劉顯有 肖章玉 馬正強(qiáng)

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618013)

1 標(biāo)準(zhǔn)概況

GB/T 37681—2019《大型鑄鋼件 通用技術(shù)規(guī)范》是我國(guó)大型鑄鋼件基礎(chǔ)通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確立了大型鑄鋼件的選材、訂貨、制造、檢測(cè)方法選用、檢驗(yàn)規(guī)則、驗(yàn)收交貨等通用技術(shù)要求。一是結(jié)合當(dāng)前制造工藝、檢測(cè)手段等水平的提升，允許運(yùn)用目前的先進(jìn)技術(shù)；二是在當(dāng)前行業(yè)生產(chǎn)制造過程中，存在某些規(guī)定不清或無(wú)規(guī)定的環(huán)節(jié)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，作了相應(yīng)的規(guī)定。

2 標(biāo)準(zhǔn)編制的主要內(nèi)容說(shuō)明

2.1 范圍

標(biāo)準(zhǔn)適用于砂型或?qū)嵝耘c砂型相當(dāng)?shù)蔫T型中鑄造的大型鑄鋼件。本標(biāo)準(zhǔn)主要適用于大型單件鑄件(小批量中小型鑄件也可參照)。

由于離心鑄造、電渣熔鑄等方式成型的鑄鋼件產(chǎn)品，其理化檢測(cè)所需要的試塊在成型、制備等方面與本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的采用附鑄(單鑄)試塊進(jìn)行理化檢測(cè)有所區(qū)別，所以沒有將該兩類產(chǎn)品類型納入本版次標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 術(shù)語(yǔ)和定義

除引用現(xiàn)有成熟標(biāo)準(zhǔn)中的定義外，標(biāo)準(zhǔn)首次對(duì)“大型鑄鋼件”進(jìn)行了術(shù)語(yǔ)定義：“鑄鋼件重量在3 t以上或重量小于3 t，但空間體積達(dá)到1 m3以上的鑄鋼件稱為大型鑄鋼件”。

目前國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，還未對(duì)“大型鑄鋼件”做出明確的定義，所以本標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)的是經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，兼顧考慮部分特殊零部件(重量較輕，但空間體積較大)的情況。所以本次定義結(jié)合產(chǎn)品重量、空間體積因素綜合給定。

2.3 制造工藝

此章節(jié)將大型鑄鋼件制造過程中所涉及工序流程中重要環(huán)節(jié)及節(jié)點(diǎn)的工藝要求作了規(guī)定。

2.3.1 熔煉

明確供方可以根據(jù)自身設(shè)備能力、冶煉水平及產(chǎn)品質(zhì)量要求，選擇合適的鋼水冶煉方式，不強(qiáng)求鋼水必須進(jìn)行爐外精煉。

2.3.2 切割

此章節(jié)涉及切割的對(duì)象，一是為確保產(chǎn)品質(zhì)量，鑄造工藝設(shè)置的冒口、澆口、補(bǔ)貼等，二是附鑄試塊性能熱處理前的切割開口。切割方式可采用氣體火焰、等離子、碳弧氣刨等熱能切割。如有條件，采用機(jī)加工或砂輪切割的方式也是允許的。

2.3.3 熱處理

為確保產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品在熱處理過程中，其使用的熱處理爐及其配套設(shè)備應(yīng)經(jīng)測(cè)試和校檢合格，測(cè)試和校檢應(yīng)按照GB/T 9452—2012或GB/T 30824—2014的規(guī)定進(jìn)行，對(duì)于大型鑄鋼件所適用的熱處理爐的校檢，爐膛內(nèi)溫度測(cè)試監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量較多，具體需根據(jù)上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(任選其一)提供的計(jì)算公式計(jì)算得出。

2.3.4 補(bǔ)焊

補(bǔ)焊的術(shù)語(yǔ)定義為修補(bǔ)工件(鑄件、鍛件、機(jī)械加工件或焊接結(jié)構(gòu)件)的缺陷而進(jìn)行的焊接(GB/T 3375—1994《焊接術(shù)語(yǔ)》)。由于目前在行業(yè)內(nèi)以及部分國(guó)標(biāo)、行標(biāo)中，對(duì)“補(bǔ)焊”也稱為焊補(bǔ)，如國(guó)標(biāo)GB/T 11352—2009《一般工程用鑄造碳鋼件》中8.6條。為規(guī)范定義，本標(biāo)準(zhǔn)沿用焊接術(shù)語(yǔ)的定義方法。

