摘 要:某 R60702/TA1/Q345R復(fù)合板筒節(jié)在基層焊縫附近發(fā)生開裂,復(fù)合板基層存在裂紋。 通過宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)及能譜分析等方法對(duì)復(fù)合板基層缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行了分 析。結(jié)果表明,復(fù)合板缺陷為基層 Q345R鋼中的大量非金屬夾雜物和沉淀相條帶,及由非金屬夾 雜物和沉淀相引起的裂紋。

關(guān)鍵詞:復(fù)合板;非金屬夾雜物;沉淀相;裂紋

中圖分類號(hào):TG115;TG335.81 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1001-4012(2022)02-0058-04

爆炸復(fù)合板是利用高溫高壓爆炸沖擊波將不同 性質(zhì)的金屬板界面固相焊接而成的,目前已大量應(yīng) 用于石油化工、冶金、機(jī)械等行業(yè)[1]。某 R60702/ TA1/Q345R復(fù)合板經(jīng)冷卷制造后再進(jìn)行筒節(jié)的焊 接,完成基層 Q345R鋼焊接。對(duì)焊縫進(jìn)行無損檢測(cè) 時(shí),在焊縫附近發(fā)現(xiàn)裂紋(見圖1),并對(duì)其復(fù)合板母 材進(jìn)行無損檢測(cè),發(fā)現(xiàn)在 Q345R 鋼層中也存在缺 陷。該復(fù)合板采用爆炸焊進(jìn)行復(fù)層焊接,為查找缺 陷產(chǎn)生原因,對(duì)其取樣并進(jìn)行了相關(guān)檢測(cè)與分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀檢驗(yàn)

在母材復(fù)合板缺陷處及焊接接頭裂紋處取樣并 進(jìn)行宏觀檢驗(yàn),母材復(fù)合板缺陷處試樣經(jīng)酸蝕后未 發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合等焊接缺陷,而在 Q345R 鋼基層中距離復(fù)合層界面較遠(yuǎn)處存在長約45mm 的異常 條帶,條帶附近有偏析現(xiàn)象[見圖2a)]。焊接接頭 裂紋處試樣經(jīng)酸蝕后,可見一條大致平行于焊縫縱 向的裂紋,裂紋位于母材區(qū) Q345R 鋼的基層,距熱 影響區(qū)約1.5 mm,裂紋附近也存在嚴(yán)重偏析現(xiàn)象 [見圖2b)]。

1.2 化學(xué)成分分析

在缺陷附近取基層試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié) 果如表1所示,化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn) GB/T713—2014 《鍋爐和壓力容器用鋼板》對(duì) Q345R鋼的要求。

1.3 非金屬夾雜物檢驗(yàn)

在基層存在異常條帶及焊縫附近裂紋處取樣, 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T10561—2005《鋼中非金屬夾雜物 含量的測(cè)定》進(jìn)行非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)。裂紋處試 樣的 檢 驗(yàn) 結(jié) 果 級(jí) 別 為 A3.0,B0.0,C0.0,D0.5, Ds0.0,并 可 見 大 量 淡 粉 色 的 沉 淀 相 [見 圖 3a), 3b)];異常 條 帶 處 試 樣 的 檢 驗(yàn) 結(jié) 果 級(jí) 別 為 A3.0, B0.0,C0.0,D0.5,Ds0.0,并可見大量淡粉色沉淀相 [見圖3c),3d)],該異常條帶由硫化物及淡粉色沉 淀相所構(gòu)成,與裂紋處夾雜物及沉淀相的類型一致, 且淡粉色沉淀相顆粒較大,呈尖角狀。同時(shí)對(duì)裂紋 進(jìn)行觀察,裂紋尖端尖銳,主裂紋附近存在二次裂 紋,二次裂紋附近也有較多硫化物及淡粉色沉淀相 [見圖3e)]。

1.4 金相檢驗(yàn)

經(jīng)過金相檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在裂紋附近及異常條帶處 的顯微組織均為貝氏體[見圖4a),b)],焊縫組織為 索氏體+鐵素體[見圖4c)],熱影響區(qū)組織為貝氏 體+少量鐵素體[見圖4c)],無缺陷處的顯微組織 為鐵素體+珠光體[見圖4d)],基層焊縫、熱影響區(qū) 及母材無缺陷處組織無異常;裂紋附近存在的硫化 物條帶由母材延伸至熔合線處終止[見圖4c)],裂 紋兩側(cè)也無脫碳現(xiàn)象[見圖4a)]。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測(cè)定法》對(duì)裂紋附近 母材、異常條帶處晶粒度進(jìn)行評(píng)級(jí),發(fā)現(xiàn)均為奧氏 體,晶粒度為7.5級(jí),未見異常。

