謝震方,李 斐

(1.上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司,上海 200082;2.上海城投水務(wù)<集團(tuán)>有限公司,上海 200001)

城市供水系統(tǒng)是現(xiàn)代化城市重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施之一,承擔(dān)自來水輸送、分配、壓力調(diào)節(jié)和水量調(diào)節(jié)的任務(wù),在保證城市經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展、保障人民生活安定等方面不可或缺。 市政供水管道作為供水系統(tǒng)的核心組成,分布于整個(gè)城市地下,系統(tǒng)龐大且隱蔽性強(qiáng),材質(zhì)的選擇應(yīng)按照“運(yùn)行安全、耐久、漏損少、施工和維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)合理以及清水管道防止二次污染”的原則,通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等綜合分析后確定。 目前,我國市政供水管道的管材一般采用球墨鑄鐵管、鋼管、聚乙烯管、硬質(zhì)聚氯乙烯管等[1]。球墨鑄鐵管因機(jī)械性能良好、耐腐蝕性能優(yōu)異、安裝施工簡便、使用壽命長久等優(yōu)點(diǎn)[2],在市政供水系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

隨著球墨鑄鐵管在供水領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大,球墨鑄鐵管質(zhì)量性能也引起了供水企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。 《水及燃?xì)庥们蚰T鐵管、管件和附件》(GB/T 13295—2019)是目前球墨鑄鐵管主要依據(jù)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。 雖然該標(biāo)準(zhǔn)對球墨鑄鐵管產(chǎn)品質(zhì)量提出了明確要求,但該標(biāo)準(zhǔn)更側(cè)重于制造商的工廠內(nèi)質(zhì)量控制,部分指標(biāo)的檢測方法并不適用于球墨鑄鐵成品管,導(dǎo)致供水企業(yè)無法對施工現(xiàn)場或物資倉庫的球墨鑄鐵管開展質(zhì)量抽檢。

本文針對球墨鑄鐵管產(chǎn)品特點(diǎn),在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,確定球墨鑄鐵管的關(guān)鍵性能指標(biāo)和相應(yīng)檢測方法,并建立供水用球墨鑄鐵管質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系,以期為供水用球墨鑄鐵管質(zhì)量管控提供參考。

1 球墨鑄鐵管產(chǎn)品特點(diǎn)

1.1 生產(chǎn)工藝

供水用球墨鑄鐵管主要指離心球墨鑄鐵管,基本生產(chǎn)工藝流程是熔煉后的鐵液先經(jīng)過球化和孕育處理,接著用專用澆包快速均勻倒入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)。 鐵液在鑄型內(nèi)急速冷卻后凝固形成鑄鐵管,之后依次經(jīng)過退火處理和鑄鐵管外壁噴鋅處理。 耐壓試驗(yàn)通過后,對鑄鐵管內(nèi)壁水泥離心噴涂和養(yǎng)生,最后噴涂或刷涂終飾涂層,檢測合格后包裝入庫[3]。

1.2 產(chǎn)品組成

供水用球墨鑄鐵管一般從里到外依次為水泥砂漿內(nèi)襯、鑄鐵層、金屬鋅層和終飾層,如圖1 所示。

圖1 供水用球墨鑄鐵管剖面Fig.1 Ductile Iron Pipes for Water Supply

水泥砂漿內(nèi)襯由水泥、砂子和水混合而成,目前常用的水泥有普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和抗硫酸鹽硅酸鹽水泥[4]。 水泥砂漿內(nèi)襯并不是完全致密的物理隔斷層,水在浸潤作用下通過水泥砂漿內(nèi)襯滲透到鑄鐵層內(nèi)表面,在水泥砂漿內(nèi)襯和鑄鐵層內(nèi)表面之間的高堿性環(huán)境(pH 值在12.5 左右)下,經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)在鑄鐵管內(nèi)表面生成氧化鐵水合物鈍化膜[5]。 該鈍化膜與機(jī)械強(qiáng)度高、耐候性優(yōu)良的水泥砂漿骨料共同組成的內(nèi)防腐層,阻斷水與鑄鐵層直接接觸,抑制了鑄鐵氧化與腐蝕結(jié)垢,為鑄鐵管內(nèi)壁提供優(yōu)良保護(hù)。 此外,水泥砂漿內(nèi)襯自身還具有自修復(fù)功能,即使水泥養(yǎng)護(hù)硬化過程中出現(xiàn)了裂縫缺陷,水泥砂漿會(huì)在通水后,通過水化膨脹作用,自動(dòng)愈合裂縫彌補(bǔ)缺陷。 雖然近年來供水用球墨鑄鐵管也會(huì)采用水泥砂漿內(nèi)襯密封涂層、聚氨酯涂層等其他新型防腐涂層,減少水泥砂漿與供水管道中水接觸,同時(shí)提高輸水能力,但考慮到價(jià)格因素,目前水泥砂漿內(nèi)襯仍是供水用球墨鑄鐵管首選的防腐內(nèi)襯。