本標(biāo)準(zhǔn)在該章節(jié)對(duì)補(bǔ)焊的焊前準(zhǔn)備、補(bǔ)焊過程以及焊后檢測(cè)等重點(diǎn)環(huán)節(jié)均作了較為詳細(xì)的要求。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，根據(jù)不同的材料，可結(jié)合GB/T 37400—2019《重型機(jī)械通用技術(shù)條件》第7部分(鑄鋼件補(bǔ)焊)編制合理的補(bǔ)焊工藝。

針對(duì)產(chǎn)品焊后熱處理(即焊后消應(yīng))的保溫時(shí)長(zhǎng)問題，目前國(guó)內(nèi)較多的制造廠家在實(shí)際生產(chǎn)中，所執(zhí)行的保溫時(shí)間是根據(jù)缺陷補(bǔ)焊深度及產(chǎn)品壁厚兩個(gè)因素綜合確定，一是為最大限度消除焊接應(yīng)力，二是避免厚壁鑄件內(nèi)外溫差產(chǎn)生新的熱應(yīng)力。但有部分外貿(mào)合同產(chǎn)品，其焊后消應(yīng)的保溫時(shí)長(zhǎng)僅要求根據(jù)補(bǔ)焊最大深度確定(有底限，小于1 h的按照1 h保溫)。具體誰(shuí)更合理，還需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，所以本標(biāo)準(zhǔn)在這一點(diǎn)未作強(qiáng)制規(guī)定，僅進(jìn)行推薦控制。

2.4 技術(shù)要求

重點(diǎn)解讀產(chǎn)品附鑄試塊制備以及試塊切割方面的要求。

2.4.1 附鑄試塊制備

對(duì)于大型鑄鋼件，一般情況下要求鑄件鑄造成型時(shí)應(yīng)附帶鑄出附鑄試塊。除另有規(guī)定外，附鑄試塊的位置、數(shù)量和尺寸由供方確定，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，附鑄試塊的位置一般附鑄于產(chǎn)品厚大、平整截面位置。試塊數(shù)量根據(jù)產(chǎn)品需要檢驗(yàn)的頻次，檢驗(yàn)項(xiàng)目等確定。試塊尺寸根據(jù)取樣去皮尺寸規(guī)定、檢驗(yàn)項(xiàng)目等確定，結(jié)合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，金相、拉伸、沖擊、化學(xué)成分檢測(cè)取樣均要求距離鑄造表面6 mm以下，且附鑄試塊一般采用熱切割(切割開口縫為20 mm～30 mm)，所以建議附鑄試塊的厚度不小于40 mm，寬度不小于80 mm，如果產(chǎn)品不要求檢測(cè)彎曲試驗(yàn)等特殊試驗(yàn)(需要長(zhǎng)試樣)，試塊長(zhǎng)度應(yīng)不小于140 mm。有長(zhǎng)試樣檢測(cè)需求的，試塊長(zhǎng)度應(yīng)不小于180 mm(該條目可結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)7.1.5“試樣的加工”中的規(guī)定)。

由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原因，如薄壁鑄件，如采用附鑄試塊可能導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)鑄造缺陷，另外由于工藝原因，鑄型外皮需要放置較多的冷鐵、增肉等工藝措施，導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)較好的位置安放試塊，此時(shí)試塊可不采用附鑄的方式。

2.4.2 試塊的切割

附鑄試塊在熱處理前可以切割開口，但應(yīng)留10 mm～30 mm的量與本體相連。熱處理完成后才可割取下，割取方式可采用火焰切割、錘擊、機(jī)加等。如采用熱切割的方式，為避免熱能對(duì)試塊性能和組織的影響，則建議試塊在熱處理前開口時(shí)，盡量留較小的余量與本體相連。

2.5 檢驗(yàn)規(guī)則和試驗(yàn)方法

此章節(jié)重點(diǎn)介紹產(chǎn)品附鑄試塊制備、取樣、理化檢測(cè)階段等要求。

2.5.1 試塊熱處理

此條目強(qiáng)調(diào)是試塊需與產(chǎn)品本體同爐熱處理，而不能分別執(zhí)行不同的工藝或冷卻制度，否則試塊熱處理后檢查數(shù)據(jù)不能代表產(chǎn)品實(shí)際的性能指標(biāo)。

2.5.2 性能試驗(yàn)的時(shí)機(jī)

