船板钢探伤不合原因分析

2022-03-04张晓钦吴海虹

科技创新与应用 2022年4期

张晓钦，吴海虹

（江苏沙钢集团有限公司，江苏张家港 215625）

船板钢主要用于制造各类船舶设施及各种海洋工程装备，由于受恶劣的工作环境影响，其需要承受较大的风浪冲击和交变负荷作用。为保证船体结构及海工装备安全可靠，除要求钢板具有良好的强度、塑性、韧性要求外，还需具备良好的内部质量，不能存在影响使用安全的裂纹、缩孔和夹层等危害性缺陷。

超声波探伤是检验船板钢内部质量最为常见检测手段，可无损检测钢板内部缺陷[1-2]。在对船板钢进行探伤时，经常出现探伤不合问题，此问题也是各钢厂生产过程中常见的质量问题[3-4]。由于超声波探伤仅可确认钢板内部缺陷的尺寸、位置和数量等信息，但对于造成探伤不合的原因还需进一步分析确认。本文针对探伤不合船板钢的缺陷类型及产生原因进行分析，从而为提高船板内部质量提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料及生产流程

试验所选用的钢板为28 mm厚的高强度船板钢DH36，化学成分要求见表1。生产工艺流程为：高炉铁水→KR预脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH脱气→保护浇铸→板坯缓冷→板坯再加热→除鳞→控温轧制→轧后控冷→热矫直→冷床冷却→超声波探伤→切割精整→入库。

表1 DH36船板钢化学成分

1.2 试验方法

利用PXUT-300C手持式超声波探伤仪对探伤不合钢板进行缺陷确认并标记缺陷位置；随后将包含缺陷位置的部分取下；利用线切割方式沿缺陷部位中心位置对样品进行剖分。将剖分面进行研磨、抛光并用4%的硝酸酒精进行腐蚀。利用Zeiss金相显微镜观察剖分面缺陷形貌及金相组织；利用Zeiss Evo18扫面电镜在缺陷位置处进行形貌观察并分析钢中夹杂物；利用电子探针对钢板成分偏析情况进行分析；利用直读光谱仪、CS联测仪对钢板化学成分进行分析。

2 试验结果与分析

2.1 探伤情况

经探伤，缺陷主要位于钢板厚度1/2处，为连续性缺陷，缺陷长度2~5 mm，沿全板弥散分布，无明显位置特征。

2.2 成分分析

表2和图1为所取钢板化学成分检验结果及钢板厚度方向元素偏析情况。从化学分析结果来看，钢中各化学元素种类及含量未见异常，P、S杂质元素含量均在标准要求范围内；但从电子探针分析（EPMA）结果来看，钢板心部存在不同程度的C、Mn的偏析以及异常的Nb、Ti偏析峰。

图1 钢板厚度方向EPMA成分分析结果

表2 化学成分分析结果

2.3 显微组织观察

图2和图3为缺陷钢板显微组织。从显微组织来看，钢板组织主要为铁素体+珠光体组织，但在钢板厚度1/2位置处存在贝氏体组织，如图2所示。

随后针对探伤不合样品利用扫描电镜进行观察分析，发现厚度1/2处存在单个裂纹长度在300~500μm，呈断续分布的微裂纹。该类裂纹主要沿偏析带扩展，且裂纹内部存在MnS及（Nb，Ti）N夹杂物，如图3所示。

3 原因分析

由于在钢板厚度1/2处已观察到断续分布的微裂纹，因此推测该类型裂纹是造成船板钢探伤不合的直接原因，但对于微裂纹产生原因有必要进一步分析，从而避免该问题再次发生。

结合成分分析结果发现，钢板心部附近存在偏析问题，C、Mn含量较其他位置增高（图1）。C、Mn作为增加淬透性元素，其含量增加导致位置相变组织由铁素体+珠光体转变为贝氏体（图2）。贝氏体组织与铁素体+珠光体组织相比，强度增加但韧、塑性变差。此外，在贝氏体组织内部观察到大量MnS及（Nb，Ti）N夹杂物。由于夹杂物尖端存在应力集中，夹杂物成为钢板开裂的重要裂纹源，他们的存在进一步加剧了钢板开裂倾向[5-6]。对裂纹位置的观察分析结果也表明，微裂纹多沿偏析带分布，且裂纹内部观察到MnS及（Nb，Ti）N夹杂物（图3）。