钢中氢对中厚板材探伤合格率的影响.doc

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1、钢中氢对中厚板材探伤合格率的影响朱立民摘　要　在分析钢中H含量对钢中气体析出的基础上,提出氢致裂(HIC)对中厚板探伤性能影响,可分为凝固过程的氢致裂(HICL→s)和受应力作用下的氢致裂(HICs),其中控制HICl→s是产生探伤性能合格板材的必要充分条件。关键词　HIC　探伤　中厚板EFFECTSOFHONDETECTIONOFCRACKINGINSTEELPLATEZhuLiminShanghaiPudongIron&Steel(Group)Co.LtdSynopsis　Thepropertyofdetectionofcrackscausedby［%H］isanalyze

2、dandeffectsofHI(hydrogeninducedcracking)areconsideredinthispaper.ToobtaintheprpertyofcrackdetectionitisveryiniportanttocontrolHICs.Keywords　HIC　crackdetection　steelplate1　引　言　　由连铸坯生产的中厚板,其探伤合格率较低,长期困绕着我公司产品计划的完成与新产品的开发。究其原因,无非是板材内部连续组织的破坏。造成这种连续性组织破坏的原因很多,其中由于钢中氢含量过高,造成氢致裂纹,应引起人们足够重视。2　有关钢中氢

3、的一些数据2.1　氢在铁中溶解度及元素对其影响　　氢在铁液中的溶解度可表示为:(1)　　在α相中的溶解度又可表示为:(2)式中　［H］/%(wt)——钢中氢含量的原子百分比浓度　　由此可见,氢在铁液中的溶解度高达25×10-6(1600℃),而在α相又低于2×10-6(750℃)。　　钢中的元素对氢的溶解度的影响可用元素的相互作用系数来表示,详见表1。以此,可以计算出1600℃时氢的溶解度约为27×10-6。表1　元素的相互作用系数XCAlSiSMnPOMoe(x)H0.060.010.030.017-0.0010.0112.5-0.0132.3　典型炼钢过程中的的氢含量　　典

4、型炼钢过程的氢含量详见表2。表2　各种炼钢法与气体含量［2］　［H］/×10-6［N］/×10-6［O］×10-6碱性平炉3.0～7.030～600.04～0.07碱性电炉(氧化期)3.0～7.030～800.04～0.07碱性电炉(还原期)6.0～10.060～1500.004～0.010氧气顶吹转炉1.0～3.010～200.04～0.062.4　钢中氢+氮的容限　　在凝固过程中,［钢中H含量］和［钢中N含量］随着凝固的变化而变化,它们的析出浓度可用如下方程式表示:(3)(4)　　式(3)和(4)中,［H］B和［N］B分别为钢液中氢和氮的原始浓度;f为凝固率。由此可见,在凝

5、固过程中气体元素的浓度是不断提高的。这应当引起冶金工作者的重视。文献［3］提出避免钢中氢和氮析出的容限,如图1所示。例如,钢液中氢含量为5.5×10-6和氮含量为160×10-6时,熔液中的总压力就超过1atm。图1　钢中氢和氮的容限2.5　我公司钢液实测氢和氮含量　　详细测定了电炉厂和特钢厂的钢液中H含量和N含量的变化。经加权处理后,其结果可详见图2和图3。未经真空处理的钢液,其氢平均含量比上述值还要高约(1～2)×10-6。可见,电炉钢液中H含量和N含量已处在析出气体的范围之内或临界边缘。图2　电炉钢氢含量的测定值图3　电炉钢氮含量的测定值3　讨　论3.1　钢中气体的析出　

6、　从式(1)和式(2)的溶解度方程可知,钢从液相凝固成固相和以后继续冷却,钢中H含量和N含的溶解度锐减,再加上凝固过程的偏析,钢中残留H含量和N含量会超过其容限,析出气体,产生气孔的可能性极大。这些细小气孔的生成就破坏了钢中基体组织的连续性,降低了探伤合格率。另外,在高温下钢中的高压氢还能与钢中的碳发生氢蚀反应:(5)或　(6)　　钢中的氢与碳的反应生成的甲烷,其压力也足以促使裂纹产生。3.2　HIC对探伤合格率的影响　　HIC(HydrogenInducedCracking)是批氢引起材料开裂的现象。广义的HIC包括氢引起材料的各种损伤,这种损伤既有开裂,又有各种性能的下降。

7、在凝固过程中,析出的分子氢很容易地在枝状晶之间集聚、沉淀与析出,产生气孔。另外,由于铸状组织的中心偏析和中心疏松的存在,更容易促使氢的扩散。如此时铸状组织再受到额外的应力作用,如连铸过程的弯曲、矫直、鼓肚和错位等,这些细小的气孔就会沿枝状晶扩展,形成更大的裂纹。因此可以把HIC的影响分为两大类:一类是凝固生产过程的影响(HICl→s;另一类是钢坯(锭)在冷热加工过程中,由于氢原子扩散而生成的裂纹(HICs),即(7)　　在热加工过程,由于氢与铁的交互作用,降低了铁的局部剪切强度,从而使位错易