5140圆钢应力裂纹扩展对超声波探伤结果的影响

　　1　5140圆钢的加工工艺

　　5140钢的350 mm×470 mm连铸方坯经850轧机开坯,再经过连轧机组轧制成圆钢,随即装入缓冷坑,盖上保温盖,进行保温缓冷。缓冷时间达到规定的时间后,揭盖吊出自然冷却。

　　2　探伤过程

　　当圆钢温度自然冷却到<40℃时,可进行超声波探伤,检测圆钢内部是否存在缺陷。对一炉经过保温缓冷处理并已冷却的48支160 mm圆钢进行超声波探伤试验。当天探伤其中的36支,19支切头(切头为圆钢头部有缺陷的部分),部分圆钢两端切头。最短300 mm,最长2 000 mm。第4天对另12支探伤,均合格。

　　第10天,对已探的此炉圆钢实施复查,对19支已合格的圆钢进行复查。其探伤结果出人意料,6支合格,10支再次切头,另2支因再次切头尺寸太短而报废。切头最短50 mm,最长1 500 mm。

　　第11天对第10天复查合格的3支圆钢进行抽查,发现其中1支已切头的圆钢的端部又出现500 mm断续缺陷波。波幅最大处平底孔当量为4.7 mm。对第4天探伤合格的12支圆钢进行抽　　查,结果仍为合格。

　　第21天对第10天复查合格的全部圆钢再次实施全面探伤复查。又发现12支钢有缺陷波,最短200 mm,最长2 500 mm,最大处平底孔当量为6.8 mm。

　　3　缺陷的检测和分析

　　3.1　超声波定位试验

　　对第21天复查的圆钢其中的两支点状缺陷波的试料进行低倍和高倍分析。1号试料探伤当量相当于3.5 mm平底孔,2号试料探伤当量相当于2.8 mm平底孔,无超标缺陷。缺陷波基本在圆钢试料中心部位,沿纵向探测,有的呈连续状,有的呈断续状,长度5~10 mm,有方向性,综合判断,呈裂纹特征[1]。

　　1号试料低倍检验结果为液析0.5级,一般疏松1级,中心疏松1级,裂纹断面长4 mm(图1a);2号试料低倍检验结果为液析0.5级,一般疏松1.5级,中心疏松1级,裂纹断面长1 mm。低倍宏观形貌图片见图1b。

　3.2　化学和物理试验

　　3.2.1　气体含量与化学成分分析

　　将两根试样进行了氮、氢和氧含量分析和化学成分及五害元素分析,结果见表1(部分元素略)。

　　3.2.2　低倍酸浸

　　经酸浸,1号试料中心可见4 mm细小裂纹,2号试料酸浸后中心部位有一条1 mm左右的裂纹。

　　3.2.3　断口试验

　　将1号和2号试样进行淬火断口试验,断口裂纹处可见分层,分层深度分别为2和3 mm(图2)。

　　3.2.4　金相检验

　　(1)在1号试料裂纹处切取金相试样,经显微镜观察,正常组织为块状铁素体+细片状珠光体[2],由于显微成分偏析,局部区域出现大块全是珠光体组织而无铁素体组织(图3a)。经放大倍率为125倍时观察,珠光体组织内可见裂纹(图3b)。裂纹沿晶界或穿晶开裂,裂纹内无夹杂,经测量裂纹长约为3.2 mm。