白松莲，万 潇，王东柱，沈开照，何元春，周希楠
（秦皇岛首秦金属材料有限公司，河北 秦皇岛 066326）
摘 要：介绍了钢板超声波探伤的缺陷类型，对连铸板坯轧制中厚板后出现超声波探伤不合格的钢板进行取样、金相、电镜分析，找出引起中厚板探伤不合格的主要因素是钢中氢含量、铸坯中心偏析以及夹杂物；通过采用RH真空处理、钢水洁净度控制、铸机动态轻压下、加热工艺优化、控轧控冷工艺优化及板材堆垛缓冷等关键工艺技术，使钢板内在质量得到改善，探伤合格率明显提高。
关键词：中厚板；超声波缺陷探伤；氢含量；夹杂物；偏析
1 前言
随着钢板厚度的增加，用户除要求外在质量和力学性能外，绝大多数要求增加探伤检验，由于超声波探伤具有检验面积大和不损害检验试样的优点［1］，国内外各大中厚板生产企业都应用这项技术对钢板进行内部质量的无损检测，合同要求探伤的钢种包括Z 向钢板、管线钢板、建筑结构用钢板、高强船板、容器板、桥梁板及锅炉板等中高端产品。低合金中厚板在超声波探伤检验时，因探伤不合造成产品改判或者报废的现象时有发生，在一定程度上影响了产品交货期及合同兑现率。
为解决高附加值探伤专用板探伤合格率低的问题，2008—2010年开展了技术研究。从理论研究上基本掌握了探伤不合的机理及影响探伤合格率的各因素。通过对生产工艺的关键技术控制，解决了中厚板探伤合格率低的问题。
2 探伤钢板缺陷级别划分
目前订货合同中常用钢板超声波探伤标准有：GB／T2970-2004、JB／T4730．3－2005、EN10160：1999、SEL－072、ASTM A578。应用较多的GB／T2970－2004标准对钢板的要求见表1。
GB／T2970－2004对钢板边缘要求：在钢板周边50mm可检验区域内及坡口预定线两侧各25mm内，单个缺陷指示长度不小于50mm。
相对于国标探伤标准，欧标和德标探伤标准对钢板和钢板边缘也有更为明确的级别划分，尤其对钢板边缘部位的超声波探伤要求更为严格；在国外，客户对钢板边缘提出了严格的要求：“长度在30～50mm 的缺陷相互间距应不大于500mm；长度小于30mm、相互间距小于板厚的若干小缺陷构成连串性的缺陷长度综合不得大于80mm”。客户对钢板板体和钢板边缘内部质量要求越来越严格。
在生产中常见的超声波缺陷为点状（密集）缺陷、面缺陷等，一般板体缺陷为局部的面缺陷，钢板边缘或者侧边则点状（密集）缺陷较为常见［2］。
3 探伤缺陷部位的金相及扫描电镜分析
在钢板探伤不合缺陷处取样，进行金相、扫描电镜分析，得出缺陷处的微观缺陷表现为位于钢板中心厚度的微裂纹、夹杂，如图1、图2所示。
从图1（a）可看出：微裂纹位于钢板厚度方向的芯部，钢板中心成分偏析，在中心出现贝氏体组织，由于其硬度和体积变化不同于周围组织，在钢板内部产生组织应力和内应力。从图1（b）可看出：沿着夹杂物形成的裂纹。对裂纹处的夹杂进行点扫描结果如表2所示。从表2可看出裂纹处的夹杂主要为在轧制后被拉长的MnS长条状夹杂。
图2中的夹杂物分布不均，靠近钢板上表面夹杂物分布较多，夹杂物的长度均在40～230μm 之间，宽度在3～27μm 之间。对缺陷处的夹杂物进行点扫描得出的结果见表3。从表3扫描结果得出：图2（a）和图2（b）中的夹杂物主要为Al2O3、CaO、MgO组成的夹杂物。
从图1中能明显看到沿轧制方向的微裂纹，造成该微裂纹的主要原因是：氢原子在中心偏析区和非金属夹杂物（如MnS）附近积聚析出H2，随着H2浓度的增大，压强也越来越大，氢压力及组织相变应力导致钢板中心偏析部位产生微观裂纹。在探伤缺陷上表现为面缺陷。
图2为点状密集夹杂，一般在钢板上表面的边缘位置，在探伤缺陷上表现为点状密集缺陷。
