Металлургическая экспертиза дефектов горячекатаного листа производимого для труб

Металлургическая экспертиза дефектов горячекатаного листа, производимого для труб, используемых в нефтегазовой промышленности к. т. н. , доцент кафедры “Стали и сплавы” СПб. ГПУ Ковалев Павел Валерьевич

Исследованные дефекты Название дефекта до исследования Волосовина Рванина Природа дефекта до исследования Сталеплавильная Прокатная Название дефекта после исследования “Закат” из-за неравномерного Природа дефекта после исследования характера течения металла в прикромочных зонах листа Прокатная Раскатанная трещина Сталеплавильная Слиточная рванина Сталеплавильная “Закат” из-за неравномерного Прикромочная трещина Сталеплавильная Долевая трещина Сталеплавильная “Плена” по неметаллическим Раскатанная трещина Сталеплавильная “Закат” из-за глубоких следов характера течения металла в прикромочных зонах листа включениям зачистки Прокатная Сталеплавильная Прокатная плена Плена Сталеплавильная Прокатная “Плена” по неметаллическим Сталеплавильная включениям “внутр. расслоение” из-за Дефект УЗК Сталеплавильная скоплений неметаллических включений “внутр. расслоение” из-за водорода или усадочных пустот по несплошностям Сталеплавильная

РАСКАТАННАЯ ГОРЯЧАЯ ТРЕЩИНА (Рванина) Внешний вид дефекта Длина - до 100 мм Ширина – до 80 мм

Схема разрезки образцов горячекатаного листа, для проведения металлографических исследований

РАСКАТАННАЯ ГОРЯЧАЯ ТРЕЩИНА Панорамное изображение поперечного сечения раскатанной горячей трещины на травленом шлифе

РАСКАТАННАЯ ГОРЯЧАЯ ТРЕЩИНА Окалина (до 100 мм) в полости, образованной дефектом Окалина и сателлитные включения в районе горячей трещины

РАСКАТАННАЯ ГОРЯЧАЯ ТРЕЩИНА Окалина и обезуглероженная зона вдоль дефекта, поперечное сечение

РАСКАТАННАЯ ГОРЯЧАЯ ТРЕЩИНА ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: Дефект развивается по горячей трещине, возникшей в непрерывнолитой заготовке из-за термических напряжений, обусловленных перепадом температур по толщине и периметру оболочки слитка, а также напряжений, обусловленных затрудненной усадкой из-за повышенных сил трения между поверхностью оболочки сляба и стенкой кристаллизатора. МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ: - Предотвращать значительный перегрев металла в процессе разливки; - следить за качеством поверхности кристаллизатора; - контролировать качество используемых шлакообразующих смесей; - производить качественную зачистку слябов перед прокаткой; - производить тщательный контроль слябов на наличие поверхностных дефектов типа горячих трещин перед прокаткой.

Слиточная рванина Внешний вид дефекта

Fe Mn Si С, О 1 97, 25 1, 68 0, 48 ост 2 69, 99 1, 66 0, 49 ост 3 67, 49 1, 47 0, 22 ост 4 66, 37 1, 05 0, 41 ост 5 71, 83 1, 56 0, 49 ост 6 69, 33 1, 43 0, 23 ост 7 68, 07 1, 64 0, 20 ост 8 61, 43 1, 39 0, 71 ост 9 67, 73 1, 05 0, 21 ост 10 61, 33 1, 19 0, 52 ост

Слиточная рванина Равномерный плоско-параллельный характер течения металла вдоль трещины, продольный шлиф

Неравномерный характер течения металла поперек трещины, поперечный шлиф

Перед пластической деформацией Прокатка “на длину” Прокатка “на ширину”

Слиточная рванина ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: - термические трещины, образовавшиеся из-за нарушения режимов нагрева сляба под прокатку; - наличие напряжений или трещин на поверхности сляба, возникших на его торцах при резке огневым способом МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ: - Обеспечение при нагреве под прокатку равномерного температурного поля по всему объему сляба; - тщательный контроль поверхности огневого реза на наличие концентраторов напряжений перед пластической обработкой

ПЛЕНА ПО НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВКЛЮЧЕНИЯМ Внешний вид дефекта

ПЛЕНА ПО НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВКЛЮЧЕНИЯМ Панорамное изображение поперечного сечения дефекта «плена» и скопления включений вдоль дефекта

ПЛЕНА ПО НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВКЛЮЧЕНИЯМ Скопления неметаллических включений, декорирующих дефект

