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第 3 期炉卷轧机生产 X70 管线钢探伤不合的研究刘汝营（南京钢铁股份有限公司，江苏 南京210035）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 3 期2024 年 3 月Vol.44 No.3Mar.2024摘要：文章聚焦于炉卷轧机生产的 X70 管线钢板探伤不合格问题，通过细致的取样分析和深入的实验研究，揭示了内部微观组织异常、成分偏析以及夹杂物存在等关键因素对探伤结果的影响机制。特别是发现了 CaO、Al2O3等夹杂物和 Nb 等成分偏析引发的裂纹生成对探伤结果的显著影响。为解决这些问题，提出了一系列系统性的解决方案，包括优化工艺参数、改进连铸工艺、精细调控板坯加热工艺以及强化铁水脱硫和炼钢工艺等措施。这些方案的实施将有望显著提高钢板的探伤合格率，为管线钢生产提供了实用有效的技术支持。关键词：X70 管线钢；超声波探伤；微观组织；内部质量作者简介：刘汝营（1979），男，山东潍坊人，主要研究方向：技术管理。当前，超声波探伤技术在中厚板无损检测中扮演着主导角色咱1暂。该技术利用超声波在被检测材料中的传播特性，根据材料的声学特性和内部结构的差异，对材料内部的各种缺陷进行探测，包括裂纹、分层、孔洞、气泡、疏松区域以及晶粒粗大等问题咱2-3暂。南钢生产的 X70钢板，是通过将 150mm 厚的钢坯轧制成 17.5mm 厚的板材。然而，在轧制后的探伤阶段，出现了不合格的情况，且缺陷主要分布在部分板面上，且较为明显。1试验取样和检测1.1取样及小试样加工为深入了解 X70 管线钢板探伤不合格的根本原因，首先在钢板头部进行准确而精细的样坯切割，随后将这些样坯精心加工成符合各项检验要求的小试样。这一关键步骤旨在确保获取的试样能够充分代表整体材料的性质，从而在后续的深入分析中获得准确而有利的结论。通过精准取样和小试样加工，为后续的超声波探伤和微观结构分析奠定了可靠的基础，以揭示 X70管线钢板探伤不合格的真实原因。1.2探伤结果初步分析经过对钢板样品进行重新超声波探伤后，初步观察到大部分区域存在着明显的缺陷信号，而且这些缺陷的尺寸相对较大，这极可能是探伤不合格的根本原因所在。这些缺陷的形成应涉及材料的内部结构异常，例如夹杂物的存在或者晶粒的排列异常。在详细分析这些初步结果的同时，将进一步聚焦于缺陷的类型、分布情况，以及其对材料性能的影响。1.3制备标准试样进行深入分析为更深入地理解 X70 管线钢板探伤不合格问题的本质，选择在样坯上探伤不合格的区域精心制备标准试样。这些试样将被用于一系列复杂而详细的检测步骤，其中包括低倍显微镜观察、金相组织分析、夹杂物检测以及扫描电镜观察。通过这些综合的分析方法，能够全面了解不合格区域的微观结构和成分，深入挖掘材料内部的微观缺陷和异常。这种全方位的分析将为找出问题的根本原因提供强有力的支持，为制定有效的解决方案奠定基础。2探伤不合格原因2.1CaO 和 Al2O3夹杂造成探伤不合在钢板的沿板厚方向，观察到了大量的 25滋m 的夹杂物，其中主要成分包括 CaS、CaO、Al2O3等（见图 1、表 1）。这些微小但显著的夹杂物对钢板的内部结构和性能产生了明显的负面影响。特别是在超声波探伤过程中，这些夹杂破坏了板材基体的连续性，导致了应力的集中和不均匀的应力分布。在外力作用下，这些夹杂周围的应力集中区域通常成为裂纹的发生点，从而导图 1氧化铝（Al2O3）与氧化钙（CaO）夹杂分析谱图谱图 1在状态是总计100.00C16.69O35.77Mg2.99Al16.23Ca18.16Fe10.16表 1对应谱图 1 点能谱分析（%）177冶金与材料第 44 卷致裂纹的扩展和传播。夹杂物与钢板基体之间的界面存在着很强的吸附作用。