4 中厚板探伤不合格预防及关键技术
控制密集型点缺陷和微裂纹缺陷的措施：一是控制氢含量；二是提高钢水的洁净度，减少聚集捕捉氢的“陷阱”，即非金属夹杂、偏析等，保证铸坯良好的内部质量。要控制最终钢板中的氢含量和钢板的内部缺陷，需从以下几个方面进行控制。
4.1 钢水洁净度控制
4.1.1 氢含量的控制
采用RH真空脱气处理确保真空过程钢包吹氩良好，真空过程中氩气流量800～1200L／min，要求有效真空处理时间在10min以上，处理后氢质量分数在2X10-6以下，为确保脱氢效果还需要防止处理过程中钢液增氢，脱氢处理模式要求钢包中渣量小于100mm，同时还要保证真空处理装置的密封性。
4.1.2 S含量的控制
探伤板要求低合金系列的桥梁板、容器板等S质量分数控制在0.01％以下，要求Z 向板冶炼钢中S质量分数控制在0.007％以下，管线钢等高级别钢中S质量分数控制在0.005％以下。
采用铁水脱硫扒渣工艺，即包底加脱硫剂，顶枪喷镁工艺，喷吹完成后进行扒渣处理，保证扒渣效果；利用LF炉精炼深脱硫，转炉出钢过程中采用严格挡渣操作，控制下渣量，同时采用铝强脱氧和渣面洒铝粒等措施，形成高碱度、低氧活度、还原性的精炼脱硫渣（“白渣”）。
4.1.3 夹杂物控制
对钢液进行钙处理，使钢中长条形MnS和群簇状的Al2O3变性为类球状复合夹杂物，在精炼结束前采用喂Si－Ca线的方法来保证钢中一定Ca含量，其质量分数为0.0015％～0.0040％，以实现钢中夹杂物变性，并保证充分的软吹和镇静时间。
4.2 提高板坯内部质量
通过动态轻压下技术、改进扇形段设备质量，控制扇形段设备的辊缝偏差；合理优化二次冷却水量来改善铸坯的内部质量，减少铸坯各种内部裂纹、中心偏析、中心疏松的产生，保证探伤钢板用板坯的中心偏析低倍检验在C类1.5级或优于C类1.5级。
4.3 板坯加热均匀控制
保证不同厚度板坯的加热时间，保证出炉温度（1200±20）℃，对于较厚的铸坯，延长加热时间使钢坯温度均匀。
4.4 轧制规程控制
通过低速大压下及增大展宽道次后的压下率，优化轧制工艺减少钢板的芯部缺陷。对于厚规格钢板、无法保证压缩比的探伤钢板应以粗轧阶段变形量为主，在粗轧阶段必须保证道次变形量（不小于20％），并且使压下率逐道次增加。能保证充分的压缩比的，要平衡粗轧阶段与精轧阶段的变形量，在粗轧阶段必须保证道次变形率（不小于15％）以及总压下率（最理想不小于60％），并且做到压下率逐道次增加；在精轧阶段需要控制道次变形量（不小于10％）以及总压下率（最理想不小于70％）。
4.5 板坯、钢板的堆垛缓冷
对板坯和钢板采取在较高温度区间堆垛缓冷，在此温度区间的冷速越低，保持的时间越长，氢扩散越充分，可避免氢在钢中夹杂物部位聚集，形成微观裂纹［3］。实际生产中根据板坯和钢板厚度规格的不同，采用不同的堆冷时间。
5 结语
在现有的炼钢和轧钢设备条件下，通过采用RH 真空处理、钢水洁净度控制、铸机动态轻压下、加热工艺优化、控轧控冷工艺优化及板材堆垛缓冷等关键工艺技术，使探伤板内在质量得到了明显改善，并使Z 向钢、管线钢、建筑结构用钢、容器用钢、桥梁用钢及锅炉用钢等探伤专用板探伤合格率大幅度提高。通过关键工序的重点控制，中厚板按照GB／T2790－2004中的I级探伤合格率达到98％以上。
参考文献：
［1］ 翟华，高景华．探头旋转超声波探伤设备自动控制系统［J］．冶金自动化，2016，40（5）：50．
［2］ 屈芙渠．连铸坯轧板探伤不合的原因及采取的工艺措施［J］．宽厚板，2001（3）：23．
［3］ 袁少威，许少普，王新，等．70～100mm厚低合金钢板探伤不合原因分析及控制［J］．轧钢，2015，32（4）：80．