车轮轮箍探伤密集型缺陷分析

陈昌华

马钢股份有限公司技术中心

 

 

     介绍了马钢车轮公司车轮、轮箍探伤密集型缺陷,采用无损检测与有损检测对比解剖的方法,对典型缺陷进行超声波探伤、X射线探伤分析,通过断口、金相、扫描电镜等分析手段确认缺陷的性质。建立了缺陷性质与超声波探伤波形特征的对应关系,制定了在线超声波探伤方法和密集型小缺陷判定标准。研究结果表明,超声波波形形态的动态分析检测技术具有判定缺陷性质直观等特点。

主题词   车轮;轮箍;超声波探伤X射线探伤;低倍;金相断口扫描电镜

 


1. 前言

2008年四-五月份,车轮公司新报出车轮、轮箍探伤密集型缺陷18炉,但解剖结果与过去明显不同,极少发现“裂纹”,严重影响了车轮、轮箍原料炼钢及轧制生产节奏。鉴于这一阶段探伤密集型缺陷的特殊性,我们开展了“车轮轮箍探伤密集型缺陷性质确认”工作。根据探伤缺陷特征(波形、位置、数量、分布等)进行探伤缺陷分类,对典型缺陷进行X射线探伤、低倍、断口、金相、扫描电镜等分析,确认缺陷性质。由于该批次缺陷存在的特殊性及数量之多,车轮、轮箍探伤缺陷发生量呈现升高趋势,引起了公司相关人员的高度重视。

II类探伤缺陷是最需要引起重视的缺陷。本次分析对象均为未达报警水平的小缺陷,尽管解剖分析结果表明II类探伤小缺陷不是密集型缺陷(氢致裂纹),但根据过去的经验,不能排除大当量II类缺陷属密集型缺陷(氢致裂纹)的可能,因此,受样品条件限制,无法对各种当量水平II类缺陷进行分析,是本次试验存在的主要问题。

2. 缺陷的探伤特征分类

由于试验时缺陷当量≥Φ2mm-6dB的已作废品处理,无法进行复探,只能复探未达报警水平、缺陷较小的滞留品。对现场探伤记录初步分类后,就16件轮箍、49件车轮进行了复探,缺陷探伤特征分为以下几类:

类型

缺陷的探伤特征

根据文献对缺陷性质的预估

波形

位置

密集程度

I

尖锐、单峰,无草状波,信噪波大于20dB(图2

不固定

不固定

夹杂、气孔等造成的分层

II

尖锐、多峰(林状),少量草状波,信噪波大于15dB(图3

固定,轮辋中部

周向连续

疑似白点

III

园钝,单峰,少量草状波,信噪波大于15dB(图4

不固定

不固定

夹杂、气孔等体积状缺陷

IV

尖锐,大量草状波,草状波显指数下降,信噪波极差(图5

不固定

周向连续

粗晶

超声波探伤波形分类见图2-5,缺陷平均当量约为0.5mm平底孔大小,既有位于轮辋心部的(距内侧面30-110mm),也有靠近表面的,见图1

(a)  轮箍缺陷分布图

b)一分厂车轮缺陷分布图

      c)二分厂车轮缺陷分布图

1 超声波探伤缺陷分布

 

 

 

 

 

 

 

 