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ В ПЛЕНЕ № Fe Mn Si Al O, C 1 97, 36 1, 63 0, 39 - - Сателлит НВ 2 51, 89 2, 34 16, 58 - ост. 2 Fe. O·Si. O 2 3 51, 66 2, 41 16, 66 - ост. 2 Fe. O·Si. O 2 4 66, 80 3, 66 1, 07 - ост. Сателлит НВ 5 50, 49 2, 53 15, 86 - ост. 2 Fe. O·Si. O 2 6 70, 61 1, 54 0, 25 0, 29 ост. Сателлит НВ Включения фаялита и сателлитные включения в районе дефекта

ПЛЕНА ПО НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВКЛЮЧЕНИЯМ (Fe. O), % [O]· 1000, % Результаты термодинамического расчета массовой концентрации Fe. O в продуктах раскисления при раскислении стали Х 70 кремнием (t=1580 о. С)

ПЛЕНА ПО НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВКЛЮЧЕНИЯМ ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: – размыв огнеупоров; – вторичное окисление металла; – затягивание шлака при низком уровне металла в промежуточном ковше; – захват шлаковой смеси струей металла при нестабильной разливке; – несоблюдение технологии внепечной обработки металла МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ: – соблюдать технологию раскисления и разливки стали; – защищать металл при разливке от вторичного окисления; – соблюдение технологии внепечной обработки стали; – контролировать гранулометрический состав и влажность используемых шлакообразующих смесей; – следить за состоянием огнеупоров

Дефекты УЗК

Внутренние расслоения из-за скоплений неметаллических включений Места отбора проб Дефектограмма листа 69595

Внутренние расслоения из-за скоплений неметаллических включений Панорамное изображение дефекта УЗК листа 69595

Неметаллические включения, образовавшиеся в результате взаимодействия продуктов раскисления со шлакообразующей смесью № Fe Mn Cr Ti Si Al Ca K Na V Nb O, C 1 3, 87 0, 20 - 0, 49 - 47, 07 - - - 0, 46 - ост Fe. O - Al 2 O 3 2 6, 18 51, 03 0, 16 - 16, 03 - - 0, 57 - ост 2 Mn. O·Si. O 2 3 2, 86 19, 35 - 0, 76 16, 90 5, 41 15, 99 1, 02 5, 63 - 0, 65 ост Ca. O·Mn. O·Si. O 2 с ШОС-К 1 4 5, 88 24, 34 0, 21 - 15, 93 - 22, 17 0, 24 - 0, 31 - ост Ca. O·Mn. O·Si. O 2 с ШОС-К 1 5 1, 66 3, 40 - 0, 29 17, 07 6, 20 28, 39 1, 57 7, 59 0, 27 0, 30 ост Al 2 O 3·Mn. O с ШОС-К 1

Внутренние расслоения из-за скоплений неметаллических включений Место отбора пробы Дефектограмма листа 71947

Внутренние расслоения из-за скоплений неметаллических включений Панорамное изображение дефекта УЗК листа 71947

Неметаллические включения во внутренних расслоениях № Fe Mn Ti Si Al Mg Ca V O, C 1 1, 40 30, 26 6, 58 - 30, 44 - - 0, 32 ост Al 2 O 3·Mn. O 2 1, 13 6, 24 55, 37 0, 17 2, 14 - - 0, 84 ост Ti. O 2 3 1, 23 - 1, 18 50, 93 - - - ост Al 2 O 3 4 0, 82 2, 31 0, 15 - 0, 4 43, 18 0, 11 ост 2 Ca. O·Si. O 2 15, 96 Продукты раскисления в расслое листа 71947

Внутренние расслоения из-за скоплений неметаллических включений ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: Расслоения из-за скоплений неметаллических включений, образовавшихся в результате взаимодействия продуктов раскисления стали со шлакообразующими смесями МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ: - предотвращение попадания частиц шлакообразующих смесей в сталь: - тщательный контроль качества применяемых ШОС; - очистка стенок кристаллизатора при замене погружных стаканов; - своевременный контроль правильности работы системы автоматического регулирования уровня металла в кристаллизаторе; - глубокое рафинирование стали от неметаллических включений

ВНУТРЕННИЕ РАССЛОЕНИЯ ИЗ-ЗА УСАДОЧНЫХ ПУСТОТ ИЛИ ВОДОРОДА В СТАЛИ Место отбора пробы Дефектограмма листа 70978

ВНУТРЕННИЕ РАССЛОЕНИЯ ИЗ-ЗА УСАДОЧНЫХ ПУСТОТ ИЛИ ВОДОРОДА В СТАЛИ Место отбора пробы Дефектограмма листа 70978 Ширина расслоения – до 50 мм

