4Cr5MoSiV1电渣重熔钢锭的超声波探伤

2004年2月NDTFebruary.2004

4Cr5MoSiV1电渣重熔钢锭的超声波探伤

彭建中　李红伟

(中国兵器科学研究院宁波分院,浙江宁波　315103)

摘　要:介绍4Cr5MoSiV1电渣重熔钢锭的超声波检测方法、特点、工艺和钢锭解剖验证的缺陷示例。关键词:超声波检测;电渣重熔;缺陷;

中图分类号:TG115.28　文献标识码:A　文章编号:167124423(2004)01246202

1　概述

电渣重熔的方法是将需要重熔的钢棒作为自耗电极,自耗电极的一端插入有水冷却的铜制结晶器中,结晶器内装有高温、高碱熔渣。自耗电极、渣池、金属熔池、钢锭、底水箱通过导线变压器组成回路,当电流通过回路时,依靠熔渣的电阻热将插入渣池的自耗电极不断融化,形成熔滴穿过渣池进入金属熔池,与此同时,融化了的钢水在水冷结晶器中,液态金属自下而上逐步凝固成铸锭。电渣重熔工艺见图1。

在电渣重熔过程中,影响冶炼质量的原因较多,如渣系成份、重熔温度、功率电流、渣池的厚度、融化速度等,若冶炼工艺执行不严,在钢锭中也会出现一

些宏观缺陷,这些缺陷如不在铸态状被准确的检测出,那么在锻造和制作模具时,将造成无法挽回的经济损失。4Cr5MoSiV1钢的化学成分见表1。

1.自耗电极　2.铜水冷结晶器　3.渣池4.金属熔池　5.结晶的钢锭　6.引锭板

图1　电渣重熔示意图

表1　4Cr5MoSiV1钢的化学成分(GB󰃗T1299-2000)

C0.32～0.45

Si0.80～1.20

Mn0.20～0.50

Cr4.75～5.50

Mo1.10～1.75

V0.80～1.20

PS≤0.03≤0.03

2　超声波探伤

2.1　仪器、探头、试块和耦合剂2.1.1　探伤仪器

面对比试块来确定检测灵敏度是可行的,它适合于批量电渣重熔钢锭现场的探伤,曲面对比试块见图2所示。

选德国USK6型和汕头超声研究所产的CTS

-26型A型脉冲反射式超声波探伤仪。2.1.2　探头

探头类型很多,性能各异,根据检测对象选德国汕头超声仪器研究所产KK公司产B2F、B1F、215P14、2.5P20、2.5Z20N、1.25P20探头。2.1.3　试块

某公司生产的电渣重熔钢锭直径约为410～440mm,锭长约1600mm。制作一套声程不同的󰂡3mm平底孔的试块成本太高,针对电渣重熔钢锭的

平底孔孔高20～25mm,平底孔直径为󰂡3mm

2钢锭直径　　d.平底孔直径L.大于或等于1󰃗

R.试块的曲率半径(与钢锭相同或相近)

图2　对比试块

特点,采用金属声程等于或大于二分之一直径的曲

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第1期　　　　　　　　彭建中等:4Cr5MoSiV1电渣重熔钢锭的超声波探伤　　　　　　　　　　　　　472.1.4　耦合剂

选甘油和较稠的机油,且涂抹适量,不宜过厚,否则会出现杂乱的反射波,影响对缺陷定位、定性的判别。探伤时钢锭表面的渣皮、氧化皮要清除掉,钢锭表面的高低不平处用电动砂轮打磨成漏出金属光泽的圆滑过度即可。2.2　探伤灵敏度的调整2.2.1　底波反射法

被探钢锭直径一般为410～440mm,厚度大于探头近场区的3倍,可在钢锭上找出代表完好材质状态的位置,把第一次底面回波调整到荧屏满刻度的60%～80%。作为评定回波信号的基准,根据被检钢锭的需要,按下式调整灵敏度作为检测灵敏度。

2

(1)A=20lg2ΚT󰃗dΠ式中　A—需要提高的增益值,dB

T—被检部位的直径,mmd—平底孔直孔,mm

的特点,建议采用金属声程等于或大于二分之一直

径的对比试块调整检测灵敏度,在生产上较为实用,它适合于生产车间批量电渣重熔钢锭的探伤,探伤时可从钢锭相对两曲面进行探伤。对比试块见图2所示。　　　　

3　检测结果与缺陷验证

(1)经两年来累计超声波检测与分析电渣重熔

钢锭近百个,用此超声波检测工艺完全可以检测出4CrMoSi非金属夹杂、V1电渣重熔钢锭中的白点、疏松等缺陷,是一种行之有效的方法。选用的仪器不受场地、位置限制,具有较高的可靠性。

(2)经现场电渣重熔钢锭解剖证明两种灵敏度调整的方法是可行的,需指出的是,底波法提高的增益值,在实际应用中,感到增加的有些高,出现草状回波较严重,草状回波的高度,约占满刻度的40%左右。影响了缺陷波的识别,适当减少增益量(3～6

非金属夹杂和疏dB)是可行,不影响对钢锭中白点、

松的检出。电渣重熔钢锭中不同缺陷的回波特征见表2。

(3)建议研究制定出统一、完整的“电渣重熔钢锭超声波探伤方法及质量评级方法”的国家或行业标准。

—波长,mmΚ

—圆周率Π

2.2.2　对比试块法

该钢锭是一两端直径不同的圆柱体,一般直径在420～440mm,引锭板端的直径较大。制作一套不同深度和直径的试块成本太高,针对电渣重熔钢锭

表2　4Cr5MoSiV1电渣重熔钢锭中缺陷形状和回波典型特征及规律

被检材料4Cr5MoSiV1电渣重熔钢锭

曲　型　缺　陷　形　状

　　白点为金属内部缺陷。密集状,白色斑点(呈圆形或椭圆形银亮色的斑点)。锻后白色斑点内有锯齿状小裂纹,斑点直径一般在几毫米内。锻后多呈在轴截面1󰃗2半径到1󰃗3半径的环状范围内。

非金属夹杂　　呈分散形态和局部集中态,白灰

色粉状,不太规则,尺寸在2～7mm,解剖看断面,夹杂物能剥落掉被检缺陷白点

回　波　特　征　及　规　律

　　探伤时,在钢锭中心部位出现丛林状波形,波尖锐清晰,彼此独立,降低探伤灵敏度,缺陷波下降速度较慢,仍显得高而清晰,对底波有明显的影响,一般伤波多而密集,彼此间清晰可辩,甚至无底波,不同部位探测时回波变化不大。

疏松

　　大多出现在离引锭板端750～780mm处,该缺陷对底波有一定的影响,大多数情况下,底波和缺陷波同时存在,底波有不同程度的下降。分散性夹杂,超探时,缺陷波呈高低不等、疏密不一、数量较多、伤波间的基线只稀少地呈现出。局部夹杂多位于钢锭的心部,在不同部位探测其回波有变化,回波呈林状且清晰,离探测面的埋藏深度不一,大多数缺陷的深度在180～220mm之间。

　　出现在钢锭中心部位,距钢锭补　　对声波有明显的吸收和散射作用,使底波显著降缩端20～50mm内,呈暗黑海绵状的低,严重的疏松,其反射波很高、密集,底波消失;提高小点和孔隙较集中密集状。灵敏度,出现杂乱波形,但无底波。波形为丛状幅度较

高,不同部位探测回波变化不大。

参考文献:

[1]　陈再枝,蓝德年.模具钢手册.冶金工业出版

社.2002

[2]　超声波探伤编写组.超声波探伤.电力工业出

版社.1980

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