一般情況下，大型鑄鋼件(如水電轉(zhuǎn)輪、礦山、冶金類產(chǎn)品)在補(bǔ)焊后的消應(yīng)溫度均在材料相變點(diǎn)A1之下，且一般低于回火溫度20～50℃，所以普遍認(rèn)為，在產(chǎn)品最終的補(bǔ)焊消應(yīng)熱處理后，其前期性能熱處理后得到的力學(xué)性能降低極少。所以其性能熱處理后的性能可作為產(chǎn)品最終驗(yàn)收依據(jù)。但部分產(chǎn)品(如火電、核電大型鑄鋼件)因需要進(jìn)行多次高溫(溫度接近回火溫度)去除應(yīng)力熱處理，此種情況材料性能變化較多，該類型產(chǎn)品宜驗(yàn)收最終熱處理后的性能為佳。

2.5.3 成品化學(xué)成分分析

由于大型鑄鋼件需經(jīng)歷澆注后緩慢凝固冷卻以及有氧環(huán)境下的高溫?zé)崽幚?，為避免脫碳層、氧化層?duì)成分檢測(cè)結(jié)果的影響，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試樣應(yīng)從距離鑄造表面6 mm以下部位取樣進(jìn)行成品分析。

化學(xué)成分分析方法在GB/T 223等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前實(shí)際生產(chǎn)情況，允許采用火花放電原子發(fā)射光譜法，所以標(biāo)準(zhǔn)引用了GB/T 4336—2016及GB/T 11170—2008。

2.5.4 硬度檢驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本體硬度檢測(cè)位置的深度、數(shù)量以及光潔度均作了規(guī)定。

在進(jìn)行理化檢測(cè)時(shí)，硬度一般檢測(cè)3點(diǎn)(一般單獨(dú)制樣或在沖擊試樣上檢測(cè))，但由于鑄件存在一定的成分偏析以及組織不均勻。這就導(dǎo)致三個(gè)數(shù)據(jù)之間可能存在偏差，且個(gè)別數(shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)要求范圍。目前國(guó)內(nèi)外還沒有對(duì)出現(xiàn)此種情況時(shí)合格與否的判定標(biāo)準(zhǔn)。本次國(guó)標(biāo)首次明確“3個(gè)硬度值的平均值應(yīng)符合規(guī)定”即判定為合格。例如產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求硬度≥260HBW，實(shí)測(cè)3個(gè)點(diǎn)硬度數(shù)據(jù)為258HBW、263HBW、262HBW，其平均值為261HBW，其硬度結(jié)果應(yīng)判定為合格。

2.5.5 無(wú)損檢測(cè)

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了大型鑄鋼件滲透、磁粉、超聲及射線無(wú)損檢測(cè)方法，但對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚差異大、服役情況不同的產(chǎn)品，僅僅依靠該規(guī)定，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足產(chǎn)品的檢測(cè)及制造要求，所以在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，需針對(duì)不同產(chǎn)品、不同部位的質(zhì)量要求，應(yīng)在產(chǎn)品技術(shù)協(xié)議中對(duì)無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行更加詳細(xì)的規(guī)定和明確。

2.5.6 特殊試驗(yàn)

重點(diǎn)介紹彎曲試驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容。

目前行業(yè)內(nèi)對(duì)大型鑄鋼件材料彎曲試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)收判定準(zhǔn)則存在較大爭(zhēng)議，焦點(diǎn)在于試驗(yàn)后試樣外表面顯示的細(xì)小的點(diǎn)狀缺陷是否為裂紋，主要是目前國(guó)標(biāo)、行標(biāo)以及國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中，均未查詢到相關(guān)的裂紋的定義描述(僅有在GB/T 232—1988版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)微裂紋、裂紋、裂縫等有所定義描述，但該版標(biāo)準(zhǔn)已廢棄，而新版標(biāo)準(zhǔn)取消了該部分)。目前在實(shí)際生產(chǎn)過程中，各個(gè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，只是按照自身認(rèn)知進(jìn)行判別，所以會(huì)導(dǎo)致結(jié)果千差萬(wàn)別。經(jīng)常將試樣外側(cè)因材料內(nèi)部出現(xiàn)的細(xì)微點(diǎn)狀缺陷顯示(長(zhǎng)寬尺寸≤0.5 mm)判定為裂紋。