鑄鐵層主要是由球墨鑄鐵組成,球墨鑄鐵是以鐵、碳和硅為基本元素,碳元素主要以球狀石墨形式析出的鑄鐵。 球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比,石墨呈球狀,對基體的割裂作用較小,所以其抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性均高于灰鑄鐵;與碳鋼相比,球墨鑄鐵塑性較低,疲勞強(qiáng)度與一般中碳鋼相當(dāng),但屈服強(qiáng)度幾乎是一般碳鋼的2 倍以上[6]。

金屬鋅層和其上覆蓋的終飾層共同組成球墨鑄鐵管材標(biāo)準(zhǔn)外防腐層,其中金屬鋅層的鋅含量不低于99.99%,終飾層為瀝青涂料或與鋅相容的合成樹脂涂料。 金屬鋅層一般采用熱噴涂工藝,即管材生產(chǎn)加工中,借助噴槍將鋅加熱到熔融狀態(tài)并以微滴狀噴射到球墨鑄鐵管外表面上。 由于鋅具有較低氧化還原電位(-0.76 V,相對標(biāo)準(zhǔn)氫電極),在與土壤接觸過程中,金屬鋅層會(huì)自發(fā)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng),從而在土壤與鑄鐵層之間生成一層連續(xù)致密、不可溶解的隔斷層,保護(hù)了鑄鐵管外壁[7]。 一般性土壤環(huán)境選擇“金屬鋅層+終飾層”的標(biāo)準(zhǔn)外防腐層即可,實(shí)際工程中需根據(jù)其埋設(shè)土壤環(huán)境選擇球墨鑄鐵外防腐層。 對于腐蝕性土壤環(huán)境,可以在標(biāo)準(zhǔn)外防腐層基礎(chǔ)上增加聚乙烯套或直接選用聚氨酯涂層等其他涂層,提高管道抗腐蝕能力。

2 球墨鑄鐵管現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

球墨鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)是為了指導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)出適合供水行業(yè)需求的球墨鑄鐵管材,以及幫助供水企業(yè)選購球墨鑄鐵管材而制定的,其目的在于有效引導(dǎo)和規(guī)范行業(yè)的良性健康發(fā)展。 目前供水用球墨鑄鐵管參照的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)為《水及燃?xì)庥们蚰T鐵管、管件和附件》(GB/T 13295—2019),標(biāo)準(zhǔn)從技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢測規(guī)則等方面對球墨鑄鐵管、管件和附件做了明確規(guī)定。 該標(biāo)準(zhǔn)從1991 年第1 次發(fā)布至今已經(jīng)經(jīng)歷了4 次修訂,分別為2003 年第1次修訂、2008 年第2 次修訂、2013 年第3 次修訂和2019 年第4 次修訂。 從標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程來看,GB/T 13295 系列標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)保持了同步發(fā)展。 雖然我國球墨鑄鐵管生產(chǎn)起步較晚,從20 世紀(jì)90 年代初才開始大規(guī)模生產(chǎn),但目前我國球墨鑄鐵管的質(zhì)量性能與產(chǎn)量均已位居世界前列,說明標(biāo)準(zhǔn)制定的國際性對我國球墨鑄鐵管質(zhì)量性能提升和國際市場競爭力提高起到了十分重要的推動(dòng)作用。