在钢板生产过程中，特别是在高温轧制等工艺阶段，夹杂物表面的吸附作用会导致局部氢气的聚集。当氢气压力达到一定程度时，夹杂物周围的应力集中区域会发生微裂纹的生成，进而扩展为更大范围的裂纹。这种氢气聚集和微裂纹形成现象对于探伤不合格的产生具有直接的影响，因为裂纹的存在会大大降低钢板的可靠性和安全性。CaO 和 Al2O3等夹杂物的存在还可能导致钢板的晶粒排列异常。这种异常的晶粒排列会使得钢板的力学性能发生变化，从而进一步加剧了探伤不合格的风险。因此，针对 CaO 和 Al2O3夹杂物的存在，必须采取有效的措施来减少其含量，优化钢板的内部结构和性能，从而提高钢板的探伤合格率。2.2Nb 等成分偏析造成探伤不合通过图表 2 的观察，可以发现在管线钢中存在裂纹带，并针对裂纹带周围的块状组织进行了点能谱分析，分析结果如表 2 所示。图 2裂纹区异常组织点能谱分析表 2点能谱分析结果（%）谱图谱图 1谱图 2谱图 3谱图 4Fe27.523.756.513.34Ti2.371.581.801.88Nb69.1190.3991.6994.78Mn1.01O4.28总计100.00100.00100.00100.00通过表 2 可以看出，铌含量均超过 90。连铸板坯的中心部位存在铌等元素的成分不均衡现象，这一现象在轧制过程中传承下来，导致了板材心部的元素分布不均。这种不均匀性直接影响了铌化合物 B 的形成，因为其降低了 B 的临界冷却速度，从而促进了 B 在板材中的大量生成（见图 2）。与此同时，B 与基体之间的组织应力引发了裂纹的生成，特别是在 B 带周围，裂纹呈现出连续的长条状（见图 3）。这直接影响了 X70 管线钢板的探伤质量。因此，需要采取相应措施来解决连铸板坯中心成分的偏析问题，以确保其不会在后续工艺中造成不利影响，并提高钢板的探伤合格率。图 3X70 管线钢 CCT 曲线2.3MnS等夹杂造成探伤不合通过图 4 能够看出块状夹杂出现裂纹带。为了进一步了解夹杂的成分，运用点能谱进行分析，结果见表3。由结果可知，S 与 Mn 的摩尔百分比为 0.33颐0.35，约为1颐1，说明这些块状夹杂物的主要成分是 MnS 夹杂。图 4裂纹带 MnS 夹杂物分析谱图谱图 1在状态是表 3对应谱图 1 点能谱分析（%）Fe58.58C28.64S11.41Mn21.06总计100.00这些夹杂物与钢基体之间的界面具有强烈的氢气吸附作用，在钢板制造的高温过程中尤为突出。这种吸附作用会导致夹杂物周围氢气压力的升高，尤其是在夹杂物的尖锐区域。当氢气压力超过一定临界值时会形成微小的裂纹。随着氢气压力的不断增加，微裂纹逐渐扩展并相互连接，最终导致了钢板的探伤不合格。MnS 等夹杂物还对钢板的内部结构和性能产生负面影响，不仅会增加钢板内部的氢含量，还会促进微裂178第 3 期纹的扩展和连接，导致钢板的强度和韧性下降。3检测结果及分析（1）在 X70 管线钢的制造过程中，不可忽视的是连铸板坯中心出现的 Nb 等元素的成分偏析现象，该偏析随后在轧钢阶段得以延续，导致了心部偏析的出现。这种情况进一步降低了 B（铌的化合物）形成的临界冷却速度，从而催化了大量 B 在 B 与基体 AF+P 之间的组织内的形成。通过更深入地分析，发现这种组织中的应力受到 B 的严重影响，造成了组织应力的集中。这种集中的应力引发了裂纹在 B 带附近的集中分布，特别是在某些区域形成了连续的长条状裂纹，最终导致 X70管线钢的探伤不合格。（2）在金属基体与夹杂物之间的接触界面上，观察到了明显的氢吸附现象，特别是对于 MnS 等夹杂物。这一现象导致了夹杂物周围氢气压力的显著升高。一旦氢气压力超过了临界值，裂纹的生成便成为不可避免的结果。随着氢气压力的增大，裂纹开始扩展并相互连接，形成了较长的裂纹，显著地降低了钢板的探伤合格率。进一步的深入分析表明，夹杂物与金属基体之间的界面是这一现象发生的关键。