CN101419139A - 一种防止探伤专用钢板产生氢致裂纹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防止探伤专用板产生氢致裂纹的方法，其特点是在没有RH或VD真空处理的条件下，通过控制大包覆盖剂、中包覆盖剂水分，以减少LF炉精炼和连铸过程中钢水增氢；采用铸坯堆垛缓冷48小时，促进氢的扩散，使铸坯中氢含量小于3ppm；在钢板轧后采用堆垛缓冷24～48小时，充分逸出氢和消除内应力，使钢板中H含量小于1ppm，避免探伤专用板心部氢致裂纹的产生。本发明无需采用RH/VD真空处理设备和专用扩氢设备，生产成本低，具有大幅度降低钢板心部产生氢致裂纹的几率，并大幅度提高容器、桥梁、锅炉、管线钢、建筑结构用等探伤专用板探伤合格率的优点。

Description

一种防止探伤专用钢板产生氢致裂纹的方法

技术领域

本发明属于中厚板制造工艺，特别是提供了一种防止探伤专用板产生氢致裂纹的方法，适用于容器、桥梁、锅炉、管线钢、建筑结构用等各钢种探伤专用板的生产。

背景技术

容器、桥梁、锅炉、管线钢、建筑结构用等重要用途的热轧钢板除了满足尺寸规格、力学性能和表面质量等要求外，均要求超声波探伤检验，以保证工程的安全可靠性。但由于探伤合格率低，且波动很大，严重影响生产周期、合同交货期及生产成本，探伤问题已成为品种钢发展的瓶颈。

影响钢板探伤不合的因素有氢、偏析、夹杂物等，但经过对不同钢种大量的对比试验、检验和分析，确定钢板心部的氢致裂纹是造成钢板探伤不合的主要因素。

钢板探伤不合的超声波检验图形见图1，钢板心部氢致裂纹照片见图2～图4，钢板探伤合格组织照片见图5。

钢板探伤不合主要机理是：在冶炼和浇注过程中，氢进入钢液，在铸坯凝固过程中，随着温度的下降，氢在钢中的溶解度不断降低。铸坯逐渐冷却时，部分氢逐渐向外扩散，而部分氢仍以原子状态过饱和地固溶在钢中，随后部分氢沉淀到铸坯心部的缩孔、疏松以及夹杂物等孔隙中，结合成分子氢。当铸坯轧制时，孔隙受压缩，孔隙中部分分子氢，由于体积压缩而对周围金属较大的压力。

当钢板快速冷却降到300℃温度以下，钢中过饱和的氢不断析出，不断向心部孔隙中集聚，并结合成氢分子形成很大的氢压力。在氢压与内应力交互作用下，超过了金属强度极限，从而产生了心部裂纹，最终导致超声波探伤检验不合格。

根据上述探伤不合的机理，关键是要解决钢中的氢气含量高的问题。

国内外降低钢中氢气含量的主要方法有：

1.采用RH或VD真空处理，降低氢含量，使钢中氢≤2ppm。但该方法设备投入大，成本高。

2.采用氢扩散处理的方法，钢材在专用的扩散热处理炉、缓冷箱、等设备进行氢的扩散，该方法受场地限制，且成本高。

3.采用钢水中添加钛元素的方法，如专利号为CN101033513A的中国发明专利公开说明了“一种抑制氢致离层缺陷的无缝钢管制造方法”。在钢水冶炼后加入0.010～0.030％钛，其机理是形成TiC析出相，人为制造不可逆氢陷阱，捕捉陷阱周围的氢分子，防止氢的偏聚，从而抑制钢坯内部氢致裂纹的产生，以解决钢管离层缺陷的问题。

容器、桥梁、锅炉、管线钢、建筑结构用等品种钢，其中部分钢种含有钛元素，探伤统计结果表明钛含量与钢板探伤合格率没有对应关系，如含Ti0.019～0.021％的X60管线钢等钢种，在采用本发明方法前，探伤合格率一直较低。经研究钛元素对抑制钢板心部氢致裂纹作用很小。

