薄规格钢板探伤缺陷分析及对策.pdf

DOI:10.16683/J.CNKI.ISSN1674-0971.2023.2024前言钢材是一种应用广泛的基础性材料，为了保证应用安全，对高层建筑、石油管线、风塔、桥梁等重要用途的钢材进行超声波无损探伤以检验钢材的内部是否存在缺陷已成为通用做法。探伤不合格不仅造成钢板脱订单，影响交货期，而且会因改判带来非计划产品，造成质量损失。针对某公司炉卷生产线薄规格钢板出现的探伤不合格的缺陷进行了分析研究，调查了探伤缺陷产生原因，并制定对策解决了该问题。1某公司炉卷生产线薄规格钢板探伤缺陷特征1.1炉卷生产线简介某公司炉卷生产线投产于2005年，是一条集铁水预处理、转炉炼钢、LF精炼、VD处理、宽板坯连铸、炉卷轧机于一体的现代化生产线，其技术和关键设备从达涅利公司和西马克公司引进。该生产线主要参数见表1。薄规格钢板探伤缺陷分析及对策高新军（安阳钢铁股份公司第二炼轧厂，河南 安阳 455004）摘 要：通过对炉卷生产线薄规格钢板探伤缺陷的分析，发现该缺陷为钢板内部存在大尺寸的钙铝酸盐夹杂物在轧制中扩展引起的。而Ca处理工艺不当使得铝镇静钢脱氧过程中产生的脱氧产物未能充分上浮去除是夹杂物的来源，连铸结晶器流场不合理促使了夹杂物在板坯宽度四分之一附近聚集。通过优化钢水Ca处理工艺，解决了炉卷生产线薄规格钢板探伤缺陷的问题。关键词：薄规格钢板；探伤；分析；对策中图分类号：TF769文献标识码：B文章编号：1674-0971（2023）-002-04Analysis&countermeasure on ultrasonic tested defects ofthin gauge steel plateGao Xinjun（The 2nd Steel Making&Rolling Plant,Anyang Iron&Steel Co.,Ltd.,Anyang 455004,Henan,China）Abstract:By analyzing of ultrasonic tested defects of thin gauge steel plate on production line of coil,it wasfound that defects were large size of calcium-aluminates inclusion expanded during rolling of plates.The origin ofinclusions were products of de-oxygen of Al-killed steel which did not float and were not removed because of im-proper Ca treatment process.The inclusions were gathered near the 1/4 of broadness of slabs due to irrational flowfield of caster mold.By optimization of Ca treatment process,the problem of ultrasonic tested defects of thin gaugesteel plate on production line of coil were solved.Keywords:thin gauge steel plate,ultrasonic detect,analysis,countermeasure.收件日期：2023-1-17作者简介：高新军（1968），男，高级工程师，1990年毕业于重庆钢铁专科学校炼钢专业，现供职于河南安阳钢铁股份有限公司，主要从事钢铁冶金连铸技术的研究。特钢技术Special Steel Technology第29卷 总第115期2023年第2期Vol.29（115）2023.No.21.2某公司炉卷生产线探伤钢板生产情况该公司炉卷轧机投产后，根据市场需求，很快完善了探伤工艺，开始探伤钢板的生产。