表1 羅列了現(xiàn)行的國際標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)比對,指標(biāo)數(shù)量和指標(biāo)內(nèi)容上,GB/T 13295—2019 與歐洲標(biāo)準(zhǔn)《水管用球墨鑄管、配件及其接頭 試驗(yàn)方法和要求》(EN 545: 2010)保持了一致,指標(biāo)數(shù)量都為21 項(xiàng),指標(biāo)范圍包括了表面質(zhì)量、衛(wèi)生要求、幾何尺寸、材料性能、外涂層與內(nèi)襯、密封要求,而國際標(biāo)準(zhǔn)《輸水用球墨鑄鐵管、管件、附件及其接頭》(ISO 2531: 2009)指標(biāo)數(shù)量為16 項(xiàng),其指標(biāo)范圍不涉及外涂層與內(nèi)襯,且密封要求中沒有循環(huán)壓力下接口密封試驗(yàn)的相關(guān)技術(shù)要求。 ISO 2531: 2009 雖然要求鑄管的內(nèi)外部都應(yīng)有涂層,但內(nèi)外涂層技術(shù)要求僅在資料性附錄中列出,不做強(qiáng)制要求。 而歐洲標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn)不僅明確提出離心球墨鑄鐵管的基本外涂層應(yīng)包括金屬鋅層和終飾層,內(nèi)涂層為水泥砂漿內(nèi)襯,并且對內(nèi)外涂層均作了明確的技術(shù)要求。

表1 現(xiàn)行的國際標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn)球墨鑄鐵管標(biāo)準(zhǔn)對照Tab.1 Comparison of Existing International Standard, European Standard and Chinese Standard for Water Supply Ductile Iron Pipes

作為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 2531:2009 的修改采用版,GB/T 13295—2019 有14 項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的技術(shù)要求與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 2531:2009 基本保持一致,在技術(shù)內(nèi)容上等效采用ISO 2531:2009 的相應(yīng)內(nèi)容,包括表面質(zhì)量、安全性評價(jià)、幾何尺寸4 項(xiàng)(包括外徑、插口橢圓度、長度和直線度)、材料性能4 項(xiàng)(抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率、規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度和布氏硬度)和密封要求4 項(xiàng)(工廠密封試驗(yàn)、內(nèi)壓下接口密封試驗(yàn)、外壓下接口密封試驗(yàn)和負(fù)壓下接口密封試驗(yàn))。內(nèi)徑的技術(shù)要求上參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 545: 2010,增加了內(nèi)徑偏差的技術(shù)要求。

GB/T 13295—2019 與現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 2531:2009 和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 545: 2010 在壁厚技術(shù)要求上存在明顯的技術(shù)差異。 ISO 2531: 2009 與EN 545:2010 均依據(jù)允許工作壓力(PFA)對管道分級,由10倍的PFA 前面加上字母C 表示,即C 級管,通過PFA 與公稱外徑(De)的函數(shù)確定管公稱壁厚和最小壁厚限值,壓力分級離心球墨鑄鐵管最小壁厚不小于3 mm。 而GB/T 13295—2019 可依據(jù)PFA 或壁厚系數(shù)(K)進(jìn)行分級,即C 級管或K 級管,其中C級管壁厚的技術(shù)要求與ISO 2531:2009 保持一致;K級管通過K與公稱直徑(DN)的函數(shù)確定公稱壁厚和最小壁厚限值,壁厚分級離心球墨鑄鐵管最小壁厚不小于4.7 mm。 經(jīng)比對,ISO 2531 和EN 545 舊版標(biāo)準(zhǔn)按照壁厚等級分類,而現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)修改為了依據(jù)PFA 對管道分級,其目的是在不降低材料性能的前提下,減少鑄鐵消耗量,且C 級管以管道工作壓力直接定義球墨鑄鐵管,便于用戶直觀理解。 與K級管相比,C 級管的鋅層厚度高于K 級管(C 級管的鋅層質(zhì)量單位面積平均值不低于200 g/m2,局部最小值不低于180 g/m2;K 級管的鋅層質(zhì)量單位面積平均值不低于130 g/m2,局部最小值不低于110 g/m2),即C 級管外防腐性能優(yōu)于K 級管,但考慮到同等規(guī)格情況下,C 級管的公稱壁厚和公稱壓力均低于K 級管,且C 級管對生產(chǎn)工藝、土壤環(huán)境、施工規(guī)范要求相對嚴(yán)苛。 因此,為了適應(yīng)我國市場需求和制造現(xiàn)狀,GB/T 13295—2019 在采納ISO 2531: 2009 新增的壓力分級的同時(shí),仍舊保留了壁厚分級。 由此可見,GB/T 13295—2019 在與國際標(biāo)準(zhǔn)保持接軌的同時(shí),也根據(jù)我國的發(fā)展階段和行業(yè)特點(diǎn)制定符合我國國情的球墨鑄鐵國家標(biāo)準(zhǔn),這有助于我國球墨鑄鐵管行業(yè)整體制造水平快速提升。

