试论压力容器钢中板横裂纹原因分析及探讨

汪磊

摘要：本文在分析钢板及铸坯表面缺陷基础上，通过钢板缺陷的宏观、微观分析，以及铸坯表面缺陷检验分别进行探讨，论述了中板缺陷原因，并提出相应的解决措施，对于今后避免出现压力容器钢中板横裂纹问题具有一定借鉴作用。

关键词：压力容器，中板横裂纹，原因分析，解决对策

中图分类号：TF703文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

0 引言

在分析应用压力容器用钢过程中，主要的晶种涉及到Q245R、Q345R，16MnDR。其中，压力容器使用的钢中板表面横裂纹出现较多，主要代表为16MnDR和Q345R为主。这里通过相关的手段进行中板表面缺陷的分析，排查相关的重点参数，主要方法包括加热打回炉观察、金相分析、电镜观察以及酸浸检验等[1]，最后提出相关的措施，有效保证压力容器用钢的质量，使得经济效益能够得到明显提高。

1钢板及铸坯表面缺陷分析

1.1 钢板缺陷的微观分析

利用电子投射镜对于钢板的相关典型缺点问题进行检查，裂纹则是沿表层斜向而进入钢基，氧化亚铁在裂纹内进行镶嵌，经过仔细观察，相关的杂物、有害元素并没有发现。珠光体+铁素体则是在钢种的组织，这种显微观察可在3%硝酸酒精侵蚀后实现，厚约40 μm的脱碳层可以明显在钢板裂纹周围发现。这样可以进行有效推断，脱碳层厚度则是说明，在钢板轧制过程中，连铸坯缺陷并没有进行相应的有效焊合处理而成，这样就造成了钢板裂纹。

1.2 钢板缺陷的宏观形貌

在钢板下表面，进行相应的坯料纵向轧制过程中，严重裂纹出现在钢板东侧的400～500 mm位置，形状则表现为不规则的裂纹，这样基本可以判断其为山峰状的3～4 mm深度的横裂缺陷。

1. 3铸坯表面缺陷检验

进行铸坯的“打回炉”分析则是进行快速判定的有效手段，特别适用于裂纹发生的开始阶段。在分析“打回炉”过程中，先进行正常加热连铸坯，表面较厚的氧化铁皮的除去操作则是通过高压喷水进行，这样就可以对于铸坯缺陷的形貌等问题进行快速的查看，能够利用眼睛进行较为直观的观察。

一般来说，厚1～3mm的氧化铁皮存在于连铸坯表面，观察进行加热除鳞后的铸坯表面，就能较为有效地观察铸坯表面缺陷的严重程度。

2 中板缺陷原因分析

分析铸坯表面以及钢板的缺陷过程，在连铸坯东侧距边部450mm附近，存在一定的横裂纹，这往往是由于后部轧制中并没有进行相应的有效焊合处理。经过跟踪分析，在铸坯内弧表面发现横裂纹，充分考虑缺陷特性基础上，可以分析相关的钢质内部的夹杂以及气体的影响，还可以同时分析矫直时二冷夹辊、铸坯的应力状态等外部应力问题[2，3]。

2. 1連铸机设备的影响

由于钢厂的装备使用时间比较长，部分参数的调控能力经过改进后仍不能有效满足生产要求。分析二冷区铸坯产生的应变，可以发现，夹辊不对中容易引起这个问题。所以，支撑辊的对中精度应该在生产过程中进行有效保证，精度处理在连铸坯凝固末端处应该格外重视。另外，应该控制连铸坯凝固末端夹辊正偏差在3mm内，应该保证临界应力大于变形应力的要求。因此，应该全面检修相关的连铸机，保证相关参数的技术指标。经过相关检修，横裂纹依然通过跟踪发生在铸坯表面上，在通过多次酸浸抽样分析，并没明显改善裂纹的缺陷程度，所以，缺陷突然发生的最直接原因并不是装备方面，不应该把整体对弧的二冷机架作为改善的重点问题。