针对生产初期钢板探伤合格率较低开展了技术攻关，使得探伤合格率稳定在95%以上。探伤钢钢种为高层建筑用钢、桥梁用钢、容器钢、欧标钢等，执行的探伤标准为国标、美标等。2019年随着风塔用钢产量增加，引入了能标NB/T47013.3-2015承压设备无损探伤标准。相对于其它探伤标准，该标准更严格，随即出现了薄规格探伤合格率较低的状况。1.3某公司炉卷生产线薄规格探伤缺陷特征引入能标探伤标准后，某公司炉卷生产线薄规格探伤合格率出现较大波动，且随着钢板宽度的增加，薄规格钢板探伤合格率越低，图1为分宽度和厚度规格的探伤合格率情况。探伤缺陷分布具有以下特征：缺陷在宽度方向上呈带状分布，缺陷带宽度200300 mm，两条缺陷带分布在钢板宽度四分之一附近；缺陷在钢板厚度上分布在距表面三分之一到五分之一之间。典型的缺陷波见图2。2某公司炉卷生产线薄规格钢板探伤缺陷形成机理分析根据文献1-7，引起钢板探伤不合的缺陷主要有：铸坯内部缺陷如中心偏析、中心疏松、中间裂纹、非金属夹杂物等引起的钢板内部缺陷；钢板晶粒粗大或带状组织引起的钢板缺陷；由于钢中氢含量较高引起的裂纹。针对该公司炉卷生产线薄规格钢板探伤缺陷取样进行了分析，以锁定缺陷类型。2.1 炉卷生产线薄规格钢板探伤缺陷分析从轧制厚度为18 mm的钢板上取典型探伤缺陷试样进行金相分析，在距离钢板上表面4 mm的位置上发现有夹杂物，金相分析结果见图3。从上图可以看出，在钢板内部发现长度几乎达到1.7 mm的条状夹杂物，这就是引起钢板探伤不合格的缺陷。经过大量的取样分析，发现缺陷基本上沿轧制方向分布的条形夹杂物，其长度从100微米到2000微米。2.2炉卷生产线薄规格钢板探伤缺陷形成机理分析在钢板内部发现长度较长的夹杂物后，取连铸坯宽度四分之一处的纵剖试样，加工后酸洗，观察特钢技术第29卷第2期表1炉卷生产线主要参数Table1 Main parameters of the coil production line区域铁水预处理转炉LFVD连铸炉卷轧机项目铁水包容量/t脱硫工艺处理周期/min处理后极限硫含量/ppm容量/t冶炼工艺冶炼周期/min底吹气体钢包容量/t处理周期/min容量/t极限真空度/Pa处理周期/min机型基本弧半径/mm拉速范围/（m min-1）冶金长度/mm铸坯厚度/mm铸坯宽度/mm加热炉加热炉装炉坯长/m轧机辊数/辊卷取炉数量/个最大轧制力/吨最大轧制速度/（m s-1）工艺参数135Mg粉/石灰粉混合喷吹304020150顶底复吹转炉3440Ar/N2150351506735直弧形板坯连铸机6 6700.2218 6871501 6003 250步进式61842700010.8图1 不同宽度、不同厚度探伤合格率Fig.1 Qualification rate of steel plates with different widthsand thicknesses during flaw detection图2 典型缺陷波Fig.2 Typical defect waves图3 薄规格钢板探伤缺陷金相分析Fig.3 Metallographic analysis of flaw detection defects in thinspecification steel plate 32低倍情况，发现存在肉眼可以看到的夹杂物，典型图片见图4。由铸坯宽度四分之一纵剖低倍试样检验结果来看，连铸坯宽度四分之一处存在夹杂物，与钢板上夹杂物位置基本上相对应。该夹杂物遗传到钢板内部，是引起钢板探伤不合格。连铸坯上夹杂物尺寸比钢板要小，通过轧制，夹杂物在轧制方向上尺寸变大，这与炉卷轧机的轧制工艺有关。炉卷轧机在轧制过程中没有展宽，其钢板宽度与坯料宽度一致，只有长度方向的延伸。在轧制过程中，坯料延伸的同时，其内部的夹杂物也会延伸。