中厚规格Q460E钢板广泛应用于桥梁、压力容器、车辆、船舶等工程或结构建造，钢板内部质量关系着工程或结构的安全性。超声波探伤是利用超声波透入金属材料深处，在界面边缘发生反射，在荧光屏幕上以脉冲波形方式反映缺陷位置和大小，超声波探伤检验结果是判断钢板内部质量的主要依据。

1、存在的问题

鞍钢4300中厚板产线生产的Q460E钢板有连铸钢板和模铸钢板两种，其中连铸钢板采用的生产工艺为：150 t转炉—LF精炼—RH真空—Ca处理—连铸成230 mm厚板坯—轧制10~30 mm钢板，模铸钢板采用的生产工艺为：20 t电炉—LF精炼—VD真空—模铸成10 t钢锭—轧制230 mm厚中间坯—中间坯切头尾—轧制30~50 mm钢板。

对2018-2019年生产的600张连铸钢板和300张模铸钢板进行轧制后超声波自动探伤检测，采用系统配置软件测量每张钢板内部缺陷尺寸，统计在钢板中位置及数量情况。

在连铸和模铸钢板探伤缺陷位置分别取300个和100个试样，按GB/T 1979—2001《结构钢低倍组织缺陷评级》标准，检验钢板的疏松、偏析、裂纹及夹渣等情况，按GB/T 13298—2015标准制备试样，在LeicaDMIRM型金相显微镜上进行金相检验，在Quanta400扫描电子显微镜下进行成分分析，共发现两种探伤缺陷，即夹渣缺陷和裂纹缺陷，两种缺陷在连铸钢板中所占的比例分别为90%和10%，在模铸钢板中所占的比例分别为40%和60%。

2、原因分析

1、夹渣缺陷

连铸和模铸钢板中夹渣缺陷形貌类似，低倍照片如图1所示。

图1 夹渣缺陷低倍照片

夹渣的金相检验和扫描电镜能谱分析结果如图2所示。夹渣化学成分主要为Ca、Si、Na、Mg、Al、K等元素的氧化物，氧化物夹渣叠加后会使超声波衰减，底波降低，出现缺陷波形。

图2 金相检验和扫描电镜能谱分析结果

夹渣探伤缺陷为钢水中的保护渣、非金属夹杂、气体未排除，残留在钢中，汇聚叠加后产生。对生产操作过程和工艺参数进行排查，确定连铸钢板和模铸钢板缺陷的产生原因如下：

(1) 连铸生产过程中，拉速波动幅度大、结晶器液面波动大、结晶器保护渣熔融层厚度偏薄导致卷渣，形成夹渣缺陷。

(2) 模铸浇注过程中，液面振动造成保护渣卷入；加入Ti合金后钢水形成Ti(C,N)、TiN等产物，在钢水上浮过程中与其他氧化物聚集形成复合夹渣。

2、裂纹缺陷

连铸和模铸钢板中裂纹缺陷形貌类似，低倍照片如图3所示，可以看出在钢板厚度中心至1/4处存在若干条裂纹缺陷。

图3 裂纹缺陷低倍照片

抛光状态和4%的硝酸酒精溶液腐蚀状态的金相照片如图4所示，可以看出抛光状态未见异常夹渣，腐蚀状态未发现组织变化。

图4 抛光状态和4%的硝酸酒精溶液腐蚀状态的金相照片

试样置于SUPRA55场发射扫描电镜下，结合OXFORD能谱仪进行裂纹附近微区成分定量分析，结果如图5所示，未发现异常成分。通过上述低倍、金相及扫描电镜检验确认探伤缺陷为裂纹缺陷，裂纹周围无夹渣和异常成分存在。

图5 扫描电镜能谱仪微区成分分析结果

裂纹探伤缺陷的产生主要是因为铸坯遗传的疏松、偏析缺陷较严重，疏松缺陷在铸坯加热轧制后未被压合，形成微裂纹；偏析类缺陷在铸坯缓冷或钢板缓冷时产生的较大热应力和组织应力综合作用下，在钢板内部形成裂纹。

对生产操作过程和工艺参数进行排查，确定连铸钢板和模铸钢板缺陷产生原因如下：连铸生产过程中，铸机辊缝调整偏差造成疏松缺陷较严重；模铸生产过程中，浇注过热度高造成钢锭中心缩孔和疏松缺陷严重。连铸坯和模铸锭加热轧制时压下率不足，缺陷未被压合。

3、改进措施

根据夹渣和裂纹缺陷产生的原因，制定有针对性的改进措施，对可量化的工艺参数进行优化调整，具体见表1。

不可量化的措施纳入操作规程中：

(1) 连铸停浇阶段严禁扰动结晶器液面，防止结晶器保护渣卷入；

(2) 模铸后期补加保护渣严禁直接倒入，要使用筛子筛入；加入发热剂严禁抛投；出钢前软吹以减少夹渣物。

4、实践效果

国内外中厚板主要探伤标准有欧标EN 10160《厚度等于或大于6 mm的钢板的超声波检测方法（反射法）》、美标ASTM A578/A578M《特殊用途的轧制钢板的超声波纵波束检验规范》、行业标准NB/T 20003.2《核电厂核岛机械设备无损检测 第2部分：超声检测》、国标GB/T 2970《厚钢板超声波检验方法》等，以上标准各为体系或互有交叉，为验证改进措施的实施效果和钢板内部质量提升情况，找到一种对所有钢种都适合的评价方式，对上述标准进行分析对比和归类，首次按缺陷长度将探伤缺陷整合为八个质量等级，具体如表2所示。

采用探伤系统配置软件测量自动探伤钢板缺陷尺寸、数量等情况，按表2中八个质量等级进行分类，统计改进措施实施前后各质量等级钢板占比，如表3所示，可以看出改进措施实施后，连铸和模铸钢板中特一级所占比例显著上升，其中连铸钢板由77%上升至88%，模铸钢板由70%上升至82%，分别提高11和12个百分点；较差的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级占比之和均由0.6%下降至0%，可见随着各项改进措施的实施，钢板的内部质量明显提高。

5、结语

(1) 通过对鞍钢4300中厚板产线生产的Q460E钢板进行超声波自动探伤，发现存在夹渣和裂纹两种缺陷，分别基于连铸和模铸工艺，分析了探伤缺陷产生的原因并制定改进措施。规定连铸钢冶炼时降速平台停留时间1.5 min，停浇时大罐重量6 t，连铸辊缝偏差±0.5 mm占比95%，轧制时精轧连续3道次压下率18%；连铸停浇阶段严禁扰动结晶器液面；规定模铸钢浇注过热度35~75 ℃，粗轧连续3道次压下量40 mm，精轧连续3道次压下率18%；后期补加保护渣严禁直接倒入，要使用筛子筛入；加入发热剂严禁抛投；出钢前软吹以减少夹渣物。

(2) 首次将探伤缺陷细分为八个质量等级，采用软件测量钢板内部缺陷情况，改进后连铸和模铸钢板中最优质量等级，即无缺陷或L≤8 mm所占比例显著上升，其中连铸钢板由77%上升至88%，模铸钢板由70%上升至82%；最后4个较差质量等级，即Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级占比之和均由0.6%下降至0%，钢板内部质量明显提高。

(3) 采用的分级方式和图像测量方法为钢板内部缺陷分析提供了参考，可推广到所有钢种。内控标准制定级别的合理性，要兼顾各钢种成本、产量、经济效益、社会效益和用户需求等因素综合衡量，科学评估。