摘 要:某 R60702/TA1/Q345R复合板筒节在基层焊缝附近发生开裂,复合板基层存在裂纹。 通过宏观检验、化学成分分析、金相检验及能谱分析等方法对复合板基层缺陷产生原因进行了分 析。结果表明,复合板缺陷为基层 Q345R钢中的大量非金属夹杂物和沉淀相条带,及由非金属夹 杂物和沉淀相引起的裂纹。
关键词:复合板;非金属夹杂物;沉淀相;裂纹
中图分类号:TG115;TG335.81 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)02-0058-04
爆炸复合板是利用高温高压爆炸冲击波将不同 性质的金属板界面固相焊接而成的,目前已大量应 用于石油化工、冶金、机械等行业[1]。某 R60702/ TA1/Q345R复合板经冷卷制造后再进行筒节的焊 接,完成基层 Q345R钢焊接。对焊缝进行无损检测 时,在焊缝附近发现裂纹(见图1),并对其复合板母 材进行无损检测,发现在 Q345R 钢层中也存在缺 陷。该复合板采用爆炸焊进行复层焊接,为查找缺 陷产生原因,对其取样并进行了相关检测与分析。
1 理化检验
1.1 宏观检验
在母材复合板缺陷处及焊接接头裂纹处取样并 进行宏观检验,母材复合板缺陷处试样经酸蚀后未 发现裂纹、未熔合等焊接缺陷,而在 Q345R 钢基层中距离复合层界面较远处存在长约45mm 的异常 条带,条带附近有偏析现象[见图2a)]。焊接接头 裂纹处试样经酸蚀后,可见一条大致平行于焊缝纵 向的裂纹,裂纹位于母材区 Q345R 钢的基层,距热 影响区约1.5 mm,裂纹附近也存在严重偏析现象 [见图2b)]。
1.2 化学成分分析
在缺陷附近取基层试样进行化学成分分析,结 果如表1所示,化学成分符合标准 GB/T713—2014 《锅炉和压力容器用钢板》对 Q345R钢的要求。
1.3 非金属夹杂物检验
在基层存在异常条带及焊缝附近裂纹处取样, 依据标准 GB/T10561—2005《钢中非金属夹杂物 含量的测定》进行非金属夹杂物的评级。裂纹处试 样的 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)];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,并可见大量淡粉色沉淀相 [见图3c),3d)],该异常条带由硫化物及淡粉色沉 淀相所构成,与裂纹处夹杂物及沉淀相的类型一致, 且淡粉色沉淀相颗粒较大,呈尖角状。同时对裂纹 进行观察,裂纹尖端尖锐,主裂纹附近存在二次裂 纹,二次裂纹附近也有较多硫化物及淡粉色沉淀相 [见图3e)]。
1.4 金相检验
经过金相检验,发现在裂纹附近及异常条带处 的显微组织均为贝氏体[见图4a),b)],焊缝组织为 索氏体+铁素体[见图4c)],热影响区组织为贝氏 体+少量铁素体[见图4c)],无缺陷处的显微组织 为铁素体+珠光体[见图4d)],基层焊缝、热影响区 及母材无缺陷处组织无异常;裂纹附近存在的硫化 物条带由母材延伸至熔合线处终止[见图4c)],裂 纹两侧也无脱碳现象[见图4a)]。依据标准 GB/T 6394—2017《金属平均晶粒度测定法》对裂纹附近 母材、异常条带处晶粒度进行评级,发现均为奥氏 体,晶粒度为7.5级,未见异常。
1.5 能谱分析
对硫化物及沉淀相进行能谱分析,确定硫化物 为硫化锰,淡粉色沉淀相为富铌的化合物,能谱分析 位置如图5所示,分析结果如图6,7及表2所示。
2 分析与讨论
根据上述分析可知,该复合板基层 Q345R钢的 化学成分符合 GB/T713-2014标准要求、晶粒度 级别无异常、裂纹两侧无脱碳、焊缝及热影响区组织 无异常。
对复合板母材进行宏观检验,未发现裂纹、未熔 合等焊接缺陷,表明爆炸焊接质量良好,爆炸焊接通 过固相连接,其复合界面距离异常条带偏析区域较 远。对裂纹附近及异常偏析条带处进行非金属夹杂 物及显微组织检验,发现在二者附近均存在大量的 硫化物及呈尖角状的粉色沉淀相,夹杂物及沉淀相 沿轧制方向呈条带层分布,进一步通过能谱分析确 定裂纹处及异常条带处均为硫化锰及富铌沉淀相, 且两部位的夹杂物及沉淀相类型一致,无缺陷处非 金属夹杂物无异常,表明开裂主要由夹杂物及沉淀相引起。筒节焊接接头处裂纹仅存在于 Q345钢基 层中,其大致平行于焊缝纵向且距热影响区有一定 距离,裂纹附近存在的非金属夹杂物硫化锰及富铌 沉淀相条带由母材区延伸至熔合线处终止。正常部 位母材基层显微组织为铁素体+珠光体,偏析区域 显微组织主要为贝氏体且存在大量夹杂物及沉淀 相,说明钢中存在严重的成分偏析。
当钢中增加锰元素后可与硫元素形成硫化锰夹 杂物时,具有脱硫功效,可防止热脆,故锰元素能改 善钢的锻造性与可塑性[2]。钢中添加微量铌元素, 是为了通过铌元素形成的碳化物和氮化物阻止奥氏 体晶粒在加热时长大,在轧制时抑制奥氏体的再结 晶及细化再结晶晶粒,同时还有沉淀强化的作用,但 前提是形成的析出相颗粒细小且点状弥散分布[3]。 当硫化锰夹杂物聚集长大形成长条状,铌的沉淀相 聚集长大形成有尖角状的块状沉淀相时,容易在尖 端形成裂纹源,产生微裂纹[4]。
综上所述,缺陷存在于基层内部远离界面较远 的部位,其内部温度远低于硫化锰和铌沉淀相的形 成温度,因此在爆炸复合过程中不会产生硫化锰和 铌的沉淀相。由于基层 Q345R 钢在冶炼过程中工艺控制不当,局部成分偏析,因此在该区域产生了大 量硫化锰及富铌的沉淀相,在轧制过程中,硫化物及 铌的沉淀相沿着轧制方向呈条带层分布,大量夹杂 物及沉淀相存在于钢中,严重破坏了基体金属的连 续性。
3 结论及建议
(1)R60702/TA1/Q345R复合板缺陷为 Q345R 钢中非金属夹杂物硫化锰和富铌沉淀相条带,及由 非金属夹杂物硫化锰和富铌沉淀相引起的裂纹。
(2)建议合理控制 Q345R 钢的冶炼工艺,以减 少钢中硫化物及大颗粒沉淀相的析出。
参考文献:
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