St52-3直缝埋弧焊管用钢板质量缺陷分析

针对St52-3直缝埋弧焊管用钢板出现的异常情况,采用低倍、金相、扫描电镜等手段进行了全面分析。结果表明,负偏析带内贝氏体组织和夹杂物导致钢板中心出现裂纹,从而产生质量缺陷。在实际操作中,通过提高钢液纯净度、轧制后缓冷等措施,可以有效地避免这一问题。

莱钢宽厚板生产厂投产于2008年10月,主要作业生产线由法国VAI-CL ECIM公司技术总负责;生产规模为180万吨/年,产品以船用钢板及管线钢板为主,其他还有碳素结构钢板、优质碳素结构钢板、低合金高强度结构钢板、工程机械用钢板、汽车大梁钢板、桥梁钢板及耐候钢板、压力容器钢板、锅炉钢板和高强度高韧性钢板。

近段时间,宽厚板生产厂在生产St52-3直缝埋弧焊管用钢板时,其中厚度大于25 mm的钢板在生产检验过程中出现质量问题,特别是用测厚仪检测钢板厚度时,实际检测厚度只有钢板厚度的一半,说明材料内部缺陷(裂纹、分层等现象)严重,造成测厚仪显示结果误判。在冷剪切下料时,钢板侧面中间位置出现类似结疤裂纹的形态,如图1所示。另外,St52-3钢板在拉伸过程中出现断口异常,板状全厚度拉伸试样侧面中间出现了裂纹,如图2所示。针对这一问题,本文对St52-3钢板进行了缺陷分析。

1质量缺陷分析

从生产现场对有质量问题的St52-3钢板取样,以及对拉伸后断口形貌异常的试样取样,进行低倍、高倍(金相)以及扫描电镜分析。

1.1低倍分析

对质量异常的St52-3钢板取全截面试样进行低倍分析。从图3中可以看出,钢板侧面存在2条缺陷:一是偏析带,呈黑色连续存在,属于正偏析带;二是在正偏析带的下方存在一条断续的类似夹杂裂纹形态的缺陷,属于负偏析带。

对于St52-3钢板试样拉伸后侧面出现的裂纹(如图2b所示),需要分清是低倍图片中的负偏析带还是正偏析带导致的,对图3的低倍试样进行了拉伸试验。低倍试样拉断后断口形貌和拉伸试样侧面裂纹(见图4)出现的原因是板材负偏析带处类似夹杂裂纹导致的,正偏析带处没有发现裂纹现象。

1.2金相分析

对应图3低倍试样进行取样,采用3%～4%硝酸酒精腐蚀,在DM6000徕卡全自动显微镜下进行高倍组织分析。从图5中可以看出,钢板中存在带状组织,图2中负偏析带中附近组织异常,主要是类贝氏体组织,并存在裂纹,裂纹沿着类贝氏体组织带延伸并贯穿整个带,见图5b。在裂纹附近出现硫化物以及大量氮化物类块状夹杂物,见图5c,导致贝氏体组织出现的原因是负偏析带内碳含量较低,但其他合金元素相对较高,特别是钢板中心部位冷却速度刚好满足贝氏体产生的条件,从而形成贝氏体组织。其他位置组织为铁素体+珠光体。

1.3夹杂物分析

为了确定夹杂物的成分,借助Fei Quarter400扫描电镜能谱分析进行成分分析(见图6和图7),结果显示,主要是硫化物以及氮化钛夹杂物。

1.4扫描电镜分析

对拉伸后的试样取样进行扫描电镜断口形貌分析,见图8、图9。从图9可以看出,拉伸试样中心部分是明显的脆性解理断口。

2综合分析

在用测厚仪测量St52-3直缝埋弧焊管用钢板的厚度时,出现的异常还是拉伸试验过程中的断口异常,主要原因是钢板中存在严重的负偏析带中出现裂纹导致的。负偏析带中除了碳含量相对较低外(比基体成分低),其他合金元素如锰元素,在钢板轧后冷却过程中,由于冷却速度相对较快,而且钢材心部冷却刚好处在类贝氏体组织发生转变的临界速度,导致负偏析组织异常出现类贝氏体组织。贝氏体组织与基体铁素体+珠光体之间的组织应力诱发裂纹的产生,另外负偏析带中硫化物以及氮化物夹杂等是导致裂纹的另外一个原因。为了避免此类质量缺陷,一方面在炼钢连铸过程中增加RH精炼工序,提高钢材纯净度,降低钢材中夹杂物含量;二是对轧后钢板采取缓冷方式,避免钢板中心异常组织的出现。一般而言,分层出现在厚度为20 mm以上规格的钢板中。

3结语

负偏析带内异常组织和夹杂物是导致钢板中心出现裂纹的直接原因,从而导致测厚仪测量结果和拉伸断口异常。采用增加RH精炼工序及轧制后缓冷等措施后,St52-3直缝埋弧焊管用钢板在测量厚度以及拉伸过程中,没有再次出现此类缺陷,正常板材断口形貌见图10。