  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


2I类探伤缺陷探伤波形特征

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


3II类探伤缺陷波形特征

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


4III类探伤缺陷波形特征

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


5IV类探伤缺陷波形特征

3. 缺陷性质确认试验

3.1 确认对象

根据缺陷的探伤特征分类结果,在探伤废品中选取15件典型样品进行缺陷性质确认,样品情况见表1。可见,所取样品具有代表性。

1、典型缺陷超声波探伤特征类型

序号

规格

炉罐号

探伤特征类型

取样编号

备注

当量/深度

1

φ1060

08-2-02867

III

轮箍101

0.8/108.6

2

φ1260

08-1-02162

II

轮箍103

0.6/90.0

3

φ1060

08-2-00709

I

轮箍104

0.3/51.1

4

φ1260

08-2-02960

I

轮箍110

0.6/105.8

5

NL-ID1000

07-1-11408

IV

车轮201

0.4/94.4

6

NL-ID1000

08-3-04620

I

车轮223

0.9/118.3

7

NL-ID1000

08-3-04562

III

车轮224

0.8/118.9

8

KKD

08-3-03798

III

车轮3042

0.6/85.1

9

HESA

08-3-04329

III

车轮309

0.7/116.2

10

NL-HDSA

08-2-03817

III

车轮315

0.6/86.8

11

φ1260

08-2-02925

III

轮箍108

0.5/129.1

12

φ1260

08-2-02960

I

轮箍109

0.5/84.4

13

NL-GE-P3

08-1-02743

II

车轮215

0.3/48.5

14

NL-GE-P3

08-2-02608

IV

车轮218

0.3/66.3

15

KKD

08-3-03809

III

车轮303

0.6/118

3.2  X射线探伤分析

选取4件轮箍、6件车轮,在缺陷处截取横断面试块,进行X射线探伤分析,结果均未发现缺陷,见表2、图6

2、典型缺陷X射线探伤分析结果

序号

规格

炉罐号

识别丝号

(丝径,mm)

取样

编号

分析结果

1

φ1060

08-2-02867

11(0.32)

轮箍101

没缺陷,(a)

2

φ1260

08-1-02162

10(0.40)

轮箍103

没缺陷,(b)

3

φ1060

08-2-00709

10(0.40)

轮箍104

没缺陷,(c)

4

φ1260

08-2-02960

10(0.40)

轮箍110

没缺陷,(d)

5

NL-ID1000

07-1-11408

10(0.40)

车轮201

没缺陷,(e)

6

NL-GE-P3

08-3-02581

10(0.40)

车轮210

没缺陷,(f)

7

NL-GE-P27

08-2-02579

10(0.40)

车轮211

没缺陷,(g)

8

KKD

08-3-03798

10(0.40)

车轮3042

没缺陷,(h)

9

HESA

08-2-04085

10(0.40)

车轮301

没缺陷,(i)

10

840HESA

08-2-03354

11(0.32)

车轮307

没缺陷,(j)

 

 

 

 

 

 

(a)101#试样    (b)103#试样

 

 

 

 

 

 

(C)104#试样     (d)110#试样

 

(e)210#试样      (f)201#试样

 

(g)211#试样    (h)3042#试样

 

 

 

 

 

 

(i)301#试样    (j)307#试样

            6X射线探伤检测结果

3.3 相控阵法探伤分析

1件属I类探伤缺陷的车轮进行了超声相控阵检测,结果见图7,为单点状缺陷。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


7、超声相控阵检测结果

4. 典型缺陷解剖分析

4.1 取样及分析方法

标定缺陷位置后采用线切割方法取样,确保缺陷在试样中存在,然后进行低倍分析。低倍酸洗后再次进行超声波检验,将缺陷定位后取样进行金相分析,另取一部分典型试样在探伤缺陷处开槽压断,进行断口分析。

4.2 低倍分析

在精确定位的条件下,低倍分析均未发现缺陷,说明此次发生的探伤缺陷很难通过低倍检验而发现,结果如图8所示。

8、低倍检验结果

4.3 金相分析

对金相试样逐层研磨、观察,直到发现缺陷,缺陷分析结果见表3、图9,可见,探伤缺陷为疏松孔洞和夹杂物。

3、探伤缺陷的金相分析结果

编号

品种

探伤特征类型

金相分析结果

108#

轮箍

III

孔洞,图9(a)

109#

轮箍

I

氧化物夹杂(MgAlSiCa),图9(b)

215#

车轮

II

孔洞,氧化物夹杂(MgAlCa),图9(c,d,e)

224#

车轮

III

孔洞,图9(f)

309#

车轮

III

夹杂物,图9(g)

315#

车轮

III

孔洞,图9 (h)

3042#

车轮

III

孔洞,氧化物夹杂(Al),图9 (i,j)

105#

轮箍

IV

粗晶,图9 (k)

 

 

 

 