本发明控制氢含量的方法是通过控制大包覆盖剂、中包覆盖剂水分及板坯、成品钢板采用堆垛缓冷来实现的，没有使用专用的设备进行扩氢处理，所以，本发明不同于上述方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止探伤专用钢板产生氢致裂纹的方法，特别是在没有RH或VD真空处理设备和专用氢扩散等设备的条件下，或为降低成本不使用真空处理设备情况下，通过降低钢中氢含量，防止钢板心部氢致裂纹的产生，以解决探伤专用板探伤合格率低的问题。

本发明的目的可以通过如下具体方法来实现：

(1)在LF炉冶炼前对大包覆盖剂、中包覆盖剂辅料进行烘烤，使大包覆盖剂、中包覆盖剂水分含量≤0.5％。

(2)厚220mm-250mm板坯切割后，进行堆垛缓冷，堆垛缓冷温度800～950℃，堆垛缓冷时间48小时，使铸坯中氢含量≤3ppm。

(3)厚度18～70mm成品钢板空冷至260～500℃时，在冷床区域快速将钢板进行堆垛缓冷，堆垛缓冷温度260～500℃时，钢板堆垛块数≥8块，厚≥30～70mm钢板堆垛缓冷时间为48小时，厚≥18mm～<30mm钢板堆垛缓冷时间为24小时，使成品钢板最终氢含量小于1ppm。

采用铁水脱硫处理、LF精炼、全保护浇铸等方式，控制O、S、P含量和夹杂物数量，进行Ca变性处理，使钢中MnS和Al2O3等夹杂物变性为类球状夹杂物，其有害元素控制S：≤0.010％、P：≤0.022％，为保证钢板内在质量打下基础。

在LF精炼和连铸过程中，需要加入辅料有合成渣、铝矾土、Si-Ca线、鲁山石灰、大包覆盖剂、合成渣等，经过多次测量水分，只有大包覆盖剂和中包覆盖剂水分含量超标，见表1。为了节约成本，减少工作量，采用重点控制大包覆盖剂和中包覆盖剂水分含量的方法。在LF炉冶炼前对大包覆盖剂、中包覆盖剂进行烘烤，确保≤0.5％。

表1  没进行处理的主要原辅料水分测定结果(％)

 

Si-Ca线	合成渣	铝矾土	鲁山石灰	二耐石灰	大包覆盖剂	中包覆盖剂	保护渣	C粉
									0.21	0.05	0.18	0.07	0.03	0.78	2.03	0.33	0.18
0.34	0.22	0.20	0.15	0.02	1.48	0.80	0.10	0.58
									0.56	0.10	0.21	0.03	0.03	1.94	2.41	0.24	0.57
0.16	0.01	0.12	0.12	0.02	1.57	1.11	-	0.52
									0.13	0.02	0.24	0.05	0.04	-	1.28	0.30	0.36
0.27	0.03	0.10	0.02	0.02	1.18	-	0.32	-
									0.05	0.00	0.12	0.00	0.02	1.04	0.84	0.51	0.66
1.40	0.04	0.08	0.02	0.05	1.57	0.92	0.29	0.47
									0.20	0.02	0.07	0.09	0.02	1.24	0.36	1.31	0.52
0.62	0.03	0.09	0.10	0.00	2.06	1.14	0.46	0.49

厚220mm-250mm板坯切割后，将板坯进行堆垛缓冷，板坯堆垛温度800～950℃，堆垛缓冷时间48小时，使铸坯中氢含量≤3ppm。

板坯经加热—控制轧制—控制冷却—热矫直后，厚度18～70mm成品钢板空冷至260～500℃时，在冷床区域快速将钢板堆垛缓冷，钢板堆垛块数≥8块，厚≥30～70mm钢板堆垛缓冷时间为48小时，厚≥18mm～<30mm钢板堆垛缓冷时间为24小时。钢板所采取的缓冷时间是根据氢扩散模拟计算结果来确定的。