1.5 能譜分析

對(duì)硫化物及沉淀相進(jìn)行能譜分析,確定硫化物 為硫化錳,淡粉色沉淀相為富鈮的化合物,能譜分析 位置如圖5所示,分析結(jié)果如圖6,7及表2所示。

2 分析與討論

根據(jù)上述分析可知,該復(fù)合板基層 Q345R鋼的 化學(xué)成分符合 GB/T713-2014標(biāo)準(zhǔn)要求、晶粒度 級(jí)別無異常、裂紋兩側(cè)無脫碳、焊縫及熱影響區(qū)組織 無異常。

對(duì)復(fù)合板母材進(jìn)行宏觀檢驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔 合等焊接缺陷,表明爆炸焊接質(zhì)量良好,爆炸焊接通 過固相連接,其復(fù)合界面距離異常條帶偏析區(qū)域較 遠(yuǎn)。對(duì)裂紋附近及異常偏析條帶處進(jìn)行非金屬夾雜 物及顯微組織檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在二者附近均存在大量的 硫化物及呈尖角狀的粉色沉淀相,夾雜物及沉淀相 沿軋制方向呈條帶層分布,進(jìn)一步通過能譜分析確 定裂紋處及異常條帶處均為硫化錳及富鈮沉淀相, 且兩部位的夾雜物及沉淀相類型一致,無缺陷處非 金屬夾雜物無異常,表明開裂主要由夾雜物及沉淀相引起。筒節(jié)焊接接頭處裂紋僅存在于 Q345鋼基 層中,其大致平行于焊縫縱向且距熱影響區(qū)有一定 距離,裂紋附近存在的非金屬夾雜物硫化錳及富鈮 沉淀相條帶由母材區(qū)延伸至熔合線處終止。正常部 位母材基層顯微組織為鐵素體+珠光體,偏析區(qū)域 顯微組織主要為貝氏體且存在大量夾雜物及沉淀 相,說明鋼中存在嚴(yán)重的成分偏析。

當(dāng)鋼中增加錳元素后可與硫元素形成硫化錳夾 雜物時(shí),具有脫硫功效,可防止熱脆,故錳元素能改 善鋼的鍛造性與可塑性[2]。鋼中添加微量鈮元素, 是為了通過鈮元素形成的碳化物和氮化物阻止奧氏 體晶粒在加熱時(shí)長大,在軋制時(shí)抑制奧氏體的再結(jié) 晶及細(xì)化再結(jié)晶晶粒,同時(shí)還有沉淀強(qiáng)化的作用,但 前提是形成的析出相顆粒細(xì)小且點(diǎn)狀彌散分布[3]。 當(dāng)硫化錳夾雜物聚集長大形成長條狀,鈮的沉淀相 聚集長大形成有尖角狀的塊狀沉淀相時(shí),容易在尖 端形成裂紋源,產(chǎn)生微裂紋[4]。

綜上所述,缺陷存在于基層內(nèi)部遠(yuǎn)離界面較遠(yuǎn) 的部位,其內(nèi)部溫度遠(yuǎn)低于硫化錳和鈮沉淀相的形 成溫度,因此在爆炸復(fù)合過程中不會(huì)產(chǎn)生硫化錳和 鈮的沉淀相。由于基層 Q345R 鋼在冶煉過程中工藝控制不當(dāng),局部成分偏析,因此在該區(qū)域產(chǎn)生了大 量硫化錳及富鈮的沉淀相,在軋制過程中,硫化物及 鈮的沉淀相沿著軋制方向呈條帶層分布,大量夾雜 物及沉淀相存在于鋼中,嚴(yán)重破壞了基體金屬的連 續(xù)性。

3 結(jié)論及建議

(1)R60702/TA1/Q345R復(fù)合板缺陷為 Q345R 鋼中非金屬夾雜物硫化錳和富鈮沉淀相條帶,及由 非金屬夾雜物硫化錳和富鈮沉淀相引起的裂紋。

(2)建議合理控制 Q345R 鋼的冶煉工藝,以減 少鋼中硫化物及大顆粒沉淀相的析出。

參考文獻(xiàn):

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[3] 冷宇.Nb及熱處理對(duì)低碳鑄鋼顯微組織和力學(xué)性能 的影響[D].長沙:湖南大學(xué),2016:4-12.

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<文章來源>材料與測(cè)試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 58卷 > 2期 (pp:58-61)>