劉顯有 肖章玉 馬正強

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618013)

1 標準概況

GB/T 37681—2019《大型鑄鋼件 通用技術規(guī)范》是我國大型鑄鋼件基礎通用技術標準，確立了大型鑄鋼件的選材、訂貨、制造、檢測方法選用、檢驗規(guī)則、驗收交貨等通用技術要求。一是結合當前制造工藝、檢測手段等水平的提升，允許運用目前的先進技術；二是在當前行業(yè)生產制造過程中，存在某些規(guī)定不清或無規(guī)定的環(huán)節(jié)，根據國內外生產經驗，作了相應的規(guī)定。

2 標準編制的主要內容說明

2.1 范圍

標準適用于砂型或導熱性與砂型相當的鑄型中鑄造的大型鑄鋼件。本標準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品，其理化檢測所需要的試塊在成型、制備等方面與本標準所規(guī)定的采用附鑄(單鑄)試塊進行理化檢測有所區(qū)別，所以沒有將該兩類產品類型納入本版次標準。

2.2 術語和定義

除引用現有成熟標準中的定義外，標準首次對“大型鑄鋼件”進行了術語定義：“鑄鋼件重量在3 t以上或重量小于3 t，但空間體積達到1 m3以上的鑄鋼件稱為大型鑄鋼件”。

目前國內外標準，還未對“大型鑄鋼件”做出明確的定義，所以本標準依據的是經營生產經驗，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。所以本次定義結合產品重量、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)點的工藝要求作了規(guī)定。

2.3.1 熔煉

明確供方可以根據自身設備能力、冶煉水平及產品質量要求，選擇合適的鋼水冶煉方式，不強求鋼水必須進行爐外精煉。

2.3.2 切割

此章節(jié)涉及切割的對象，一是為確保產品質量，鑄造工藝設置的冒口、澆口、補貼等，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

為確保產品質量，產品在熱處理過程中，其使用的熱處理爐及其配套設備應經測試和校檢合格，測試和校檢應按照GB/T 9452—2012或GB/T 30824—2014的規(guī)定進行，對于大型鑄鋼件所適用的熱處理爐的校檢，爐膛內溫度測試監(jiān)控點的數量較多，具體需根據上述兩個標準(任選其一)提供的計算公式計算得出。

2.3.4 補焊

補焊的術語定義為修補工件(鑄件、鍛件、機械加工件或焊接結構件)的缺陷而進行的焊接(GB/T 3375—1994《焊接術語》)。由于目前在行業(yè)內以及部分國標、行標中，對“補焊”也稱為焊補，如國標GB/T 11352—2009《一般工程用鑄造碳鋼件》中8.6條。為規(guī)范定義，本標準沿用焊接術語的定義方法。

本標準在該章節(jié)對補焊的焊前準備、補焊過程以及焊后檢測等重點環(huán)節(jié)均作了較為詳細的要求。在實際生產過程中，根據不同的材料，可結合GB/T 37400—2019《重型機械通用技術條件》第7部分(鑄鋼件補焊)編制合理的補焊工藝。

針對產品焊后熱處理(即焊后消應)的保溫時長問題，目前國內較多的制造廠家在實際生產中，所執(zhí)行的保溫時間是根據缺陷補焊深度及產品壁厚兩個因素綜合確定，一是為最大限度消除焊接應力，二是避免厚壁鑄件內外溫差產生新的熱應力。但有部分外貿合同產品，其焊后消應的保溫時長僅要求根據補焊最大深度確定(有底限，小于1 h的按照1 h保溫)。具體誰更合理，還需進行現場試驗，所以本標準在這一點未作強制規(guī)定，僅進行推薦控制。

2.4 技術要求

重點解讀產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

對于大型鑄鋼件，一般情況下要求鑄件鑄造成型時應附帶鑄出附鑄試塊。除另有規(guī)定外，附鑄試塊的位置、數量和尺寸由供方確定，根據生產經驗，附鑄試塊的位置一般附鑄于產品厚大、平整截面位置。試塊數量根據產品需要檢驗的頻次，檢驗項目等確定。試塊尺寸根據取樣去皮尺寸規(guī)定、檢驗項目等確定，結合本標準規(guī)定，金相、拉伸、沖擊、化學成分檢測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，如果產品不要求檢測彎曲試驗等特殊試驗(需要長試樣)，試塊長度應不小于140 mm。有長試樣檢測需求的，試塊長度應不小于180 mm(該條目可結合標準7.1.5“試樣的加工”中的規(guī)定)。

由于產品結構原因，如薄壁鑄件，如采用附鑄試塊可能導致產品出現鑄造缺陷，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，導致產品無較好的位置安放試塊，此時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、機加等。如采用熱切割的方式，為避免熱能對試塊性能和組織的影響，則建議試塊在熱處理前開口時，盡量留較小的余量與本體相連。

2.5 檢驗規(guī)則和試驗方法

此章節(jié)重點介紹產品附鑄試塊制備、取樣、理化檢測階段等要求。

2.5.1 試塊熱處理

此條目強調是試塊需與產品本體同爐熱處理，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據不能代表產品實際的性能指標。

2.5.2 性能試驗的時機

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

2.5.3 成品化學成分分析

由于大型鑄鋼件需經歷澆注后緩慢凝固冷卻以及有氧環(huán)境下的高溫熱處理，為避免脫碳層、氧化層對成分檢測結果的影響，本標準規(guī)定試樣應從距離鑄造表面6 mm以下部位取樣進行成品分析。

化學成分分析方法在GB/T 223等標準的基礎上，結合目前實際生產情況，允許采用火花放電原子發(fā)射光譜法，所以標準引用了GB/T 4336—2016及GB/T 11170—2008。