由于近年來(lái)，許多國(guó)內(nèi)外水電主機(jī)廠，將產(chǎn)品(重點(diǎn)是轉(zhuǎn)輪部件、球閥部件)的彎曲性能作為重要的驗(yàn)收指標(biāo)，產(chǎn)品檢驗(yàn)多采用GB/T 232—2010以及ASTM A370:2017等標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)收均是要求在彎曲的外側(cè)沒有裂紋。但大型鑄鋼件由于采用砂型鑄造，產(chǎn)品澆鑄時(shí)高溫鋼水對(duì)砂型型腔涂層的沖刷以及鋼水本身存在少量細(xì)微的夾渣，這些細(xì)微的夾渣缺陷隨著鑄件凝固后就殘留于鑄件內(nèi)，不可避免造成材料內(nèi)部存在夾雜缺陷，且該類微觀缺陷無(wú)法通過無(wú)損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)(需要電鏡)、也無(wú)法通過熱處理進(jìn)行改善。如該類缺陷正好處于彎曲面，在90°彎曲試驗(yàn)過程中只要受到張應(yīng)力，就會(huì)成為裂紋源，形成細(xì)小的點(diǎn)狀開口(并非由于塑性不足導(dǎo)致的開放性裂紋)。

所以針對(duì)這種情況，需要供需雙方事前明確或事后商議，盡量減少細(xì)小的點(diǎn)狀缺陷顯示對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量判定的干擾。

2.5.7 復(fù)試

當(dāng)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果不符合要求時(shí)，供方可進(jìn)行復(fù)試，對(duì)于拉伸、沖擊、硬度等檢驗(yàn)項(xiàng)目，均是采用雙倍復(fù)試。復(fù)試用料可取至靠近不合格試塊的相鄰位置的試塊。

特殊試驗(yàn)不合格時(shí)，可進(jìn)行一次復(fù)試，復(fù)試規(guī)則由供需雙方商定，一般只再次進(jìn)行單倍試驗(yàn)。

2.5.8 售后申訴

此章節(jié)主要避免產(chǎn)品在交付需方后，因可能存在的產(chǎn)品質(zhì)量問題引發(fā)的推諉及糾紛。

3 標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)我國(guó)大型鑄鋼件的實(shí)際經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)情況，總結(jié)編制通用技術(shù)規(guī)范。相比部分國(guó)內(nèi)外鑄鋼件技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，本標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在：本標(biāo)準(zhǔn)涵蓋結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、高錳鋼、模具鋼、耐熱鋼等多種材料；增加訂貨內(nèi)容要求，與國(guó)際接軌；增加試塊切割的規(guī)定；對(duì)熱處理設(shè)備和溫度均勻性等細(xì)節(jié)做出規(guī)定，保障熱處理質(zhì)量；重要補(bǔ)焊規(guī)定，保障缺陷處理質(zhì)量；明確提出碳當(dāng)量、鎳鉻當(dāng)量、淬透性DI值等要求，增加殘余有害元素規(guī)定，細(xì)化成分檢測(cè)分組，保證材料可靠性；力學(xué)性能試驗(yàn)中對(duì)試塊的制作到切割、分組、試驗(yàn)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行明確規(guī)定；表面質(zhì)量要求與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)接軌；對(duì)復(fù)試的無(wú)效情況、拉伸和沖擊試驗(yàn)區(qū)分進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，并與國(guó)際接軌；增加售后申訴章節(jié)，與國(guó)際接軌；嚴(yán)格規(guī)范標(biāo)識(shí)和質(zhì)量證明書的內(nèi)容，保障產(chǎn)品可追溯性和可信度。

本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)于ISO 4990:2003、ASTM A781/A781M:2018、EN 1559:2014、JIS G0307:2014等同類國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)水平。本標(biāo)準(zhǔn)在訂貨內(nèi)容要求、常用檢測(cè)方法選取、重要補(bǔ)焊、表面質(zhì)量要求、復(fù)試規(guī)則、售后申訴、標(biāo)識(shí)和質(zhì)量證明書等方面考慮了與國(guó)際接軌，保障貿(mào)易接口性。

4 標(biāo)準(zhǔn)目的和意義

本標(biāo)準(zhǔn)制定將填補(bǔ)大型鑄鋼件通用技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的空白，規(guī)范大型鑄鋼件的設(shè)計(jì)、訂貨、選材、制造、檢測(cè)方法選用、檢驗(yàn)規(guī)則、驗(yàn)收交貨等通用技術(shù)要求，促進(jìn)大型鑄鋼件各項(xiàng)通用技術(shù)要求與國(guó)際接軌，促進(jìn)我國(guó)大型鑄鋼件材料標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)化和規(guī)范化，提高我國(guó)大型鑄鋼件的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，支撐中國(guó)裝備走出去。