山东华霖钢泰金属制品有限公司爆炸复合板是运用超高压高温爆炸冲击波将不同 属性的金属片页面固体焊接而成的,目前已经很多应 用以石油化工设备，冶金工业，热轧复合板机械设备等领域[1]。某 R60702/TA1/Q345R夹芯板经冷轧卷板生产制造之后再进行筒节的焊 接,进行底层 Q345R钢电焊焊接。对焊接开展无损检测技术 时,在焊接周边发觉裂纹(如图1),并对夹芯板母 材开展无损检测技术,发现 Q345R 钢层之中存有缺 陷。该夹芯板选用发生爆炸焊开展复层电焊焊接,为搜索缺 陷形成原因,并对抽样并进行相关检测和分析。
1 理化检测
1.1 宏观经济检测
在原材质夹芯板缺点处及对接焊缝裂纹处抽样并 开展宏观经济检测,原材质夹芯板缺点处试件经酸蚀剂后没有 发觉裂纹，热轧不锈钢复合板未熔合等铸造缺陷,但在 Q345R 钢底层中长距离复合型层页面较远方存有全长约45mm 的异常 条带,条带周边有偏析状况[如图2a)]。对接焊缝 裂纹处试件经酸蚀剂后,由此可见一条大概垂直于焊接纵 方向的裂纹,裂纹坐落于原材质区 Q345R 钢的底层,距热 危害区约1.5 mm,裂纹周边也存在重大偏析状况[如图2b)]。
1.2 元素检测
在瑕疵周边取底层试件开展元素检测,结 果如表1所显示,成分符合规定 GB/T713—2014 《锅炉和压力容器用钢板》对 Q345R钢的规定。
1.3 非金属材料夹杂物检测
在一线存有出现异常条带及焊接周边裂纹处抽样,根据规范 GB/T10561—2005《钢中非金属材料夹杂物 相对含量测量》开展非金属材料夹杂物定级。裂纹处试 样子的 检 验 结 果 级 别 为 A3.0,B0.0,C0.0,D0.5,Ds0.0,并 可 见 大 量 淡 粉 色 的 沉 淀 相[见 图 3a),3b)];出现异常 条 带 处 试 样 的 检 验 结 果 级 别 为 A3.0,B0.0,C0.0,D0.5,Ds0.0,并由此可见很多浅粉色沉淀相[如图3c),3d)],该出现异常条带由硫酸盐及浅粉色沉 淀相所组成,与裂纹处夹杂物及沉淀相种类一致,且浅粉色沉淀相颗粒物比较大,呈斜角状。并且对裂纹 进行观察,裂纹顶尖锐利,主裂纹周边存有二次裂 纹,二次裂纹周边也是有较多硫化物及浅粉色沉淀相[如图3e)]。
1.4 无损探伤
通过无损探伤,发现裂纹周边及出现异常条带处 的显微组织均是马氏体[如图4a),b)],焊接机构为 屈氏体 金相组织[如图4c)],热影响区机构为贝氏 体 少许金相组织[如图4c)],无瑕疵处的显微组织 为金相组织 铁素体[如图4d)],底层焊接，热影响区 及原材质无瑕疵处机构未见异常;裂纹周边存有的硫化橡胶 物条带由原材质延伸到熔合线处停止[如图4c)],裂 纹两边亦无渗碳状况[如图4a)]。根据规范 GB/T 6394—2017《金属平均晶粒度测定法》对裂纹周边 原材质，不锈钢复合板厂家,热轧不锈钢复合板,304不锈钢复合板,爆炸不锈钢复合板,5+1不锈钢复合板-山东华霖钢泰金属制品有限公司出现异常条带处晶粒大小开展定级,发觉均是奥氏 体,晶粒大小为7.5级,内未见异常。
1.5 能谱分析
对硫酸盐及沉淀相开展能谱分析,明确硫酸盐 为硫化锰,浅粉色沉淀相为富铌的化学物质,能谱分析 部位如下图5所显示,分析数据如下图6,7及表2图示。
