汪磊

摘要：本文在分析鋼板及鑄坯表面缺陷基礎(chǔ)上，通過鋼板缺陷的宏觀、微觀分析，以及鑄坯表面缺陷檢驗(yàn)分別進(jìn)行探討，論述了中板缺陷原因，并提出相應(yīng)的解決措施，對(duì)于今后避免出現(xiàn)壓力容器鋼中板橫裂紋問題具有一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞：壓力容器，中板橫裂紋，原因分析，解決對(duì)策

中圖分類號(hào)：TF703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

0 引言

在分析應(yīng)用壓力容器用鋼過程中，主要的晶種涉及到Q245R、Q345R，16MnDR。其中，壓力容器使用的鋼中板表面橫裂紋出現(xiàn)較多，主要代表為16MnDR和Q345R為主。這里通過相關(guān)的手段進(jìn)行中板表面缺陷的分析，排查相關(guān)的重點(diǎn)參數(shù)，主要方法包括加熱打回爐觀察、金相分析、電鏡觀察以及酸浸檢驗(yàn)等[1]，最后提出相關(guān)的措施，有效保證壓力容器用鋼的質(zhì)量，使得經(jīng)濟(jì)效益能夠得到明顯提高。

1鋼板及鑄坯表面缺陷分析

1.1 鋼板缺陷的微觀分析

利用電子投射鏡對(duì)于鋼板的相關(guān)典型缺點(diǎn)問題進(jìn)行檢查，裂紋則是沿表層斜向而進(jìn)入鋼基，氧化亞鐵在裂紋內(nèi)進(jìn)行鑲嵌，經(jīng)過仔細(xì)觀察，相關(guān)的雜物、有害元素并沒有發(fā)現(xiàn)。珠光體+鐵素體則是在鋼種的組織，這種顯微觀察可在3%硝酸酒精侵蝕后實(shí)現(xiàn)，厚約40 μm的脫碳層可以明顯在鋼板裂紋周圍發(fā)現(xiàn)。這樣可以進(jìn)行有效推斷，脫碳層厚度則是說明，在鋼板軋制過程中，連鑄坯缺陷并沒有進(jìn)行相應(yīng)的有效焊合處理而成，這樣就造成了鋼板裂紋。

1.2 鋼板缺陷的宏觀形貌

在鋼板下表面，進(jìn)行相應(yīng)的坯料縱向軋制過程中，嚴(yán)重裂紋出現(xiàn)在鋼板東側(cè)的400～500 mm位置，形狀則表現(xiàn)為不規(guī)則的裂紋，這樣基本可以判斷其為山峰狀的3～4 mm深度的橫裂缺陷。

1. 3鑄坯表面缺陷檢驗(yàn)

進(jìn)行鑄坯的“打回爐”分析則是進(jìn)行快速判定的有效手段，特別適用于裂紋發(fā)生的開始階段。在分析“打回爐”過程中，先進(jìn)行正常加熱連鑄坯，表面較厚的氧化鐵皮的除去操作則是通過高壓噴水進(jìn)行，這樣就可以對(duì)于鑄坯缺陷的形貌等問題進(jìn)行快速的查看，能夠利用眼睛進(jìn)行較為直觀的觀察。

一般來說，厚1～3mm的氧化鐵皮存在于連鑄坯表面，觀察進(jìn)行加熱除鱗后的鑄坯表面，就能較為有效地觀察鑄坯表面缺陷的嚴(yán)重程度。

2 中板缺陷原因分析

分析鑄坯表面以及鋼板的缺陷過程，在連鑄坯東側(cè)距邊部450mm附近，存在一定的橫裂紋，這往往是由于后部軋制中并沒有進(jìn)行相應(yīng)的有效焊合處理。經(jīng)過跟蹤分析，在鑄坯內(nèi)弧表面發(fā)現(xiàn)橫裂紋，充分考慮缺陷特性基礎(chǔ)上，可以分析相關(guān)的鋼質(zhì)內(nèi)部的夾雜以及氣體的影響，還可以同時(shí)分析矯直時(shí)二冷夾輥、鑄坯的應(yīng)力狀態(tài)等外部應(yīng)力問題[2，3]。

2. 1連鑄機(jī)設(shè)備的影響

由于鋼廠的裝備使用時(shí)間比較長(zhǎng)，部分參數(shù)的調(diào)控能力經(jīng)過改進(jìn)后仍不能有效滿足生產(chǎn)要求。分析二冷區(qū)鑄坯產(chǎn)生的應(yīng)變，可以發(fā)現(xiàn)，夾輥不對(duì)中容易引起這個(gè)問題。所以，支撐輥的對(duì)中精度應(yīng)該在生產(chǎn)過程中進(jìn)行有效保證，精度處理在連鑄坯凝固末端處應(yīng)該格外重視。另外，應(yīng)該控制連鑄坯凝固末端夾輥正偏差在3mm內(nèi)，應(yīng)該保證臨界應(yīng)力大于變形應(yīng)力的要求。因此，應(yīng)該全面檢修相關(guān)的連鑄機(jī)，保證相關(guān)參數(shù)的技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)過相關(guān)檢修，橫裂紋依然通過跟蹤發(fā)生在鑄坯表面上，在通過多次酸浸抽樣分析，并沒明顯改善裂紋的缺陷程度，所以，缺陷突然發(fā)生的最直接原因并不是裝備方面，不應(yīng)該把整體對(duì)弧的二冷機(jī)架作為改善的重點(diǎn)問題。

