Q420高強(qiáng)鋼板探傷不合格原因分析及改善措施

0 引言

目前中厚板應(yīng)用較廣泛，高層建筑、碼頭起重設(shè)備、船舶、海上石油平臺等項(xiàng)自均有應(yīng)用，國內(nèi)諸多大型鋼鐵企業(yè)都保有一定數(shù)量的中厚板產(chǎn)量。隨著中厚板市場競爭的日趨激烈，用戶對板材質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，中厚板質(zhì)量要求的高標(biāo)準(zhǔn)已成為各企業(yè)追求的目標(biāo)。（以下簡稱：九鋼）目前生產(chǎn)有Q355C/D、Q345R、橋梁鋼、高建鋼、Q390/420高強(qiáng)鋼等品種板材，其中Q390/420高強(qiáng)鋼探傷合格率一直較差，既影響了生產(chǎn)，又對公司的板材市場形象造成了不良影響。本文針對九鋼Q420高強(qiáng)鋼板探傷不合格鋼板進(jìn)行研究分析，并提出相關(guān)措施，以期達(dá)到提高Q420B高強(qiáng)鋼板探傷合格率的目的。

1現(xiàn)狀描述

九鋼目前擁有一臺年產(chǎn)量170萬噸的單流弧形連鑄機(jī)，鑄機(jī)配備二冷區(qū)電磁攪拌、動(dòng)態(tài)輕壓下、二冷區(qū)動(dòng)態(tài)配水等系統(tǒng)，鑄壞常規(guī)斷面厚度為 170mm 和 250mm ，寬度為 1900mm 和2060mm 。九鋼板壞連鑄機(jī)設(shè)備參數(shù)見表1。

表1九鋼板壞連鑄機(jī)設(shè)備參數(shù)

前期九鋼品種板探傷合格率為 92.4% ，其中Q420高強(qiáng)鋼板探傷合格率 57.6% ，如表2所示，大批量的Q420高強(qiáng)鋼板探傷不合格造成鋼板不得不降級處理并進(jìn)行補(bǔ)生產(chǎn)，即提高了板材生產(chǎn)成本、影響生產(chǎn)秩序，又導(dǎo)致Q420高強(qiáng)鋼板不能如期交貨，對九鋼的板材市場形象造成了不良影響。因此，Q420高強(qiáng)鋼板質(zhì)量亟待改進(jìn)。

表2Q420鋼板探傷合格率數(shù)據(jù)

2 金相電鏡檢測

挑選探傷合格率偏低的20309177、20309514爐次的鋼板進(jìn)行金相研究分析，成分?jǐn)?shù)據(jù)見表3。

表3探傷不合格Q420高強(qiáng)鋼板成分?jǐn)?shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

通過金相分析，板材厚度1/2位置存在大量A、C類夾雜物的偏聚，厚度中部存在嚴(yán)重偏析，偏析帶上沿晶界分布多條裂紋，裂紋內(nèi)嵌布著A類夾雜物。同時(shí)，還可觀察到厚度1/2位置組織極不均勻，且存在大量馬氏體硬相組織，如圖1所示。

圖1金相分析

圖2板材厚度1/2位置觀察到的條狀?yuàn)A雜物3結(jié)論

3 原因分析

探傷不合格的Q420高強(qiáng)鋼板厚度1/2位置存在大量夾雜物偏聚情況，夾雜物主要為Fe、Mn的硫化物夾雜，其中FeS夾雜具有較大危害，其可與Fe形成FeS-Fe低熔點(diǎn)共晶體，熔點(diǎn) 985°C ，且呈網(wǎng)狀分布于晶界，削弱了晶界結(jié)合力，當(dāng)加熱到800～1200 C 軋制時(shí)就會(huì)從晶界開裂形成裂紋，即發(fā)生“熱脆”現(xiàn)象。板材心部馬氏體硬相組織會(huì)造成應(yīng)力集中，在熱應(yīng)力、軋制產(chǎn)生的應(yīng)力等作用下會(huì)形成裂紋并擴(kuò)展。生成馬氏體等硬相組織的主要原因?yàn)镃、 Mn 、S等元素的嚴(yán)重偏析，改變了鋼種的CCT曲線，使其向右偏移，推遲了鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變，得到中低溫轉(zhuǎn)變組織馬氏體。由于硫化物夾雜和馬氏體等硬相組織的共同作用，在板材心部形成了導(dǎo)致Q420高強(qiáng)鋼板探傷不合格的微裂紋。由此斷定，造成Q420高強(qiáng)鋼板探傷不合格的根本原因?yàn)閵A雜物的偏聚和Mn、S等元素的中心偏析的共同作用。