夹杂物表面的强烈氢吸附作用导致了附近氢气压力的升高，尤其是在夹杂物的尖锐处，这种情况尤为明显。4解决措施4.1优化高温轧制阶段工艺参数在关键时刻进行精准调控，全方位提升工艺参数以达到最佳效果。针对钢板微观组织异常和成分失调等问题，采取针对性解决措施。在符合轧机设备要求的前提下，调整轧制过程，增加轧制压力和扭矩，同时适度降低轧制速度。这些变化的核心目标是增强变形技术的影响力，确保板坯中央区域能够全面产生变形，从而调整内部结构。这一步骤旨在全面重塑铸态组织的结构，减小板坯内部心脏局部浓度差异的发生概率。这种精细调控使得板坯在高温轧制过程中得到优化，从而实现内部构造的均衡性与稳定性，为后续步骤打下更为扎实的基础。对板坯内部潜在原始裂纹的深度探讨，修复工作需分阶段推进。这些初始裂纹在轧制过程中可能进一步扩展，影响钢板内质与检测成效。通过修补，有助于减轻钢板后续工艺中质量问题的蔓延，优化裂纹现象。这种修复任务必须确保工艺流程顺畅，以确保后续工艺在更为均匀的基础结构上进行。因此，调整高温轧制过程的参数设置，实施定向裂缝修复以优化整体表现，显著增进钢板探测成效。4.2优化板坯连铸工艺为解决 X70 管线钢探伤不合格的问题，采取了综合而有针对性的措施来优化板坯连铸工艺。在保持正确合金成分的前提下，着眼于降低钢水过热度，并精心选择了合理的拉速和二冷工艺制度。这一全面的优化旨在确保铸机在最佳状态下运行，以应对管线钢中心偏析的挑战。通过这一系列的工艺改进，致力于有效减轻板坯中心偏析现象，阻止其在后续工艺中进一步发展。4.3完善板坯加热工艺为解决 X70 管线钢探伤不合格的问题，着眼于优化板坯加热工艺流程，以提升加热品质，并有效减缓连铸板坯中心的成分偏析。在工艺优化的过程中，特别注重了加热环节，确保板坯在此阶段不再因中心成分偏析而在轧制后的控冷相变中形成铌化合物 B。通过这一步骤，旨在消除中心偏析对后续工艺的负面影响，为生产提供更加均匀和稳定的板坯结构，进一步提高管线钢的探伤合格率。4.4强化铁水脱硫和炼钢工艺针对 X70 管线钢探伤未达标的问题，强化铁水脱硫和炼钢工艺被视为解决核心难题的关键步骤。通过改进铁水脱硫流程并增加脱硫剂用量，成功降低钢中硫元素含量，从而提升脱硫成效。硫在 MnS 夹杂物生成过程中扮演关键角色，降低钢中硫含量能有效减少 MnS夹杂物产生的可能性。这一过程不仅提升了钢板整体品质，还减少了钢板内部的夹杂物数量，进而提高了钢板探伤检验的成效。另一方面，提升炼钢流程是优化的核心目标。改进炼钢技术可以增强合金成分的精确度，从而提高钢材成分的稳定性。5结论综合以上分析，X70 管线钢板探伤不合格主要源于多方面原因，包括连铸板坯中心成分偏析、夹杂物生成，以及裂纹扩展等。为解决这一问题，采取了一系列专业而有针对性的措施，如优化高温轧制阶段工艺参数、完善板坯连铸工艺、优化板坯加热工艺以及强化铁水脱硫和炼钢工艺。这些措施有效地改善了板坯的内部结构，降低了夹杂物含量，减轻了中心成分偏析，最终提高了 X70 管线钢板的探伤合格率。文章为管线钢生产提供了有力的技术支持，为提高钢材质量和工艺稳定性提供了有益的经验。参考文献1 何宇明，朱斌，宋晓菊，等.中厚板超声波探伤不合格成因调查及对策分析 J.钢铁，2004（5）：20-22+37.2 Byeon W J，Kwun S.Magnetic nondestructive evaluation of ther原mallydegraded2.25Cr-1Mosteel J.MaterialsLetters，2004，58（1-2）：94-98.3 Gladman T.Developments in inclusions control and their effectsonsteelpropertiesJ.Ironmaking&Steelmaking，1992，19（6）：457-463.刘汝营：炉卷轧机生产X70 管线钢探伤不合的研究179