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试论压力容器钢中板横裂纹原因分析及探讨

来源:用户上传      作者: 汪磊

  摘要:本文在分析钢板及铸坯表面缺陷基础上,通过钢板缺陷的宏观、微观分析,以及铸坯表面缺陷检验分别进行探讨,论述了中板缺陷原因,并提出相应的解决措施,对于今后避免出现压力容器钢中板横裂纹问题具有一定借鉴作用。
  关键词:压力容器,中板横裂纹,原因分析,解决对策
  中图分类号:TF703文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)01(c)-0000-00
  0 引言
  在分析应用压力容器用钢过程中,主要的晶种涉及到Q245R、Q345R,16MnDR。其中,压力容器使用的钢中板表面横裂纹出现较多,主要代表为16MnDR和Q345R为主。这里通过相关的手段进行中板表面缺陷的分析,排查相关的重点参数,主要方法包括加热打回炉观察、金相分析、电镜观察以及酸浸检验等[1],最后提出相关的措施,有效保证压力容器用钢的质量,使得经济效益能够得到明显提高。
  1钢板及铸坯表面缺陷分析
  1.1 钢板缺陷的微观分析
  利用电子投射镜对于钢板的相关典型缺点问题进行检查,裂纹则是沿表层斜向而进入钢基,氧化亚铁在裂纹内进行镶嵌,经过仔细观察,相关的杂物、有害元素并没有发现。珠光体+铁素体则是在钢种的组织,这种显微观察可在3%硝酸酒精侵蚀后实现,厚约40 μm的脱碳层可以明显在钢板裂纹周围发现。这样可以进行有效推断,脱碳层厚度则是说明,在钢板轧制过程中,连铸坯缺陷并没有进行相应的有效焊合处理而成,这样就造成了钢板裂纹。
  1.2 钢板缺陷的宏观形貌
  在钢板下表面,进行相应的坯料纵向轧制过程中,严重裂纹出现在钢板东侧的400~500 mm位置,形状则表现为不规则的裂纹,这样基本可以判断其为山峰状的3~4 mm深度的横裂缺陷。
  1. 3铸坯表面缺陷检验
  进行铸坯的“打回炉”分析则是进行快速判定的有效手段,特别适用于裂纹发生的开始阶段。在分析“打回炉”过程中,先进行正常加热连铸坯,表面较厚的氧化铁皮的除去操作则是通过高压喷水进行,这样就可以对于铸坯缺陷的形貌等问题进行快速的查看,能够利用眼睛进行较为直观的观察。
  一般来说,厚1~3mm的氧化铁皮存在于连铸坯表面,观察进行加热除鳞后的铸坯表面,就能较为有效地观察铸坯表面缺陷的严重程度。
  2 中板缺陷原因分析
  分析铸坯表面以及钢板的缺陷过程,在连铸坯东侧距边部450mm附近,存在一定的横裂纹,这往往是由于后部轧制中并没有进行相应的有效焊合处理。经过跟踪分析,在铸坯内弧表面发现横裂纹,充分考虑缺陷特性基础上,可以分析相关的钢质内部的夹杂以及气体的影响,还可以同时分析矫直时二冷夹辊、铸坯的应力状态等外部应力问题[2,3]。
  2. 1连铸机设备的影响
  由于钢厂的装备使用时间比较长,部分参数的调控能力经过改进后仍不能有效满足生产要求。分析二冷区铸坯产生的应变,可以发现,夹辊不对中容易引起这个问题。所以,支撑辊的对中精度应该在生产过程中进行有效保证,精度处理在连铸坯凝固末端处应该格外重视。另外,应该控制连铸坯凝固末端夹辊正偏差在3mm内,应该保证临界应力大于变形应力的要求。因此,应该全面检修相关的连铸机,保证相关参数的技术指标。经过相关检修,横裂纹依然通过跟踪发生在铸坯表面上,在通过多次酸浸抽样分析,并没明显改善裂纹的缺陷程度,所以,缺陷突然发生的最直接原因并不是装备方面,不应该把整体对弧的二冷机架作为改善的重点问题。