2.5.4 硬度檢驗

標準對本體硬度檢測位置的深度、數量以及光潔度均作了規(guī)定。

在進行理化檢測時，硬度一般檢測3點(一般單獨制樣或在沖擊試樣上檢測)，但由于鑄件存在一定的成分偏析以及組織不均勻。這就導致三個數據之間可能存在偏差，且個別數據超出標準要求范圍。目前國內外還沒有對出現此種情況時合格與否的判定標準。本次國標首次明確“3個硬度值的平均值應符合規(guī)定”即判定為合格。例如產品標準要求硬度≥260HBW，實測3個點硬度數據為258HBW、263HBW、262HBW，其平均值為261HBW，其硬度結果應判定為合格。

2.5.5 無損檢測

標準規(guī)定了大型鑄鋼件滲透、磁粉、超聲及射線無損檢測方法，但對于結構復雜、壁厚差異大、服役情況不同的產品，僅僅依靠該規(guī)定，可能遠遠無法滿足產品的檢測及制造要求，所以在實際生產時，需針對不同產品、不同部位的質量要求，應在產品技術協議中對無損檢測進行更加詳細的規(guī)定和明確。

2.5.6 特殊試驗

重點介紹彎曲試驗相關內容。

目前行業(yè)內對大型鑄鋼件材料彎曲試驗結果的驗收判定準則存在較大爭議，焦點在于試驗后試樣外表面顯示的細小的點狀缺陷是否為裂紋，主要是目前國標、行標以及國外標準中，均未查詢到相關的裂紋的定義描述(僅有在GB/T 232—1988版標準中對微裂紋、裂紋、裂縫等有所定義描述，但該版標準已廢棄，而新版標準取消了該部分)。目前在實際生產過程中，各個檢測機構，只是按照自身認知進行判別，所以會導致結果千差萬別。經常將試樣外側因材料內部出現的細微點狀缺陷顯示(長寬尺寸≤0.5 mm)判定為裂紋。

由于近年來，許多國內外水電主機廠，將產品(重點是轉輪部件、球閥部件)的彎曲性能作為重要的驗收指標，產品檢驗多采用GB/T 232—2010以及ASTM A370:2017等標準，這些標準對檢測結果驗收均是要求在彎曲的外側沒有裂紋。但大型鑄鋼件由于采用砂型鑄造，產品澆鑄時高溫鋼水對砂型型腔涂層的沖刷以及鋼水本身存在少量細微的夾渣，這些細微的夾渣缺陷隨著鑄件凝固后就殘留于鑄件內，不可避免造成材料內部存在夾雜缺陷，且該類微觀缺陷無法通過無損檢測發(fā)現(需要電鏡)、也無法通過熱處理進行改善。如該類缺陷正好處于彎曲面，在90°彎曲試驗過程中只要受到張應力，就會成為裂紋源，形成細小的點狀開口(并非由于塑性不足導致的開放性裂紋)。

所以針對這種情況，需要供需雙方事前明確或事后商議，盡量減少細小的點狀缺陷顯示對產品質量判定的干擾。

2.5.7 復試

當力學性能試驗結果不符合要求時，供方可進行復試，對于拉伸、沖擊、硬度等檢驗項目，均是采用雙倍復試。復試用料可取至靠近不合格試塊的相鄰位置的試塊。

特殊試驗不合格時，可進行一次復試，復試規(guī)則由供需雙方商定，一般只再次進行單倍試驗。

2.5.8 售后申訴

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

3 標準的特點和優(yōu)勢

標準根據我國大型鑄鋼件的實際經營生產情況，總結編制通用技術規(guī)范。相比部分國內外鑄鋼件技術規(guī)范標準要求，本標準的創(chuàng)新性主要體現在：本標準涵蓋結構鋼、不銹鋼、高錳鋼、模具鋼、耐熱鋼等多種材料；增加訂貨內容要求，與國際接軌；增加試塊切割的規(guī)定；對熱處理設備和溫度均勻性等細節(jié)做出規(guī)定，保障熱處理質量；重要補焊規(guī)定，保障缺陷處理質量；明確提出碳當量、鎳鉻當量、淬透性DI值等要求，增加殘余有害元素規(guī)定，細化成分檢測分組，保證材料可靠性；力學性能試驗中對試塊的制作到切割、分組、試驗等節(jié)點進行明確規(guī)定；表面質量要求與國外標準接軌；對復試的無效情況、拉伸和沖擊試驗區(qū)分進行詳細規(guī)定，并與國際接軌；增加售后申訴章節(jié)，與國際接軌；嚴格規(guī)范標識和質量證明書的內容，保障產品可追溯性和可信度。

本標準達到國內先進水平。本標準主要技術指標相當于ISO 4990:2003、ASTM A781/A781M:2018、EN 1559:2014、JIS G0307:2014等同類國際先進標準水平。本標準在訂貨內容要求、常用檢測方法選取、重要補焊、表面質量要求、復試規(guī)則、售后申訴、標識和質量證明書等方面考慮了與國際接軌，保障貿易接口性。

4 標準目的和意義

本標準制定將填補大型鑄鋼件通用技術規(guī)范標準的空白，規(guī)范大型鑄鋼件的設計、訂貨、選材、制造、檢測方法選用、檢驗規(guī)則、驗收交貨等通用技術要求，促進大型鑄鋼件各項通用技術要求與國際接軌，促進我國大型鑄鋼件材料標準系統化和規(guī)范化，提高我國大型鑄鋼件的國際競爭力，支撐中國裝備走出去。