3 指標(biāo)體系的構(gòu)建

GB/T 13295—2019 的技術(shù)指標(biāo)依據(jù)的檢測方法如表2 所示。 經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),GB/T 13295—2019 側(cè)重于制造商的工廠質(zhì)量控制,部分指標(biāo)的檢測方法不適用于球墨鑄鐵成品管。 此外,標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的21項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)若全面檢測,檢測周期較長,不能滿足施工現(xiàn)場或物資倉庫的檢測需求,因此,有必要篩選關(guān)鍵指標(biāo),建立供水用球墨鑄鐵管性能指標(biāo)評價(jià)體系。

表2 GB/T 13295—2019 的技術(shù)指標(biāo)與檢測方法Tab.2 Technical Indices and Detection Methods of GB/T 13295—2019

如表3 所示,供水用球墨鑄鐵管性能指標(biāo)評價(jià)體系由4 個(gè)指標(biāo)類別組成,分別是幾何尺寸、外涂層與內(nèi)襯、力學(xué)性能和金相組織。 其中幾何尺寸包括了外徑、內(nèi)徑、壁厚、插口橢圓度4 項(xiàng)指標(biāo),外涂層與內(nèi)襯包括了鋅層質(zhì)量、終飾層厚度、水泥砂漿內(nèi)襯厚度3 項(xiàng)指標(biāo),力學(xué)性能包括了抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率、規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度3 項(xiàng)指標(biāo),金相組織包括球化等級和石墨顆粒大小2 項(xiàng)指標(biāo)。

表3 供水用球墨鑄鐵管質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系Tab.3 Indices System of Quality Assessment for Water Supply Ductile Iron Pipe

3.1 幾何尺寸

球墨鑄鐵管插口的幾何尺寸直接影響接口密封性能,進(jìn)而影響管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效果。 供水用球墨鑄鐵管質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系中幾何尺寸選擇了外徑、插口橢圓度、內(nèi)徑、壁厚這4 項(xiàng)性能指標(biāo)。 4 項(xiàng)性能指標(biāo)限值與GB/T 13295—2019 相應(yīng)技術(shù)要求保持一致。

外徑、插口橢圓度、內(nèi)徑均按照GB/T 13295—2019 的相關(guān)要求開展檢測,采用合適的工具在球墨鑄鐵管上直接測量,插口外徑在插口端用環(huán)形尺等測量,插口橢圓度在插口端通過測量最大直徑和最小直徑計(jì)算得到,內(nèi)徑可用樣板尺進(jìn)行測量,在距端面200 mm 或200 mm 以上處橫截面上互成直角測量,也可用千分尺直接測量。