4改善措施

4.1 強(qiáng)化LF爐操作

在轉(zhuǎn)爐出鋼前期采用鋁粒充分脫氧，降低鋼水氧性，鋼水進(jìn)入LF爐后在下電極前往渣面加入鋁粒脫除渣中氧，同時(shí)根據(jù)鋼水進(jìn)站成分及渣樣顏色加入石灰、精煉渣等渣料快速造白渣，并進(jìn)行微正壓操作，確保白渣時(shí)間不低于10分鐘，將鋼中硫含量降低至 0.005% 及以下。成分及溫度達(dá)標(biāo)后出站進(jìn)行軟吹操作，軟吹時(shí)必須確保鋼包底吹氣效果以保證軟吹效果，軟吹以渣面微動(dòng)不裸露鋼水為準(zhǔn)則，軟吹時(shí)間不低于8分鐘，促進(jìn)夾雜物充分上浮，保證鋼中AIs/Alt比值超過 90% 。

4.2恒拉速穩(wěn)態(tài)澆鑄工藝

恒拉速澆鑄技術(shù)是衡量煉鋼生產(chǎn)組織及工藝質(zhì)量控制水平的重要標(biāo)志，拉速的頻繁波動(dòng)對鑄坯內(nèi)部質(zhì)量有不良影響。拉速的頻繁波動(dòng)，影響生產(chǎn)節(jié)奏的穩(wěn)定性，造成精煉工序處理時(shí)間不足，影響鋼水潔凈度；同時(shí)，拉速波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致鑄壞溫度及液芯位置的變化，而連鑄二冷區(qū)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的調(diào)整是根據(jù)公式進(jìn)行理論計(jì)算無法精準(zhǔn)捕捉到實(shí)際生產(chǎn)過程中鑄坯溫度及液芯位置的變化，這就導(dǎo)致動(dòng)態(tài)輕壓下位置和二次冷卻強(qiáng)度與實(shí)際不相符，大大弱化了二冷區(qū)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)改善中心偏析的作用。因此，在生產(chǎn)Q420等高強(qiáng)鋼板時(shí)明確了以連鑄生產(chǎn)為核心，精心組織生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)連鑄整個(gè)過程恒拉速，充分發(fā)揮二冷區(qū)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)減輕鑄坯中心偏析的作用。

4.3鑄壞、鋼板緩冷工藝

所謂鑄坯緩冷，即將出火切機(jī)后的紅壞集中落地堆垛，使其緩慢冷卻一定時(shí)間后再送軋，能起到釋放鑄壞內(nèi)部應(yīng)力、均勻組織、充分溢出鋼中氫和減輕偏析等作用。有研究指出：長時(shí)間的堆垛緩冷處理對鑄壞中心偏析級別有降低作用；板材斷面帶狀組織隨堆垛緩冷時(shí)間增加明顯減輕，說明堆垛緩冷工藝有助于減輕Mn的枝晶偏析，提高板材內(nèi)部質(zhì)量，對此，在生產(chǎn)Q420高強(qiáng)鋼板時(shí)采取鑄壞集中堆垛緩冷36小時(shí)后送軋的措施，以期達(dá)到改善Q420高強(qiáng)鋼板鑄壞內(nèi)部質(zhì)量的目的；同時(shí)通過鋼板快速經(jīng)過冷床下線堆冷24小時(shí)以上。通過以上措施可以明顯改善偏析，避免了因C、 Mn 、S等元素的嚴(yán)重偏析而推遲鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變，從而避免了馬氏體硬相組織的生成及裂紋的產(chǎn)生。

5改善效果

如圖3、4所示，經(jīng)工藝優(yōu)化后Q420高強(qiáng)鋼板厚度1/2位置夾雜物評級為A1.5、D0.5級，厚度1/2位置的金相組織較前期也有明顯改善，未發(fā)現(xiàn)明顯偏析帶、異常的硬相組織及微裂紋，且夾雜物尺寸較小。說明采取上述措施后，Q420高強(qiáng)鋼板質(zhì)量得到了明顯提高。

圖3經(jīng)工藝優(yōu)化后的Q420B高強(qiáng)鋼板厚度1/2位置夾雜物分析

圖4經(jīng)工藝優(yōu)化后的Q420B高強(qiáng)鋼板厚度1/2位置金相組織

表4Q420高強(qiáng)鋼板探傷合格率數(shù)據(jù)

根據(jù)訂單，再次生產(chǎn)了280噸Q420B高強(qiáng)鋼且一次生產(chǎn)成功，訂單得到及時(shí)交付，最終探傷I級合格率為 100% ，改善效果明顯，但從金相組織發(fā)現(xiàn)，厚度1/2位置組織仍不均勻，帶狀組織明顯，易造成探傷不合格，后續(xù)仍需繼續(xù)優(yōu)化相關(guān)工藝，力求進(jìn)一步改善Q420高強(qiáng)鋼板內(nèi)部質(zhì)量及探傷穩(wěn)定性。

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