本发明具有如下优点：

无需采用RH或VD等真空处理和专用氢扩散设备，本发明方法简单、实用、成本低。通过本发明方法的实施，容器、桥梁、锅炉、管线钢、建筑结构用等各钢种探伤专用板全年平均探伤合格率由70％左右提高到97％以上，并实现在现有工艺设备条件下，低成本生产高质量探伤专用板产品。

附图说明

图1为厚40mm钢板探伤不合的超声波图形照片。探伤缺陷波高度为68％左右，缺陷的位置在20mm处，钢板厚度40mm的一半，即钢板的心部。

图2为厚70mm钢板探伤不合心部裂纹照片。

图3为厚48mm钢板探伤不合心部珠光体中穿晶裂纹照片。

图4为厚48mm钢板探伤不合裂纹穿过贝氏体组织形态照片。

图5为厚48mm钢板探伤合格组织形态照片。

具体实施方式

本发明将结合实例对防止探伤专用钢板产生氢致裂纹的方法进一步详述：

实施例1：

X60管线钢采用两种工艺进行生产，6C05605炉采用工艺方式为本发明方法，即采用控制辅料水分+铸坯缓冷48小时+成品钢板堆垛缓冷24小时。6C05606炉采用原工艺方式，即没有控制辅料水分+铸坯没有缓冷+成品钢板空冷。炉号6C05605、6C05606铁水脱硫、转炉冶炼、LF炉精炼、铸坯加热、控轧控冷等采用相同的生产工艺。用220mm×1600mm×2800mm板坯轧制成品尺寸20mm×1875mm×11800mm X60管线钢。X60管线钢化学成分如表2，X60管线钢两种工艺探伤对比结果如表3。如表3所示，6C05605炉采用本发明工艺方式探伤合格率100％，而6C05606炉采用原工艺方式探伤合格率只有39.63％。

表2  X60管线钢化学成分(wt％)

 

炉号	C	Si	Mn	P	S	Alt	Als	V	Ti	Nb	Mo	Ca
													6C05605	0.06	0.38	1.58	0.010	0.003	0.0426	0.0379	0.065	0.019	0.066	0.079	0.0028
6C05606	0.05	0.39	1.50	0.011	0.002	0.0392	0.0363	0.069	0.021	0.061	0.075	0.0033

表3  X60管线钢两种工艺探伤对比结果

实施例2：

表4列出了16MnR、Q345GJCZ15、Q460C钢种采用两种工艺的探伤对比结果。如表4所示，采用本发明工艺方式钢板的探伤合格率范围在95.17～100％，而采用原工艺方式钢板的探伤合格率范围在54.87～79.25％，显然，采用本发明工艺方式后，钢板探伤合格率得到明显提高。

表4  X60管线钢两种工艺探伤对比结果

Claims (1)

1、一种防止探伤专用板产生氢致裂纹的方法，其特征在于：所述的方法步骤如下：

(1)在LF炉冶炼前对大包覆盖剂、中包覆盖剂辅料进行烘烤，使大包覆盖剂、中包覆盖剂水分含量≤0.5％。

(2)厚220mm-250mm板坯切割后，进行堆垛缓冷，堆垛缓冷温度800～950℃，堆垛缓冷时间48小时，使铸坯中氢含量≤3ppm。

(3)厚度18～70mm成品钢板空冷至260～500℃时，在冷床区域快速将钢板进行堆垛缓冷，堆垛缓冷温度260～500℃时，钢板堆垛块数≥8块，厚≥30～70mm钢板堆垛缓冷时间为48小时，厚≥18mm～<30mm钢板堆垛缓冷时间为24小时，使成品钢板最终氢含量小于1ppm。

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