張曉欽，吳海虹

（江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司，江蘇 張家港 215625）

船板鋼主要用于制造各類船舶設(shè)施及各種海洋工程裝備，由于受惡劣的工作環(huán)境影響，其需要承受較大的風(fēng)浪沖擊和交變負(fù)荷作用。為保證船體結(jié)構(gòu)及海工裝備安全可靠，除要求鋼板具有良好的強(qiáng)度、塑性、韌性要求外，還需具備良好的內(nèi)部質(zhì)量，不能存在影響使用安全的裂紋、縮孔和夾層等危害性缺陷。

超聲波探傷是檢驗(yàn)船板鋼內(nèi)部質(zhì)量最為常見檢測(cè)手段，可無(wú)損檢測(cè)鋼板內(nèi)部缺陷[1-2]。在對(duì)船板鋼進(jìn)行探傷時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)探傷不合問(wèn)題，此問(wèn)題也是各鋼廠生產(chǎn)過(guò)程中常見的質(zhì)量問(wèn)題[3-4]。由于超聲波探傷僅可確認(rèn)鋼板內(nèi)部缺陷的尺寸、位置和數(shù)量等信息，但對(duì)于造成探傷不合的原因還需進(jìn)一步分析確認(rèn)。本文針對(duì)探傷不合船板鋼的缺陷類型及產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，從而為提高船板內(nèi)部質(zhì)量提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及生產(chǎn)流程

試驗(yàn)所選用的鋼板為28 mm厚的高強(qiáng)度船板鋼DH36，化學(xué)成分要求見表1。生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水→KR預(yù)脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→RH脫氣→保護(hù)澆鑄→板坯緩冷→板坯再加熱→除鱗→控溫軋制→軋后控冷→熱矯直→冷床冷卻→超聲波探傷→切割精整→入庫(kù)。

表1 DH36船板鋼化學(xué)成分

1.2 試驗(yàn)方法

利用PXUT-300C手持式超聲波探傷儀對(duì)探傷不合鋼板進(jìn)行缺陷確認(rèn)并標(biāo)記缺陷位置；隨后將包含缺陷位置的部分取下；利用線切割方式沿缺陷部位中心位置對(duì)樣品進(jìn)行剖分。將剖分面進(jìn)行研磨、拋光并用4%的硝酸酒精進(jìn)行腐蝕。利用Zeiss金相顯微鏡觀察剖分面缺陷形貌及金相組織；利用Zeiss Evo18掃面電鏡在缺陷位置處進(jìn)行形貌觀察并分析鋼中夾雜物；利用電子探針對(duì)鋼板成分偏析情況進(jìn)行分析；利用直讀光譜儀、CS聯(lián)測(cè)儀對(duì)鋼板化學(xué)成分進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 探傷情況

經(jīng)探傷，缺陷主要位于鋼板厚度1/2處，為連續(xù)性缺陷，缺陷長(zhǎng)度2~5 mm，沿全板彌散分布，無(wú)明顯位置特征。

2.2 成分分析

表2和圖1為所取鋼板化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果及鋼板厚度方向元素偏析情況。從化學(xué)分析結(jié)果來(lái)看，鋼中各化學(xué)元素種類及含量未見異常，P、S雜質(zhì)元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)；但從電子探針?lè)治觯‥PMA）結(jié)果來(lái)看，鋼板心部存在不同程度的C、Mn的偏析以及異常的Nb、Ti偏析峰。

圖1 鋼板厚度方向EPMA成分分析結(jié)果

表2 化學(xué)成分分析結(jié)果

2.3 顯微組織觀察

圖2和圖3為缺陷鋼板顯微組織。從顯微組織來(lái)看，鋼板組織主要為鐵素體+珠光體組織，但在鋼板厚度1/2位置處存在貝氏體組織，如圖2所示。

隨后針對(duì)探傷不合樣品利用掃描電鏡進(jìn)行觀察分析，發(fā)現(xiàn)厚度1/2處存在單個(gè)裂紋長(zhǎng)度在300~500μm，呈斷續(xù)分布的微裂紋。該類裂紋主要沿偏析帶擴(kuò)展，且裂紋內(nèi)部存在MnS及（Nb，Ti）N夾雜物，如圖3所示。

3 原因分析

由于在鋼板厚度1/2處已觀察到斷續(xù)分布的微裂紋，因此推測(cè)該類型裂紋是造成船板鋼探傷不合的直接原因，但對(duì)于微裂紋產(chǎn)生原因有必要進(jìn)一步分析，從而避免該問(wèn)題再次發(fā)生。

結(jié)合成分分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋼板心部附近存在偏析問(wèn)題，C、Mn含量較其他位置增高（圖1）。C、Mn作為增加淬透性元素，其含量增加導(dǎo)致位置相變組織由鐵素體+珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w（圖2）。貝氏體組織與鐵素體+珠光體組織相比，強(qiáng)度增加但韌、塑性變差。此外，在貝氏體組織內(nèi)部觀察到大量MnS及（Nb，Ti）N夾雜物。由于夾雜物尖端存在應(yīng)力集中，夾雜物成為鋼板開裂的重要裂紋源，他們的存在進(jìn)一步加劇了鋼板開裂傾向[5-6]。對(duì)裂紋位置的觀察分析結(jié)果也表明，微裂紋多沿偏析帶分布，且裂紋內(nèi)部觀察到MnS及（Nb，Ti）N夾雜物（圖3）。

圖2 鋼板金相組織

通過(guò)上述分析可以看出，微裂紋的存在是造成船板探傷不合的直接原因，心部偏析產(chǎn)生的貝氏體組織及MnS、（Nb，Ti）N夾雜物是造成船板鋼探傷不合的根本原因。為改善船板鋼探傷不合問(wèn)題，需改善鋼板心部偏析同時(shí)控制鋼中MnS、（Nb，Ti）N夾雜物尺寸及數(shù)量。

4 結(jié)論

（1）探傷不合鋼板心部存在偏析帶，偏析帶處的顯微組織呈現(xiàn)為貝氏體組織；偏析帶內(nèi)有斷續(xù)分布的300~500μm的微裂紋，裂紋內(nèi)部觀察到MnS、（Nb，Ti）N夾雜物。

（2）微裂紋是造成船板探傷不合的直接原因，鋼板心部偏析產(chǎn)生的貝氏體組織及MnS、（Nb，Ti）N夾雜物是造成船板鋼探傷不合的根本原因。