  2. 2化学成分的影响
  第一,在氮含量的影响方面。主要通过分析钢内的Al, Ti, Nb的三方面影响分析进行,上述微量合金元素与N结合的氮化物进行分析,这影响着钢的高温延塑性方面问题。
  首先,对于Ti的影响方面,TiN则会在Ti的连铸过程中实现,Al形成则受到TiN的抑制,导致铸坯裂纹指数有所降低,形成粗大的晶粒。但是,经过分析,Ti质量分数仅为0.01 %左右,影响坯高温塑性很低;其次,对于Al的影响方面,一般来说,容易在奥氏体晶界析出A1N,这样就是晶界滑移出现,微细析出物粒子造成一定的晶界破坏;第三,在Nb的影响方面,在连铸时,Nb在晶界处析出Nb(CN),这样就会使得铸坯晶间强度有所降低,出现裂纹问题。这里进行六西格玛工具进行检验判断,主要判断Al, Ti, Nb成份的变化影响问题。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。这样,就说明裂纹发生前后变化并不明显。所以,本次批量横裂的主要原因并不是相应的Al, Ti, Nb的变化。但是,还应该根据要求,控制[N]在51×10-6以下。
  第二,在硫含量的影响方面。在Mn/S ≤50情况下,容易出现较差的钢高温塑性问题。在本例中,经过分析,Mn/S则大于120,能够满足生产要求,并不是M n/S含量的原因。
  第三,分析矫直区脆性方面。拉应力则在连铸机拉钢过程中,作用于铸坯内弧表面,当上述内弧表面的拉应力达到一定的临界值,则会造成内部裂纹问题。其中,分析连铸过程中的钢,其一共存在于三个低塑性脆性区域,第III脆性区则是容易发生在钢坯处于轿直区域的状态下,这样就让横向裂纹出现在铸坯内弧表面中,基本类似于上述出现的裂纹。
  相比于正常炉号,有裂纹炉号的二冷室温度较低,能够降低45℃左右,其中,二冷室平均温度在800℃之下,具有位于第III脆性区的铸坯温度,所以,铸坯横裂的主要原因则是由于矫直温度落于高温脆性区所致。
  当地气温骤降也是影响原因,使得二冷水温度能够收到影响,由原来的18 ℃降低至6 ℃左右,这主要是由于冷却塔循环冷却则是二冷水的主要方式,12℃的降幅经过相关分析和计算,能够导致出冷区温度降低最少有14℃,这样就造成平均冷却水温度降低的问题,一般来说,能够造成降低8℃左右。
  所以,应该对二冷水比水量整体进行降低10%左右,一定要控制好温度,保证其在25~40 ℃之间,这样就能够保证生产质量要求。
  3 结语
  在分析上述的裂纹结果中,应该做好原材料控制,还应该注意以下几个方面的问题,一是,A1N, Nb(CN)等对高温塑性影响应尽量减少,控制[N]质量分数小于0.0045%,控制A1含量在0.02 -0.04 %;二是,重视冬季的二冷水温度降低问题,应该进行夏、冬的区分调节,保证结晶器入水温度在25~35℃中;三是,检修铸机铸坯凝固末端夹辊过程中,应该保证质量和要求,水平设置二冷凝固末端夹辊,控制其偏差在3.0mm之内。
  参考文献:
  [1] 孙斌, 许安俊. 高压止回阀断裂失效分析[J]. 压力容器,2012,29(1).
  [2] 潘建华, 陈学东, 韩豫. -196℃奥氏体不锈钢母材与焊缝的动态断裂韧性[J]. 爆炸与冲击,2013,33(4).
  [3] 黄俭. 力容器断裂分析及应用[J].中国化工贸易,2014,(27).
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