Q690E高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼板探傷不合原因分析及對(duì)策

劉 振，馬淑梅，陳傳磊

（山鋼集團(tuán)濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南250101）

1 前言

Q690E高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板廣泛用于制造各類抗低溫沖擊的工程機(jī)械，如礦山和各類工程施工用的鉆機(jī)、電鏟、翻斗車、礦用汽車、挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、各類起重機(jī)、煤礦液壓支架等機(jī)械設(shè)備及其他結(jié)構(gòu)件，鋼板除滿足基本的性能要求之外，內(nèi)部質(zhì)量控制也很關(guān)鍵。對(duì)某鋼廠生產(chǎn)的90 mm厚度規(guī)格Q690E鋼板探傷不合格原因進(jìn)行分析，并研究相應(yīng)控制對(duì)策，從而提升品種鋼內(nèi)部質(zhì)量。

2 探傷不合格分析

2.1 生產(chǎn)工藝

Q690E生產(chǎn)工藝路線為：KR鐵水預(yù)處理→210 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF精煉→RH精煉→連鑄機(jī)澆注→鑄坯緩冷48 h→軋制。連鑄機(jī)為達(dá)涅利板坯連鑄機(jī)，鑄坯斷面300 mm×2300 mm，鑄機(jī)弧半徑9.5 m，具備大包下渣檢測、全程保護(hù)澆鑄、結(jié)晶器液位自動(dòng)控制、二冷動(dòng)態(tài)配水和動(dòng)態(tài)輕壓下等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)工作拉速0.8～1.4 m/min。鋼板厚度90 mm，壓縮比3.3。

2.2 探傷不合格試樣加工

鋼板出現(xiàn)探傷不合格位置為距離鋼板兩側(cè)邊部230～280 mm沿著長度方向區(qū)域縱向斷續(xù)分布的連續(xù)缺陷波，缺陷深度基本在鋼板厚度方向中心位置。對(duì)探傷不合格位置標(biāo)識(shí)取樣，并沿著標(biāo)識(shí)位置的鋼板厚度方向切開，觀察分析鋼板內(nèi)部質(zhì)量。

2.3 微觀分析

對(duì)鋼板探傷檢測出缺陷的位置試樣進(jìn)行微觀分析，光鏡50倍下對(duì)該截面進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)鋼板厚度方向中心位置出現(xiàn)較長的夾雜物帶，長度約600～1400μm，如圖1所示。光鏡200倍下對(duì)該截面進(jìn)行觀察，在鋼板厚度方向中心位置發(fā)現(xiàn)大量孔洞，沿軋制方向成線性排列在中心位置，長度約在500～1000μm不等，單個(gè)“孔洞”大小約20～40 μm，如圖2所示。

圖1 50倍光鏡下夾雜物帶

圖2 200倍光鏡下孔洞

采用鎢燈絲掃描電鏡對(duì)夾雜物進(jìn)行能譜分析，發(fā)現(xiàn)為TiN、NbN等夾雜物。對(duì)孔洞進(jìn)行能譜分析，內(nèi)部成分僅有Fe、Si、O等元素，未發(fā)現(xiàn)其他元素?？梢酝茢?，孔洞不是夾雜物脫落造成的，應(yīng)為縮孔或者疏松，單個(gè)縮孔的直徑在20～40μm，多個(gè)縮孔沿軋制方向成片分布。

研究結(jié)果表明，造成鋼板探傷不合格主要原因?yàn)楹穸确较蛑行奈恢玫拿嫘螉A雜物帶和孔洞，此類缺陷來源于連鑄坯凝固末端的夾雜物富集偏析以及中心縮孔，又因?yàn)檐堉茐嚎s比小，缺陷很難軋制緩解，導(dǎo)致鋼板探傷不合格。需重點(diǎn)從解決連鑄坯中心偏析和縮孔方面制定切實(shí)可行對(duì)策，從而提升鋼板內(nèi)部質(zhì)量。