(a)108# 孔洞        (b)109# 夹杂物

(c)215# 孔洞    (d)215# 夹杂物

文本框: 0.23mm×0.03mm

(e)215# 夹杂物   (f)224# 孔洞

                   

 

(g)309#夹杂物      (h) 315# 孔洞

 

 

 

 

 

 


(i) 3042# 孔洞  (j)3042# 夹杂物

 

 

 

 

 

(k) 粗晶

9、缺陷的金相分析结果

5.4 断口分析

取部分车轮、轮箍在探伤缺陷处开槽,压断后进行宏观断口分析,根据情况进行扫描电镜断口分析。断口分析结果见表4,图10-13

4、断口分析结果

编号

品种

类型

断口宏观形貌

断口微观形貌

103#

轮箍

II

小亮斑,图10(a)

相邻的多处自由表面,最大351μm×274μm,属未焊合铸态原始缺陷,图11

106#

轮箍

II

未见异常。

自由表面,646μm×534μm,图12

105#

轮箍

IV

粗晶,图10(b)

 

205#

车轮

III

未见异常,图10(c)

粗大氧化物、MnS复合夹杂,图13

319#

车轮

III

未见异常。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


(a)    轮箍103#宏观断口

(b) 轮箍105#宏观断口

 

(c) 车轮 205#宏观断口

10、宏观断口形貌

 

(a) 断口自由表面形貌          (b) 断口自由表面形貌

 

 

 

 

 

       (c)自由表面微观形貌

11、轮箍103#断口自由面形貌

 

 (a)断口自由表面形貌    (b)断口自由表面形貌

12、轮箍106#断口自由面形貌

(a)断口上氧化物形貌        (b)断口上氧化物夹杂形貌

 

 

 

 

 

(c)断口上氧化物夹杂能谱分析

13、车轮205#断口夹杂物形貌及能谱分析

6. 结论

为了确保车轮、轮箍优异的质量,还必须加强采用不破坏产品的形状、不改变使用性能的检测方法,对产品进行百分之百的检测,这种技术即是无损检测技术。无损检测技术以缺陷不超规定基准为检测对象的使用性能,应用多种物理原理,评价材料的连续性、完整性和安全可靠性,包括被检测材料和构件中是否有缺陷,并对缺陷的形状、大小、方位、取向、分布和内含物等情况进行判断。

车轮公司18炉超声波探伤问题滞留产品,技术中心认定是小缺陷(平均当量为0.5mm平底孔大小),不能作为密集型缺陷判定处理,合格品可以正常发货。解剖试验分析结果表明主要为疏松及夹杂物,马钢公司应加强第一炼钢厂圆钢拉坯速度及铝夹杂物的控制,及车轮公司应加强无损检测质量等级的管理制度,以避免不必要的车轮、轮箍产品大量滞留,影响公司生产。

本次试验结果表明,有必要对《车轮、轮箍密集型缺陷判定及处理办法(试行)》进行补充、完善,进一步明确密集型缺陷定义、细化密集型缺陷判定标准,在缺陷性质判定方面为在线超声波探伤人员提供易于把握的尺度,同时,还应制定在线超声波探伤过程控制办法,保证检查结果的完整性、可追溯性和评定结果的准确性。


Wheels and ring-intensive defect analysis test

Chen Changhua

Technology Center of Maanshan Iron & Steel Company  Limited

 

Abstract: Introduced the wheel, ring-intensive defect detection for Maanshan Iron & Steel Wheel Company. comparative non-destructive testing and damage detection method for anatomy, using typical ultrasonic flaw detection, X-ray detection analysis, through the fracture, microstructure, scanning electron microscope and other analytical tools to confirm the nature of the defects. Established the defect nature and characteristics of ultrasonic testing waveform corresponding relationship to develop on-line ultrasonic flaw detection methods and intensive small-defect to determine the standard. The results show that ultrasonic wave form of dynamic analysis of defect detection techniques to determine the nature of a visual and so on.

 

Keywords: Wheels; Ring; Ultrasound detection; X-ray detection; Macrostructure; Microstructure; Fracture; Scanning electron microscope