Q370R鋼板超聲波測(cè)厚異常原因分析及處理

柳彩楓

（山鋼股份濟(jì)南分公司中厚板廠，山東濟(jì)南 250101）

試驗(yàn)研究

Q370R鋼板超聲波測(cè)厚異常原因分析及處理

柳彩楓

（山鋼股份濟(jì)南分公司中厚板廠，山東濟(jì)南 250101）

針對(duì)Q370R鋼板超聲測(cè)厚異常的現(xiàn)象，利用超聲波探傷、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡及能譜等對(duì)測(cè)厚異常鋼板取樣進(jìn)行分析，結(jié)果表明，鋼板成分和力學(xué)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)厚出現(xiàn)異常的原因是鋼板內(nèi)存在偏析及非金屬夾雜物?？墒褂贸暡ㄌ絺麅x對(duì)厚度進(jìn)行驗(yàn)證。

Q370R鋼板；超聲波測(cè)厚異常；偏析；夾雜物

1 前言

Q370R是鍋爐和壓力容器常用鋼板，濟(jì)鋼中厚板廠在該鋼板出廠檢驗(yàn)時(shí)嚴(yán)格按照GB/T 709—2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》的規(guī)定，利用千分尺對(duì)鋼板的厚度進(jìn)行測(cè)量。但用戶在產(chǎn)品交付驗(yàn)收時(shí)，因千分尺無法使用，對(duì)罐體厚度的測(cè)量普遍采用超聲波測(cè)厚儀，經(jīng)常出現(xiàn)出廠檢驗(yàn)厚度合格的鋼板在制造成產(chǎn)品后測(cè)厚檢查又發(fā)現(xiàn)壁厚不合格的現(xiàn)象。濟(jì)鋼中厚板廠2014年就多次發(fā)生此類測(cè)厚不合的質(zhì)量異議。本研究對(duì)Q370R鋼板超聲測(cè)厚不合進(jìn)行分析，在查找原因的基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的解決方法。

2 鋼板組織性能分析

2014年2月，某壓力容器廠訂購了一批有探傷需求的Q370R鋼板，切割使用并制成了罐體，在對(duì)罐體安裝前的測(cè)厚檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)鋼板有大面積測(cè)厚不合。該鋼板設(shè)計(jì)厚度42 mm，但部分測(cè)點(diǎn)示值為20.3～23.2 mm。為分析原因，對(duì)余料取樣進(jìn)行超聲波測(cè)厚、超聲波檢測(cè)探傷，進(jìn)行金相顯微鏡、掃描電鏡以及能譜分析，分析超聲波測(cè)厚不合原因。

2.1 理化復(fù)驗(yàn)

鋼板生產(chǎn)執(zhí)行GB 713—2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)，材質(zhì)為Q370R，名義厚度42 mm，供貨狀態(tài)為熱軋態(tài)。對(duì)材料取樣進(jìn)行理化復(fù)驗(yàn)，材料的力學(xué)性能及化學(xué)成分見表1、表2。由表1、表2可知，Q370R鋼板的成分和力學(xué)性能均符合GB 713—2008標(biāo)準(zhǔn)要求，但是其強(qiáng)度接近下限。

表1 Q370R試樣的力學(xué)性能

表2 Q370R試樣的光譜檢測(cè)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

2.2 超聲波測(cè)厚

在測(cè)厚中發(fā)現(xiàn)：相同的測(cè)厚點(diǎn)應(yīng)用超聲波測(cè)厚儀和千分尺進(jìn)行測(cè)厚所得結(jié)果有較大差異，千分尺的測(cè)量值穩(wěn)定在42 mm左右，而超聲波測(cè)厚儀的測(cè)量值有間斷不均勻現(xiàn)象，測(cè)厚記錄見表3。

表3 Q370R鋼板超聲波測(cè)厚記錄

2.3 超聲波探傷

為了找出鋼板超聲測(cè)厚異常的原因，對(duì)試板進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)。根據(jù)JB/T 4730.3—2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇公稱頻率為2.5MHz、晶片尺寸為Φ20 mm的單晶直探頭，以CBⅡ-2試塊Φ5平底孔第一次反射波高調(diào)整到滿刻度的50%作為基準(zhǔn)靈敏度，超聲波探傷波形見圖1。

該張鋼板在探傷過程中發(fā)現(xiàn)有明顯的缺陷回波存在，缺陷深度約為鋼板厚度的一半，但是缺陷波高在30%～45%，按照J(rèn)B/T 4730.3—2005要求，該張鋼板應(yīng)評(píng)定為Ⅰ級(jí)合格。此外，從圖1超聲波探

圖1 Q370R鋼板超聲波檢測(cè)波形

傷波形圖中可知，底波出現(xiàn)在42 mm位置，很明顯鋼板的實(shí)際厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 金相檢測(cè)

用超聲波進(jìn)行宏觀缺陷定位后在缺陷部位取樣進(jìn)行金相觀察，可見試樣中存在夾雜物，夾雜物呈點(diǎn)狀和條狀，如圖2所示。采用4%硝酸酒精溶液對(duì)試樣進(jìn)行侵蝕，金相組織見圖3。

