

钢种夹杂在轧制应力的作用下变为长条状，由于夹杂与钢基体的热膨胀系数有很大差异，轧后冷却过程中产生的收缩量不同，使得部分长条状夹杂物的尖端与基体界面处出现了微小的孔洞，随着应力的增加，孔洞易发生扩展形成微裂纹，形成裂纹源。由于夹杂物破坏了基体的连续性，导致夹杂物和基体之间应力传递方式的不同，在外力作用下，夹杂物周围产生应力集中而引起塑性变形，夹杂物周围产生大量位错环。当位错环在外力作用下到达夹杂物和基体的界面时，界面分离形成微孔。微孔的形成使后面的位错环受到的排斥力大大降低。另一方面，新产生的位错环又源源不断地推向微孔，使微孔侧向作迅速不稳定的扩展和聚合，形成了微裂纹［2］。

4 改进措施

1）加强KR铁水预处理，强化精炼过程控制，从源头上控制好硫含量。优化吹氩和钙处理操作，促进夹杂物的变性和上浮。连铸恒拉速稳定操作，可减少夹杂物的卷入，避免因夹杂物导致的钢板探伤不合。

2）连铸坯下线后进行堆垛缓冷对可明显提升探伤合格率，需要探伤的钢种可通过连铸坯下线堆垛缓冷48 h以上再进行轧制。

采取上述措施后，明显提高了X60管线钢的探伤合格率。

［1］王三忠，王新志，刘海强，等.安钢厚度不小于25 mm钢板探伤检验不合格的原因分析［J］.钢铁研究学报，2010，22（9）：13-17.

［2］李雪东.S355K2钢板超声波探伤不合原因分析［J］.山东冶金，2014，36（3）：20-22.

Analysis on the Causes of Nonconformity in Ultrasonic Flaw Detection of X60 Steel Plate

LI Xuedong
（The Medium Plate Plant of Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

The samples from Nonconformity in Ultrasonic Flaw Detection of X60 steel plate was studied by means of Magnetic particle inspection and Metallurgical Microscopy etc.It has been proved that Micro-cracks and internal inclusions were the main causes of the echoes from defects.Through the technology improvement on refining measure controlling,stacking slow cooling to off line continuous casting slabs,the Conformity Ratio of Ultrasonic Flaw Detection has been improved.

X60 pipeline steel;ultrasonic flaw detection;inclusion;micro-crack

TG142.41

A

1004-4620（2015）02-0034-02

2014-09-02

李雪东，男，1983年生，2008年毕业于内蒙古科技大学金属材料工程专业。现为山钢股份济南分公司中厚板厂助理工程师，从事新产品的研发、无损检测等工作。