Q370R鋼板超聲波測厚異常原因分析及處理

柳彩楓

（山鋼股份濟南分公司中厚板廠，山東濟南 250101）

試驗研究

Q370R鋼板超聲波測厚異常原因分析及處理

柳彩楓

（山鋼股份濟南分公司中厚板廠，山東濟南 250101）

針對Q370R鋼板超聲測厚異常的現象，利用超聲波探傷、金相檢驗、掃描電鏡及能譜等對測厚異常鋼板取樣進行分析，結果表明，鋼板成分和力學性能均滿足標準要求，測厚出現異常的原因是鋼板內存在偏析及非金屬夾雜物?？墒褂贸暡ㄌ絺麅x對厚度進行驗證。

Q370R鋼板；超聲波測厚異常；偏析；夾雜物

1 前言

Q370R是鍋爐和壓力容器常用鋼板，濟鋼中厚板廠在該鋼板出廠檢驗時嚴格按照GB/T 709—2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》的規定，利用千分尺對鋼板的厚度進行測量。但用戶在產品交付驗收時，因千分尺無法使用，對罐體厚度的測量普遍采用超聲波測厚儀，經常出現出廠檢驗厚度合格的鋼板在制造成產品后測厚檢查又發現壁厚不合格的現象。濟鋼中厚板廠2014年就多次發生此類測厚不合的質量異議。本研究對Q370R鋼板超聲測厚不合進行分析，在查找原因的基礎上給出相應的解決方法。

2 鋼板組織性能分析

2014年2月，某壓力容器廠訂購了一批有探傷需求的Q370R鋼板，切割使用并制成了罐體，在對罐體安裝前的測厚檢驗中，發現鋼板有大面積測厚不合。該鋼板設計厚度42 mm，但部分測點示值為20.3～23.2 mm。為分析原因，對余料取樣進行超聲波測厚、超聲波檢測探傷，進行金相顯微鏡、掃描電鏡以及能譜分析，分析超聲波測厚不合原因。

2.1 理化復驗

鋼板生產執行GB 713—2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》標準，材質為Q370R，名義厚度42 mm，供貨狀態為熱軋態。對材料取樣進行理化復驗，材料的力學性能及化學成分見表1、表2。由表1、表2可知，Q370R鋼板的成分和力學性能均符合GB 713—2008標準要求，但是其強度接近下限。

表1 Q370R試樣的力學性能

表2 Q370R試樣的光譜檢測成分（質量分數）%

2.2 超聲波測厚

在測厚中發現：相同的測厚點應用超聲波測厚儀和千分尺進行測厚所得結果有較大差異，千分尺的測量值穩定在42 mm左右，而超聲波測厚儀的測量值有間斷不均勻現象，測厚記錄見表3。

表3 Q370R鋼板超聲波測厚記錄

2.3 超聲波探傷

為了找出鋼板超聲測厚異常的原因，對試板進行超聲波探傷檢驗。根據JB/T 4730.3—2005《承壓設備無損檢測》標準要求，選擇公稱頻率為2.5MHz、晶片尺寸為Φ20 mm的單晶直探頭，以CBⅡ-2試塊Φ5平底孔第一次反射波高調整到滿刻度的50%作為基準靈敏度，超聲波探傷波形見圖1。

該張鋼板在探傷過程中發現有明顯的缺陷回波存在，缺陷深度約為鋼板厚度的一半，但是缺陷波高在30%～45%，按照JB/T 4730.3—2005要求，該張鋼板應評定為Ⅰ級合格。此外，從圖1超聲波探

圖1 Q370R鋼板超聲波檢測波形

傷波形圖中可知，底波出現在42 mm位置，很明顯鋼板的實際厚度符合標準要求。

2.4 金相檢測

用超聲波進行宏觀缺陷定位后在缺陷部位取樣進行金相觀察，可見試樣中存在夾雜物，夾雜物呈點狀和條狀，如圖2所示。采用4%硝酸酒精溶液對試樣進行侵蝕，金相組織見圖3。

圖2 Q370R鋼板夾雜物和裂紋形貌100×

圖3 Q370R鋼板金相組織

由圖3可知，Q370R鋼板為典型的鐵素體+珠光體組織（圖中黑色部分為珠光體，淺色的為鐵素體）。晶粒度測量時采用評級圖譜比照法，肉眼觀察晶粒度為7.5級。100倍下可見鋼板存在偏析帶，500倍下觀察偏析帶內部存在粉色塊狀夾雜，夾雜物尺寸在150 μm左右。