ВНУТРЕННИЕ РАССЛОЕНИЯ ИЗ-ЗА УСАДОЧНЫХ ПУСТОТ ИЛИ ВОДОРОДА В СТАЛИ Место отбора пробы Дефектограмма листа 70978

ВНУТРЕННИЕ РАССЛОЕНИЯ ИЗ-ЗА УСАДОЧНЫХ ПУСТОТ ИЛИ ВОДОРОДА В СТАЛИ ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: Наличие усадочных пустот в исходном слябе, представляющих собой сосредоточение крупных и мелких пор, расположенных вдоль теплового центра непрерывнолитого слитка в зоне встречи фронтов затвердевания (дефект непрерывнолитой заготовки “осевая рыхлость”) или выделения водорода. Впоследствии в процессе пластической деформации отдельные рассеянные поры раскатываются в виде нитевидных несплошностей, а крупные усадочные пустоты приводят к расслоениям в центре листа. МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ: - уменьшение скорости и температуры разливки; - снижение колебаний скорости вытягивания непрерывнолитого слитка; - снижение количества остановок машины НЛЗ; - создание мягкого режима охлаждения в зоне вторичного охлаждения сляба - вакуумирование для снижения содержания водорода в стали или противофлокенный отжиг.

Дефекты, имеющие прокатную природу возникновения

Дефекты, идентифицированные как «плена» , Дефекты, «волосовина» и «прикромочная трещина» Номер листа Номер плавки Обнаруженные дефекты 46722 н/д Волосовина 72041 354574 -8/3 -2 Волосовина, прикромочная трещина, плена н/д Волосовина 69184 254410 -6/? -2 Волосовина, прикромочная трещина, плена 69187 254410 -6/9 -1 Волосовина, плена 69155 254412 -6/1 -1 Прикромочная трещина 71915 354626 -7/1 -2 Прикромочная трещина 75947 н/д Плена

Совместное расположение дефектов «плена» и «волосовина»

ЗАКАТ ИЗ-ЗА НЕРАВНОМЕРНОГО ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В ПРИКРОМОЧНЫХ ЗОНАХ ЛИСТА (Волосовины) Внешний вид дефекта идентифицированного как «волосовина» , прокат 46722

ЗАКАТ ИЗ-ЗА НЕРАВНОМЕРНОГО ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В ПРИКРОМОЧНЫХ ЗОНАХ ЛИСТА (Волосовины) Панорама линий течения металла на кромке листа 46722 ( 50 млн точек, 181 мм 2 , 95 полей зрения)

ЗАКАТ ИЗ-ЗА НЕРАВНОМЕРНОГО ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В ПРИКРОМОЧНЫХ ЗОНАХ ЛИСТА (Волосовины) Линии течения металла, выходящие на поверхность листа и раскрывающиеся в виде трещин

ЗАКАТ ИЗ-ЗА НЕРАВНОМЕРНОГО ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В ПРИКРОМОЧНЫХ ЗОНАХ ЛИСТА (прикромочная трещина) Внешний вид поверхностного дефекта, идентифицированного как «прикромочная трещина» , лист 69155

ЗАКАТ ИЗ-ЗА НЕРАВНОМЕРНОГО ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В ПРИКРОМОЧНЫХ ЗОНАХ ЛИСТА (прикромочная трещина) Грубые трещины при дальнейшем раскрытии волосовин

ЗАКАТ ИЗ-ЗА НЕРАВНОМЕРНОГО ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В ПРИКРОМОЧНЫХ ЗОНАХ ЛИСТА (Волосовины и прикромочная трещина) ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: - Неравномерность течения металла по сечению листа в прикромочной зоне, связанная со значительным температурным градиентом, возникшим из-за нарушения технологии подстуживания; – неравномерный по сечению листа нагрев металла перед прокаткой ; МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ: - недопущение охлаждения металла на поверхности листа и, особенно, на его кромках при подстуживании ниже температуры, установленной технологической инструкцией; - сокращение потерь тепла излучением при подстуживании с внешней поверхности вдоль кромки листа за счет установки тепловых отражающих экранов вдоль рольгангов; - обеспечение при нагреве перед прокаткой равномерного температурного поля по поверхности и сечению сляба;

Прокатная плена Внешний вид дефекта «плена» , прокат 72041

Прокатная плена Изменение направления течения металла в приповерхностном слое дефекта “прокатная плена”

Прокатная плена ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: - Раскат «закатов» , образовавшихся в начале чистовой прокатки; - резкое изменение направления линий течения металла в тонком приповерхностном слое листа, вызванное неравномерностью распределения температуры по ширине проката МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ: - Недопущение снижения температуры металла при подстуживании ниже температуры, установленной технологической инструкцией; - предотвращение потерь излучаемой тепловой энергии в процессе подстуживания за счет установки теплоотражающих экранов вдоль рольгангов; - обеспечение при нагреве перед прокаткой равномерного температурного поля по поверхности и сечению сляба.

