[发明专利]一种防止探伤专用钢板产生氢致裂纹的方法

说明书

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CN 101033513A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Ti 0.019～0.021％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，使大包覆盖剂和中包覆盖剂水分含量均≤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％。