2. 2化學(xué)成分的影響

第一，在氮含量的影響方面。主要通過分析鋼內(nèi)的Al， Ti， Nb的三方面影響分析進(jìn)行，上述微量合金元素與N結(jié)合的氮化物進(jìn)行分析，這影響著鋼的高溫延塑性方面問題。

首先，對(duì)于Ti的影響方面，TiN則會(huì)在Ti的連鑄過程中實(shí)現(xiàn)，Al形成則受到TiN的抑制，導(dǎo)致鑄坯裂紋指數(shù)有所降低，形成粗大的晶粒。但是，經(jīng)過分析，Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.01 %左右，影響坯高溫塑性很低；其次，對(duì)于Al的影響方面，一般來說，容易在奧氏體晶界析出A1N，這樣就是晶界滑移出現(xiàn)，微細(xì)析出物粒子造成一定的晶界破壞；第三，在Nb的影響方面，在連鑄時(shí)，Nb在晶界處析出Nb（CN），這樣就會(huì)使得鑄坯晶間強(qiáng)度有所降低，出現(xiàn)裂紋問題。這里進(jìn)行六西格瑪工具進(jìn)行檢驗(yàn)判斷，主要判斷Al， Ti， Nb成份的變化影響問題。在16MnDR中，Nb的p=0.96 > 0.05，A1的p=0.97>0.05；在Q345R中，得到Ti的p=0.76 > 0.05，A1的p=0.86 > 0.05。這樣，就說明裂紋發(fā)生前后變化并不明顯。所以，本次批量橫裂的主要原因并不是相應(yīng)的Al， Ti， Nb的變化。但是，還應(yīng)該根據(jù)要求，控制[N]在51×10-6以下。

第二，在硫含量的影響方面。在Mn/S ≤50情況下，容易出現(xiàn)較差的鋼高溫塑性問題。在本例中，經(jīng)過分析，Mn/S則大于120，能夠滿足生產(chǎn)要求，并不是M n/S含量的原因。

第三，分析矯直區(qū)脆性方面。拉應(yīng)力則在連鑄機(jī)拉鋼過程中，作用于鑄坯內(nèi)弧表面，當(dāng)上述內(nèi)弧表面的拉應(yīng)力達(dá)到一定的臨界值，則會(huì)造成內(nèi)部裂紋問題。其中，分析連鑄過程中的鋼，其一共存在于三個(gè)低塑性脆性區(qū)域，第III脆性區(qū)則是容易發(fā)生在鋼坯處于轎直區(qū)域的狀態(tài)下，這樣就讓橫向裂紋出現(xiàn)在鑄坯內(nèi)弧表面中，基本類似于上述出現(xiàn)的裂紋。

相比于正常爐號(hào)，有裂紋爐號(hào)的二冷室溫度較低，能夠降低45℃左右，其中，二冷室平均溫度在800℃之下，具有位于第III脆性區(qū)的鑄坯溫度，所以，鑄坯橫裂的主要原因則是由于矯直溫度落于高溫脆性區(qū)所致。

當(dāng)?shù)貧鉁伢E降也是影響原因，使得二冷水溫度能夠收到影響，由原來的18 ℃降低至6 ℃左右，這主要是由于冷卻塔循環(huán)冷卻則是二冷水的主要方式，12℃的降幅經(jīng)過相關(guān)分析和計(jì)算，能夠?qū)е鲁隼鋮^(qū)溫度降低最少有14℃，這樣就造成平均冷卻水溫度降低的問題，一般來說，能夠造成降低8℃左右。

所以，應(yīng)該對(duì)二冷水比水量整體進(jìn)行降低10%左右，一定要控制好溫度，保證其在25～40 ℃之間，這樣就能夠保證生產(chǎn)質(zhì)量要求。

3 結(jié)語

在分析上述的裂紋結(jié)果中，應(yīng)該做好原材料控制，還應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面的問題，一是，A1N， Nb（CN）等對(duì)高溫塑性影響應(yīng)盡量減少，控制[N]質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.0045%，控制A1含量在0.02 -0.04 %；二是，重視冬季的二冷水溫度降低問題，應(yīng)該進(jìn)行夏、冬的區(qū)分調(diào)節(jié)，保證結(jié)晶器入水溫度在25～35℃中；三是，檢修鑄機(jī)鑄坯凝固末端夾輥過程中，應(yīng)該保證質(zhì)量和要求，水平設(shè)置二冷凝固末端夾輥，控制其偏差在3.0mm之內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫斌， 許安俊. 高壓止回閥斷裂失效分析[J]. 壓力容器，2012，29（1）.

[2] 潘建華， 陳學(xué)東， 韓豫. -196℃奧氏體不銹鋼母材與焊縫的動(dòng)態(tài)斷裂韌性[J]. 爆炸與沖擊，2013，33（4）.

[3] 黃儉. 力容器斷裂分析及應(yīng)用[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2014，（27）.