2.5 掃描電鏡及能譜分析

對偏析帶用掃描電鏡進一步放大觀察，結果見圖4。與金相分析結果一致，掃描電鏡下清晰看到帶狀偏析組織，在偏析帶內可以看到條狀夾雜，能譜分析為MnS夾雜。

3 超聲測厚異常原因分析

圖4 Q370鋼板掃描電鏡組織及能譜分析

超聲測厚根據超聲波脈沖反射的原理來進行厚度測量，當探頭發射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度［1］。容器中的宏觀、微觀缺陷一旦達到一定面積（尺寸），足以使反射信號被儀器接受并顯示時，就會反映出缺陷所在部位的厚度（深度）。而材料的夾雜物、偏析、晶粒各向異性、組織不均勻或晶粒粗大均會使超聲波在材料中的傳播路徑、方向和速度發生變化，從而使測厚示值發生變化［2-3］。

金相、掃描電鏡及能譜分析可知：Q370R鋼板超聲波測厚儀測厚顯示異常值的原因正是鋼板內部存在偏析及非金屬夾雜物。由于超聲波測厚儀探頭小、聲束小，幾呈線狀，聲能弱，超聲波正是碰到這些缺陷而提前反射，超聲波測厚儀讀數反映的是從測量點到缺陷部位的距離，無法測出鋼板真正的厚度值。而超聲波探傷儀由于探頭較大、聲束大、聲能較強，聲波遇到缺陷時既能測出缺陷深度，又能到達底面才反射，從而可測出鋼板的實際厚度［4］。

4 結論

4.1 鋼板的厚度是符合標準要求的，造成Q370R鋼板在應用超聲波測厚儀測厚出現異常值的原因是鋼板內部存在偏析及非金屬夾雜物。今后在壓力容器測厚檢查中若出現類似情況，可使用超聲波探傷儀對厚度進行驗證。

4.2 該Q370R鋼板超聲波檢測為Ⅰ級合格，力學性能試驗合格，說明強度能滿足使用要求，但由于其內部存在偏析及非金屬夾雜物，導致其力學性能都接近標準下限，這類鋼板不宜用于壓力容器關鍵部件的制造，且年檢時對該鋼板須加強檢測。

［1］鄭暉，林樹青.超聲檢測［M］.2版.北京：中國勞動社會保障出版社，2008.

［2］董濟明，吳如慶.鋼板中夾雜物對測厚影響的分析及處理［J］.化工裝備技術，2010，31（1）：52-53.

［3］邢國強，張廣興.壓力容器測厚值異常的原因及應對措施［J］.金屬材料與冶金工程，2009，37（4）：54-55.

［4］馬偉勇，蒙理貴.壓力容器用鋼板超聲測厚示值異常的分析及處理［J］.中國科技信息，2005（3）：90.

Cause Analysis and Treatment of Abnormal Thick Ultrasonic Measurement for Q370R Steel Plate

LIU Caifeng

（The Medium Plate Plant of Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

On this paper,abnormal thick ultrasonic measurement for Q370R steel plate was studied by means of ultrasonic, metallurgical microscopy,scanning electron microscope(SEM)and energy dispersive spectrometer(EDS).It was proved that composition and properties of Q370R steel plate can meet the requirements of standards,segregation and inclusion were the main cause of abnormal to thick ultrasonic measurement.The Ultrasonic can be used to verify the thickness of steel plate.

Q370R steel plate;abnormal thick ultrasonic measurement;segregation;inclusion

TG115.2

A

1004-4620（2015）01-0029-02

信息園地

2014-09-02

柳彩楓，女，1986年生，2011年畢業于北京科技大學冶金物理化學專業?，F為山鋼股份濟南分公司中厚板廠助理工程師，從事新產品研發、質量控制等工作。