2 分析和探讨
依据上述剖析得知,该夹芯板底层 Q345R钢的 成分合乎 GB/T713-2014规范标准，晶粒大小 等级未见异常，热轧复合板裂纹两边无渗碳，热轧不锈钢复合板热轧复合板裂纹两边无渗碳，热轧不锈钢复合板未熔 合等铸造缺陷,说明发生爆炸焊缝质量优良,发生爆炸电焊焊接通 过固相互连接,其复合型页面间距出现异常条带偏析地区较 远。对裂纹周边及出现异常偏析条带部位进行非金属材料夹杂 物及显微组织检测,发现二者周边均存在大量 硫酸盐及呈斜角状粉红色沉淀相,夹杂物及沉淀相 沿轧制方向呈条带层遍布,进一步根据能谱分析确 定裂纹处及出现异常条带处均是硫化锰及富铌沉淀相,且两位置的夹杂物及沉淀相种类一致,无瑕疵处非 金属材料夹杂物未见异常,说明干裂主要是由夹杂物及沉淀相造成。筒节对接焊缝处裂纹仅存在 Q345钢基 层内,其大概垂直于焊接竖向且距热影响区有一定 间距,裂纹周边存有的非金属材料夹杂物硫化锰及富铌 沉淀相条带由原材质区延伸到熔合线处停止。正常的部 位原材质底层显微组织为金相组织 铁素体,偏析地区 显微组织大多为马氏体且存在大量夹杂物及沉淀 相,表明钢中存在重大成分偏析。
当钢中加入锰元素后能与硫元素产生硫化锰夹 脏物时,具备烟气脱硫作用,能防止热脆,故锰元素能改 善钢的煅造性和延展性[2]。钢中加入少量铌原素,就是为了根据铌元素形成的马氏体和氮化合物阻拦奥氏 体晶体在加热时成长,在冷轧时抑止马氏体的再结 晶及优化加工硬化晶体,并且还有沉淀增强的功效,但 前提是所形成的析出相颗粒物细微且斑点状弥漫遍布[3]。当硫化锰夹杂物汇聚成长产生长条形,铌的沉淀相 汇聚成长产生有斜角状小块沉淀相时,很容易在尖 端产生裂纹源,造成微裂纹[4]。
总的来说,缺点存在底层内部结构避开页面很远 部位,其内部环境温度远远低于硫化锰和铌沉淀相形 成环境温度,所以在发生爆炸复合型环节中不会造成硫化锰和 铌的沉淀相。因为底层 Q345R 钢在冶炼厂环节中工艺控制不合理,部分成份偏析,所以在这个区域形成了大 量硫化锰及富铌的沉淀相,在轧制过程中,硫酸盐及 铌的沉淀相顺着轧制方向呈条带层遍布,很多夹杂 物及沉淀相存在钢中,受到破坏了基体金属的连 续性。
3 结果及建议
(1)R60702/TA1/Q345R夹芯板缺点为 Q345R 钢中非金属材料夹杂物硫化锰和富铌沉淀相条带,及由 非金属材料夹杂物硫化锰和富铌沉淀相所引起的裂纹。
(2)提议合理控制 Q345R 钢的冶炼厂加工工艺,以减 少钢中硫酸盐及粗颗粒沉淀相进行析出。
论文参考文献:
[1]唐瑞波.爆炸复合板在化工装备上的应用前景[J].中国石油和化工要求和品质,2012,33(14):103.
[2]李家祥.钢材金属材料学:炼铁一部分[M].北京市:冶金行业 出版社出版,1990.
[3]冷宇.Nb及热处理工艺对低碳环保铸钢件显微组织和物理性能 产生的影响[D].长沙市:湖南师范大学,2016:4-12.
[4]高学平.某渣浆泵 35CrMo钢处于被动轴断裂失效剖析[J].理化检测(物理学手册),2020,56(3):43-47.
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