GB/T 13295—2019 中提到壁厚可直接測量或用合適的工具測量,如采用機(jī)械或超聲波設(shè)備。 本評價(jià)體系中壁厚推薦使用三坐標(biāo)測量儀測量,依據(jù)的檢測方法為GB/T 3177—2009。 三坐標(biāo)測量儀基于三坐標(biāo)測量原理,是一種三維尺寸的精密測量儀器,即將被測物體置于三坐標(biāo)測量儀的測量空間,獲得被測物體上各測點(diǎn)的坐標(biāo)位置,根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值,經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算,求出被測物體的幾何尺寸、形狀和位置。 目前,三坐標(biāo)測量儀已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天業(yè)和國防工業(yè)等,成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質(zhì)量控制不可缺少的測量設(shè)備[8]。 通用的三坐標(biāo)測量儀能夠?qū)崿F(xiàn)微米級的測量精度,誤差范圍高于GB/T 13295—2019 關(guān)于壁厚的檢測技術(shù)要求(壁厚應(yīng)使用誤差范圍為±0.1 mm 的合適設(shè)備測量)。 采用數(shù)顯千分尺和三坐標(biāo)掃描儀分別對不同口徑、長度為70 cm 的球墨鑄鐵管樣品開展檢測,檢測結(jié)果如表4 所示。三坐標(biāo)測量儀最小壁厚的檢測結(jié)果均低于數(shù)顯千分尺的檢測結(jié)果,且三坐標(biāo)測量儀測量范圍可覆蓋樣品全長度,而數(shù)顯千分尺僅能在樣品端口處往里10 cm 范圍內(nèi)測量。 與游標(biāo)卡尺、壁厚千分尺等測量工具相比,三坐標(biāo)測量儀具有測量范圍廣、測量精度高、測量點(diǎn)位多等優(yōu)點(diǎn),因此,將其應(yīng)用于球墨鑄鐵管材壁厚檢測,可較為全面反映出球墨鑄鐵管材壁厚分布情況,提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度。 此外,如圖2所示,三坐標(biāo)測量儀還可基于點(diǎn)位數(shù)據(jù)通過軟件可構(gòu)建壁厚分布圖,并通過不同顏色代表不同的壁厚數(shù)值來直觀反映球墨鑄鐵管的壁厚分布情況。

表4 數(shù)顯千分尺與三坐標(biāo)測量儀壁厚檢測結(jié)果比對Tab.4 Thickness Test Results of Digimatic Micrometer and Coordinate Measuring Machine

圖2 球墨鑄鐵管壁厚分布Fig.2 Thickness Distribution of Ductile Iron Pipes

3.2 外涂層與內(nèi)襯

由于內(nèi)外環(huán)境的復(fù)雜性(各種土壤環(huán)境及水質(zhì)),球墨鑄鐵管的內(nèi)外表面防腐蝕效果直接影響到管道的長期使用性和安全性,成為衡量管道質(zhì)量的重要指標(biāo)。 考慮到供水用球墨鑄鐵管正常情況下首選“金屬鋅層+終飾層”為外防腐層,水泥砂漿為內(nèi)防腐層,因此,供水用球墨鑄鐵管質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系中外涂層與內(nèi)襯選擇了鋅層重量、終飾層厚度和水泥內(nèi)襯這3 項(xiàng)性能指標(biāo)。 3 項(xiàng)性能指標(biāo)限值與GB/T 13295—2019 相應(yīng)技術(shù)要求保持一致,即鋅層重量和終飾層厚度符合GB/T 17456.1—2009 相關(guān)限值要求,水泥砂漿內(nèi)襯厚度符合GB/17457—2019相關(guān)限值要求。

終飾層厚度和水泥砂漿內(nèi)襯厚度均采用磁性測厚儀直接測量,檢測方法為GB/T 4956—2003,即使用磁性測厚儀無損測量基體金屬上非磁性覆蓋層厚度的方法。

GB/T 17456.1—2009 中鋅層質(zhì)量采用重量法檢測,即在工廠噴鋅層前,先沿軸向貼一矩形試片于球墨鑄鐵管外表面上,根據(jù)試片噴鋅前后質(zhì)量差計(jì)算得到鋅涂層平均質(zhì)量和局部最小值。 該方法可以比較真實(shí)反映球墨鑄鐵管鋅層質(zhì)量,但僅限于工廠內(nèi)生產(chǎn)線上開展檢測,并不適用于球墨鑄鐵成品管檢測。 本研究經(jīng)比較,GB/T 6462—2005 適用于球墨鑄鐵成品管,可作為鋅層質(zhì)量的間接測量方法。先從待測樣品上切割一塊試樣,鑲嵌后,采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)對橫斷面進(jìn)行研磨、拋光和侵蝕,最后運(yùn)用光學(xué)顯微鏡測量覆蓋層橫斷面的厚度。 如圖3 所示,光學(xué)顯微鏡下鑄鐵層、金屬鋅層和終飾層有比較明顯的界面分隔,從左到右的區(qū)域依次為鑄鐵層、金屬鋅層、終飾層和鑲嵌層。 可通過測微計(jì)測量視野范圍內(nèi)金屬鋅層的厚度,將金屬鋅層厚度檢測值與純鋅密度(7.2 g/m2)的乘積即可得到鋅層重量的檢測值。