3 提升連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量控制對(duì)策

3.1 實(shí)行窄成分控制

鑄坯從表面到中心結(jié)晶過程中，鋼中一些溶質(zhì)元素（C、S、Mn、Ti等）在固液邊界溶解并平衡移動(dòng)，發(fā)生再分配，從柱狀晶析出的溶質(zhì)元素排到尚未凝固的鋼液中，隨著結(jié)晶的繼續(xù)進(jìn)行，把富集的溶質(zhì)元素推向最后凝固中心，產(chǎn)生鑄坯的中心偏析。對(duì)鋼中影響鑄坯中心偏析元素實(shí)行窄成分控制，降低凝固末端溶質(zhì)的富集。

3.2 鋼水潔凈度控制

從精煉渣成分設(shè)計(jì)、精煉工藝、軟吹時(shí)間、鎮(zhèn)靜時(shí)間等方面優(yōu)化精煉工藝，制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，提升鋼水潔凈度，為鑄坯內(nèi)部質(zhì)量提高創(chuàng)造良好的鋼水條件，減少夾雜物在凝固末端的富集。

3.3 鋼水N含量控制

煉鋼工序從轉(zhuǎn)爐、LF、RH、連鑄機(jī)全流程嚴(yán)格控制鋼水N含量，中包鋼水N含量控制在35×10-6及以下，減少TiN、NbN等夾雜物的析出與富集。

3.4 推行鑄機(jī)“三恒澆注”

優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏，并精準(zhǔn)控制鋼水過熱度，盡量控制在25℃以下；鑄機(jī)推行三恒澆注，即恒溫、恒中包液面、恒拉速澆注，穩(wěn)定結(jié)晶器液面，避免澆注工藝波動(dòng)影響連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。

3.5 加強(qiáng)二冷噴嘴檢查

二冷噴嘴發(fā)生堵塞若未及時(shí)清理，鑄坯冷卻不均勻，自動(dòng)模型對(duì)凝固末端判斷失準(zhǔn)，影響壓下位置準(zhǔn)確性，不利于凝固末端質(zhì)量控制。應(yīng)加強(qiáng)二冷噴嘴檢查，確保冷卻效果。

3.6 精準(zhǔn)控制扇形段輥縫

精準(zhǔn)控制扇形段輥縫在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，確保鑄坯在扇形段中運(yùn)行時(shí)各個(gè)輥縫的壓下精度，避免因壓下精度不準(zhǔn)確導(dǎo)致連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量惡化。

3.7 動(dòng)態(tài)輕壓下優(yōu)化

動(dòng)態(tài)輕壓下三個(gè)關(guān)鍵工藝控制參數(shù)：壓下率、壓下量、壓下區(qū)間，工藝模型如圖3所示。

圖3 動(dòng)態(tài)輕壓下工藝模型

不同鋼種的凝固理論表明，合金含量小鋼種在凝固過程中具有兩相區(qū)長，凝固坯殼較軟特點(diǎn)。在實(shí)踐生產(chǎn)中，對(duì)比不同鋼種連鑄機(jī)扇形段實(shí)際壓力可以看出，采用相同的輕壓下工藝參數(shù)，合金含量較小鋼種扇形段實(shí)際壓力明顯小于合金含量高的鋼種。需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)鋼種，優(yōu)化動(dòng)態(tài)輕壓下參數(shù)。確保壓下量執(zhí)行到凝固末端的液芯，起到減輕中心偏析的作用。

3.8 大壓縮比軋制

優(yōu)化訂單設(shè)計(jì)，實(shí)行大壓縮比軋制，能緩解鑄坯內(nèi)部偏析、縮孔對(duì)鋼板內(nèi)部質(zhì)量的影響，一般探傷要求的鋼種需保證壓縮比≥6，超厚規(guī)格使用復(fù)合制坯工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

4 效果驗(yàn)證

通過控制對(duì)策實(shí)施，連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量得到很大改善，鑄坯低倍檢驗(yàn)中心偏析C2.0級(jí)及以下達(dá)標(biāo)率由76%提升至98%以上，中心縮孔基本消失。高強(qiáng)鋼板探傷合格率由97.8%提升至99.1%。