2. 2化学成分的影响

第一，在氮含量的影响方面。主要通过分析钢内的Al， Ti， Nb的三方面影响分析进行，上述微量合金元素与N结合的氮化物进行分析，这影响着钢的高温延塑性方面问题。

首先，对于Ti的影响方面，TiN则会在Ti的连铸过程中实现，Al形成则受到TiN的抑制，导致铸坯裂纹指数有所降低，形成粗大的晶粒。但是，经过分析，Ti质量分数仅为0.01 %左右，影响坯高温塑性很低；其次，对于Al的影响方面，一般来说，容易在奥氏体晶界析出A1N，这样就是晶界滑移出现，微细析出物粒子造成一定的晶界破坏；第三，在Nb的影响方面，在连铸时，Nb在晶界处析出Nb（CN），这样就会使得铸坯晶间强度有所降低，出现裂纹问题。这里进行六西格玛工具进行检验判断，主要判断Al， Ti， Nb成份的变化影响问题。在16MnDR中，Nb的p=0.96 > 0.05，A1的p=0.97>0.05；在Q345R中，得到Ti的p=0.76 > 0.05，A1的p=0.86 > 0.05。这样，就说明裂纹发生前后变化并不明显。所以，本次批量横裂的主要原因并不是相应的Al， Ti， Nb的变化。但是，还应该根据要求，控制[N]在51×10-6以下。

第二，在硫含量的影响方面。在Mn/S ≤50情况下，容易出现较差的钢高温塑性问题。在本例中，经过分析，Mn/S则大于120，能够满足生产要求，并不是M n/S含量的原因。

第三，分析矫直区脆性方面。拉应力则在连铸机拉钢过程中，作用于铸坯内弧表面，当上述内弧表面的拉应力达到一定的临界值，则会造成内部裂纹问题。其中，分析连铸过程中的钢，其一共存在于三个低塑性脆性区域，第III脆性区则是容易发生在钢坯处于轿直区域的状态下，这样就让横向裂纹出现在铸坯内弧表面中，基本类似于上述出现的裂纹。

相比于正常炉号，有裂纹炉号的二冷室温度较低，能够降低45℃左右，其中，二冷室平均温度在800℃之下，具有位于第III脆性区的铸坯温度，所以，铸坯横裂的主要原因则是由于矫直温度落于高温脆性区所致。

当地气温骤降也是影响原因，使得二冷水温度能够收到影响，由原来的18 ℃降低至6 ℃左右，这主要是由于冷却塔循环冷却则是二冷水的主要方式，12℃的降幅经过相关分析和计算，能够导致出冷区温度降低最少有14℃，这样就造成平均冷却水温度降低的问题，一般来说，能够造成降低8℃左右。

所以，应该对二冷水比水量整体进行降低10%左右，一定要控制好温度，保证其在25～40 ℃之间，这样就能够保证生产质量要求。

3 结语

在分析上述的裂纹结果中，应该做好原材料控制，还应该注意以下几个方面的问题，一是，A1N， Nb（CN）等对高温塑性影响应尽量减少，控制[N]质量分数小于0.0045%，控制A1含量在0.02 -0.04 %；二是，重视冬季的二冷水温度降低问题，应该进行夏、冬的区分调节，保证结晶器入水温度在25～35℃中；三是，检修铸机铸坯凝固末端夹辊过程中，应该保证质量和要求，水平设置二冷凝固末端夹辊，控制其偏差在3.0mm之内。

参考文献：

[1] 孙斌， 许安俊. 高压止回阀断裂失效分析[J]. 压力容器，2012，29（1）.

[2] 潘建华， 陈学东， 韩豫. -196℃奥氏体不锈钢母材与焊缝的动态断裂韧性[J]. 爆炸与冲击，2013，33（4）.

[3] 黄俭. 力容器断裂分析及应用[J].中国化工贸易，2014，（27）.