ЗАКАТ ИЗ-ЗА ГЛУБОКИХ СЛЕДОВ ЗАЧИСТКИ ( «раскатанные трещины» ) Внешний вид дефекта после зачистки, лист № 55859

ЗАКАТ ИЗ-ЗА ГЛУБОКИХ СЛЕДОВ ЗАЧИСТКИ ( «раскатанные трещины» ) Панорамное изображение дефекта на нетравленом поперечном шлифе

ЗАКАТ ИЗ-ЗА ГЛУБОКИХ СЛЕДОВ ЗАЧИСТКИ ( «раскатанные трещины» ) Локальная зона повышенной деформации под закатанным выступом

ЗАКАТ ИЗ-ЗА ГЛУБОКИХ СЛЕДОВ ЗАЧИСТКИ ( «раскатанные трещины» ) ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: – слишком глубокие следы зачистки на поверхности листа (низкое отношение ширины вырубки к ее глубине); – наличие глубоких царапин на поверхности прокатываемого металла; – закатывание металлической частицы (заусенца с кромки, отслоившейся частицы с поверхности листа и т. д. ) МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ: - тщательный контроль поверхности сляба и своевременное удаление облоя, заусенцев и отслоившихся частиц с его поверхности; - соблюдение соотношения глубины и ширины профилей желобков при вырубке или огневой зачистке поверхности непрерывнолитой заготовки

Внешние и микроструктурные признаки для разделения дефектов между сталеплавильным и прокатным производством Для сталеплавильных дефектов характерны следующие признаки: - одиночное расположение на поверхности листа; - наличие неметаллических включений эндогенного и/или экзогенного происхождения в окрестности дефекта; - наличие сателлитных включений, декорирующих дефект; - значительное количество окалины в полости дефекта; - наличие широкой обезуглероженной зоны вблизи дефекта; Для прокатных дефектов характерны следующие признаки: - симметричное расположение дефекта на поверхности прокатного листа; - периодичность расположения дефекта на поверхности прокатного листа; - наличие вблизи дефектов аномального характера течения металла; - различная степень деформации отдельных участков металла вблизи дефекта.

Внешние признаки, позволяющие установить природу образования дефекта «плена» Пленам сталеплавильного происхождения характерно значительная толщина отслоения (более 1 мм); большие размеры – более 35 мм в длину; одиночное расположение на поверхности листа Исследованным пленам прокатного происхождения характерно: незначительная толщина отслоения (менее 0, 5 мм); небольшие размеры – менее 25 мм в длину; симметричное расположение; периодичность расположения; расположение в виде строчек длинной до 150 мм и более; расположение в близи дефектов прокатного происхождения

Внешние признаки, позволяющие установить природу образования дефекта, представляющего собой несплошность в виде трещины Для трещин металлургического происхождения характерно: - наличие острых углов; - наличие разветвленности; - расположение под произвольным углом к направлению прокатки; - значительное проникновения вглубь прокатного металла Несплошностям в виде трещин прокатного происхождения (закатам и рванинам) присуще: - симметричность расположения; - отсутствие разветвленности; - волнообразный внешний вид; - приближение контура трещины к незамкнутой дуге; - направление вдоль (закат) прокатки.

Труднораспознаваемые дефекты горячекатаного листа

Дефект № 1 Внешний вид поверхностного дефекта г/к листа из стали 10 Г 2 ФБ толщиной 18, 8 мм

Окалина и сателлитные включения в районе поверхностного дефекта, × 400

Сателлитные включения, выросшие в результате высокотемпературного контакта металла с окалиной, × 400

Крупные рекристаллизованные зерна в районе трещины, заполненной окалиной

Дефект “Рваная кромка” Сталь 10 Г 2 ФБ

Поперечное сечение горячекатаного листа в районе дефекта “рваная кромка”

Поперечное сечение горячекатаного листа. Наблюдается неравномерный характер течения металла, микроструктура листа в районе дефекта сильно деформирована

Структура видмантштеттова феррита в районе дефекта “рваная кромка”, поперечное сечение горячекатаного листа

Вкатанная металлическая частица

Панорамное изображение кромки горячекатаного листа

Вкатанная частица на поверхности горячекатаного листа