圖3 光學(xué)顯微鏡下球墨鑄鐵管外表面照片F(xiàn)ig.3 Photo of Exterior Surface of Ductile Iron Pipe under Light Microscope

3.3 力學(xué)性能

供水管道在使用過程中,地形和供水的需要將承受一定的壓力,另外使用中的一些突發(fā)情況將產(chǎn)生瞬間的高壓,因此,管道的抗壓性能直接關(guān)系到管網(wǎng)能否安全使用并提供長期穩(wěn)定的供水。 球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨,有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能,特別是提高了塑性和韌性,從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。 因此,力學(xué)性能直接反映了球墨鑄鐵管質(zhì)量性能優(yōu)劣。

供水用球墨鑄鐵管質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系中力學(xué)性能選擇了抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率、規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度。 抗拉強(qiáng)度是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力,即金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的最大能力,反映了球墨鑄鐵管抵抗拉伸破壞的能力;斷后伸長率是指金屬材料受外力作用斷裂時(shí),試棒伸長的長度與原來長度的百分比,反映了球墨鑄鐵管的延展性能;規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度指的是規(guī)定塑性延伸率為0.2%時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力,由于球墨鑄鐵在拉伸過程中不會(huì)發(fā)生明顯的屈服現(xiàn)象,一般以規(guī)定塑性延伸率反映球墨鑄鐵管的屈服強(qiáng)度,即球墨鑄鐵管抵抗變形的能力。 這3 項(xiàng)性能指標(biāo)限值與檢測方法均與GB/T 13295—2019 相應(yīng)技術(shù)要求保持一致,先依據(jù)GB/T 13295—2019 制備力學(xué)試棒,然后按照GB/T 228.1—2021 開展拉伸試驗(yàn)。

3.4 金相組織

球墨鑄鐵的力學(xué)性能主要取決于基體組織及石墨的數(shù)量、形狀、大小和分布等[9]。 供水用球墨鑄鐵管質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系中金相組織選擇了球化等級和石墨顆粒大小。 這2 項(xiàng)指標(biāo)均采用金相顯微鏡檢測,檢測方法為GB/T 9441—2021。

球墨鑄鐵中的石墨形態(tài)主要是球狀石墨(石墨顆粒圓整度大于等于0.6 的石墨顆粒),還包括少量的非球狀石墨如團(tuán)狀、團(tuán)絮狀、蠕蟲狀等。 球化等級是以球化率來劃分,即鑄鐵中球形石墨顆粒面積占石墨顆?？偯娣e的百分比,反映石墨顆粒中球狀石墨的數(shù)量。 GB/T 9441—2021 將球化等級分為6級,通過比較評級圖,球化率大于80%時(shí)石墨主要以球狀和團(tuán)狀為主,球化率低于80%時(shí)石墨中球狀石墨已不是主要形態(tài)。 石墨顆粒大小反映的是石墨顆粒的尺寸,GB/T 9441—2021 將石墨顆粒大小分為6 級,研究發(fā)現(xiàn),球狀石墨數(shù)越多,石墨球越圓整且球徑越小,球墨鑄鐵管的力學(xué)性能越好。 目前,我國規(guī)模較大的球墨鑄鐵制造企業(yè)均以球化等級1～3級、石墨顆粒大小6 ～8 級作為內(nèi)控指標(biāo)。 因此,供水用球墨鑄鐵管性能指標(biāo)評價(jià)體系中球化等級和石墨顆粒大小的技術(shù)要求為球化等級應(yīng)在1 ～3 級,石墨顆粒大小應(yīng)在6～8 級。

4 結(jié)論

(1)從幾何尺寸、外涂層與內(nèi)襯、力學(xué)性能和金相組織4 個(gè)方面建立供水用球墨鑄鐵管質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系,該指標(biāo)體系對施工現(xiàn)場或物資倉庫的球墨鑄鐵管質(zhì)量管控具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

(2)基于球墨鑄鐵管產(chǎn)品特點(diǎn),指標(biāo)體系提出球墨鑄鐵成品管壁厚可采用三坐標(biāo)測量儀,鋅層質(zhì)量可采用金相顯微鏡。

(3)后續(xù)還可根據(jù)供水用球墨鑄鐵管新生產(chǎn)工藝和新檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀,進(jìn)一步深化完善質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系。