圖2 Q370R鋼板夾雜物和裂紋形貌100×

圖3 Q370R鋼板金相組織

由圖3可知，Q370R鋼板為典型的鐵素體+珠光體組織（圖中黑色部分為珠光體，淺色的為鐵素體）。晶粒度測(cè)量時(shí)采用評(píng)級(jí)圖譜比照法，肉眼觀察晶粒度為7.5級(jí)。100倍下可見鋼板存在偏析帶，500倍下觀察偏析帶內(nèi)部存在粉色塊狀?yuàn)A雜，夾雜物尺寸在150 μm左右。

2.5 掃描電鏡及能譜分析

對(duì)偏析帶用掃描電鏡進(jìn)一步放大觀察，結(jié)果見圖4。與金相分析結(jié)果一致，掃描電鏡下清晰看到帶狀偏析組織，在偏析帶內(nèi)可以看到條狀?yuàn)A雜，能譜分析為MnS夾雜。

3 超聲測(cè)厚異常原因分析

圖4 Q370鋼板掃描電鏡組織及能譜分析

超聲測(cè)厚根據(jù)超聲波脈沖反射的原理來進(jìn)行厚度測(cè)量，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭，通過精確測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來確定被測(cè)材料的厚度［1］。容器中的宏觀、微觀缺陷一旦達(dá)到一定面積（尺寸），足以使反射信號(hào)被儀器接受并顯示時(shí)，就會(huì)反映出缺陷所在部位的厚度（深度）。而材料的夾雜物、偏析、晶粒各向異性、組織不均勻或晶粒粗大均會(huì)使超聲波在材料中的傳播路徑、方向和速度發(fā)生變化，從而使測(cè)厚示值發(fā)生變化［2-3］。

金相、掃描電鏡及能譜分析可知：Q370R鋼板超聲波測(cè)厚儀測(cè)厚顯示異常值的原因正是鋼板內(nèi)部存在偏析及非金屬夾雜物。由于超聲波測(cè)厚儀探頭小、聲束小，幾呈線狀，聲能弱，超聲波正是碰到這些缺陷而提前反射，超聲波測(cè)厚儀讀數(shù)反映的是從測(cè)量點(diǎn)到缺陷部位的距離，無法測(cè)出鋼板真正的厚度值。而超聲波探傷儀由于探頭較大、聲束大、聲能較強(qiáng)，聲波遇到缺陷時(shí)既能測(cè)出缺陷深度，又能到達(dá)底面才反射，從而可測(cè)出鋼板的實(shí)際厚度［4］。

4 結(jié)論

4.1 鋼板的厚度是符合標(biāo)準(zhǔn)要求的，造成Q370R鋼板在應(yīng)用超聲波測(cè)厚儀測(cè)厚出現(xiàn)異常值的原因是鋼板內(nèi)部存在偏析及非金屬夾雜物。今后在壓力容器測(cè)厚檢查中若出現(xiàn)類似情況，可使用超聲波探傷儀對(duì)厚度進(jìn)行驗(yàn)證。

4.2 該Q370R鋼板超聲波檢測(cè)為Ⅰ級(jí)合格，力學(xué)性能試驗(yàn)合格，說明強(qiáng)度能滿足使用要求，但由于其內(nèi)部存在偏析及非金屬夾雜物，導(dǎo)致其力學(xué)性能都接近標(biāo)準(zhǔn)下限，這類鋼板不宜用于壓力容器關(guān)鍵部件的制造，且年檢時(shí)對(duì)該鋼板須加強(qiáng)檢測(cè)。

［1］鄭暉，林樹青.超聲檢測(cè)［M］.2版.北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

［2］董濟(jì)明，吳如慶.鋼板中夾雜物對(duì)測(cè)厚影響的分析及處理［J］.化工裝備技術(shù)，2010，31（1）：52-53.

［3］邢國強(qiáng)，張廣興.壓力容器測(cè)厚值異常的原因及應(yīng)對(duì)措施［J］.金屬材料與冶金工程，2009，37（4）：54-55.

［4］馬偉勇，蒙理貴.壓力容器用鋼板超聲測(cè)厚示值異常的分析及處理［J］.中國科技信息，2005（3）：90.

Cause Analysis and Treatment of Abnormal Thick Ultrasonic Measurement for Q370R Steel Plate

LIU Caifeng

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

On this paper,abnormal thick ultrasonic measurement for Q370R steel plate was studied by means of ultrasonic, metallurgical microscopy,scanning electron microscope(SEM)and energy dispersive spectrometer(EDS).It was proved that composition and properties of Q370R steel plate can meet the requirements of standards,segregation and inclusion were the main cause of abnormal to thick ultrasonic measurement.The Ultrasonic can be used to verify the thickness of steel plate.

Q370R steel plate;abnormal thick ultrasonic measurement;segregation;inclusion

TG115.2

A

1004-4620（2015）01-0029-02

信息園地

2014-09-02

柳彩楓，女，1986年生，2011年畢業(yè)于北京科技大學(xué)冶金物理化學(xué)專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份濟(jì)南分公司中厚板廠助理工程師，從事新產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量控制等工作。