在连铸坯厚度规格一定的情况下，薄规格钢板的压缩比大，其长度方向上的延伸也越大，同理其内部的夹杂物的延伸也越大，当夹杂物尺寸达到超声波探伤仪分辨率时，就会出现探伤不合格。温瀚8在板卷中也发现了类似的夹杂物。这也是为什么薄规格探伤合格率比厚规格探伤合格率低的原因。用相同生产工艺的同炉次坯料在传统的中板四辊轧机（先展宽再轧长工艺）上轧制同样规格钢板，没有发现因夹杂物引起的探伤不合格问题。3炉卷生产线薄规格钢板探伤缺陷产生原因调查3.1 探伤缺陷（夹杂物）成分分析为了进一步查找夹杂物的来源，对引起薄规格探伤不合格的夹杂物进行了电子探针分析，发现基本上为铝酸钙类型的夹杂物。典型分析见图5。3.2产生连铸坯内部夹杂物的工艺分析从上述分析结果来看，引起薄规格钢板探伤不合格的夹杂物缺陷为钙铝酸盐类夹杂物，该生产线探伤钢均为铝镇静钢，在LF或VD均进行微Ca处理，目的是促进脱氧产物的进一步上浮去除。但从钢板以及铸坯试样分析来看，该夹杂物的来源为脱氧产物经过Ca处理后，并没有在后续的生产过程中充分上浮去除，而是留在连铸坯内部，这是夹杂物的来源，由此说明没有达到Ca处理效果。夹杂物在铸坯内部的分布规律则与连铸结晶器流场有关。该连铸机厚度为 150 mm，宽度为16003250 mm，实际生产中仅有一种浸入式水口，对于宽厚板大且连铸坯宽度跨度大的连铸机来说，会造成某些断面结晶器流场不合理。尤其是生产宽断面铸坯时，夹杂物在铸坯宽度四分之一处聚集的几率更大。4炉卷生产线薄规格钢板探伤缺陷对策根据以上分析，引起炉卷生产线薄规格钢板探伤不合格的缺陷为钢板内的夹杂物，该夹杂物来源为因Ca处理效果不好造成脱氧产物未能有效上浮去除，因结晶器流场不合理在连铸坯宽度四分之一处聚集造成的。也应围绕上述两方面制定解决措施。但由于结晶器流场的改进影响因素较多，且结晶器浸入式水口的优化需要进行水模或数模试验，因此，先将工作集中在夹杂物的上浮去除方面。根据文献9，钙处理能有效改性Al203夹杂，形成低熔点的钙铝酸盐。李强等人10在管线钢上的研究表明：钢成品 Ca 质量分数大多控制在(1 520)1 0-6,钢中 Al2O3夹杂物能够充分变形。刘威等人11在生产实践中发现，喂线速度对Ca的吸收率有较大影响。因此决定采用Ca处理将Al2O3夹杂物转变为低熔点夹杂物去除的工艺，将钢水中目标Ca含量范围控制在(1 520)10-6，通过喂线速度的试验研究来提高Ca的吸收率。高新军：薄规格钢板探伤缺陷分析及对策第29卷第2期图4 铸坯宽度四分之一纵剖低倍试样Fig.4 Macro-morphology of longitudinal section simples takenfrom 1/4 width of slabs图5 典型的夹杂物电子探针分析结果Fig.5 Typical inclusion electron probe analysis results元素C KO KF KAl KS KCa KFe K总量重量百分比1.9818.732.138.750.1010.290.5542.53原子百分比8.0657.345.4915.890.1512.580.48 33特钢技术第29卷第2期为了提高Ca吸收率，改善Ca处理效果，在保持喂线量不变的情况下，现场试验了两种不同的喂线速度。两个不同喂线速度对钢水Ca含量影响的试验结果见图6。与250 m/min的喂线速度相比，120 m/min的喂线速度钙处理效果较好：成品钙含量由3.2 ppm提高到17.5 ppm，有效提高了钙处理效果。提高了钢水洁净度，探伤显示1/3位置点线状缺陷基本消除，满足能源探伤标准要求。5结论（1）某公司炉卷生产线薄规格探伤缺陷是钙铝酸盐夹杂物，铸坯内部的夹杂物经过炉卷轧机轧制后拉长，钢板规格越薄，因夹杂物引起的探伤不合格几率越大。（2）钙铝酸盐夹杂物的来源是由于铝镇静钢的Ca处理不合理，而由于结晶器流场不合理引起了夹杂物在铸坯宽度四分之一处聚集。（3）通过优化Ca处理工艺，减少了钢水中的