CSTM-無損檢測 鋼材 鋼錠超聲波探傷檢測方法編制說明

PAGEPAGE1中國材料與試驗團體標準無損檢測鋼材鋼錠超聲波探傷檢測方法編制說明一、標準編制說明內容1、工作簡要過程，來源、主要參加單位和工作組成員等要得到良好質量的鍛件的前提之一就是保證原材料質量。鍛造的原材料有連鑄坯、模鑄錠和電渣重熔錠。通常根據不同的產品質量要求選擇所需的原材料。從探傷情況來看，通常三種鋼錠內部質量由好到壞依次為電渣錠、模鑄錠、連鑄坯。電渣錠作為鍛造原材料是最優(yōu)的，但其成本比較高。對于模鑄錠，探傷缺陷少或者沒有探傷缺陷的鋼種可考慮用連鑄坯替代，以降低成本，如碳鋼；探傷缺陷多的鋼種可考慮使用電渣錠，以提高鍛造質量。為確保鍛造廠降本增效工作,在原材料使用上節(jié)約生產成本,希望通過使用低價格的連鑄坯替代模鑄錠鍛打實心件?這樣對連鑄坯的質量提出了嚴格的要求,然而目前國內沒有一部關于連鑄坯的超聲波檢測和驗收標準,加上連鑄坯本身的特性,不能像鍛件那樣按標準評判,而是應根據缺陷出現的位置?大小?性質綜合評判?這為我公司連鑄坯鍛打實心件的試驗研究提出了要求，也給鋼廠工藝改進提供了依據?探傷人員提供適合連鑄坯超聲波探傷的技術參數，總結探傷方法，降低實心鍛件在鍛打過程中報廢的發(fā)生率，給探傷人員提出了更高的要求。為此對電渣錠、模鑄錠、連鑄坯開展了原材料冶金缺陷研究，我們與鋼廠進行了深入實際檢測分析，探索一種能適用于錠或坯的探傷方法，選擇更為準確的探傷低頻窄脈沖技術。從理論上來說，超聲波探傷低頻技術的研究可解決鍛造廠的原材料探傷質量問題。這對改進和提高超聲波無損檢測低頻技術具有很大的促進作用，為鍛件的生產提供可以接納的改進措施，有利于鍛件質量控制。主要參加單位和工作組成員有：南京迪威爾高端制造股份有限公司，陳昌華、張利、宋雷鈞、汪海潮；馬鞍山鋼鐵股份有限公司特鋼公司，許興、高振波；馬鞍山中橋金屬材料有限公司，錢德橋、錢德武；馬鞍山市星新機械材料有限公司，徐文龍、吳連；常州三鑫重工機械有限公司，繆志剛、劉建剛；卡麥隆(上海)機械有限公司，尹述港；福默詩貿易（上海）有限公司，曹軍利；常州超聲電子有限公司，肖瀟、潘振新；山東瑞祥模具有限公司，馬建民、魏忠瑞；洛陽LYC軸承有限公司,陳翠麗。2、標準化對象簡要情況及制修訂標準的原則1）標準化對象簡要情況（1）產品標準①產品主要品種、產量及生產廠家鋼錠產品主要品種有電渣錠、模鑄錠、連鑄錠。工業(yè)強國時代，任何一個大國的崛起都離不開工業(yè)的支撐，而鋼錠原材料和鍛件在工業(yè)發(fā)展過程中更是起著舉足輕重的作用。每一項超級工程背后，幾乎都存在它們的身影。鑄、鍛件涉及航天航空、造船、兵器、石油化工、汽車、采礦和核電等多個領域，而且其使用范圍、需求量還在不斷增大。鑄、鍛件的質量直接影響重大裝備的運行水平、可靠性和安全性，因此，對鑄、鍛件的質量要求日益嚴格。鑄、鍛件生產的各項環(huán)節(jié)，如煉鋼、鋼錠澆注、鍛造、熱處理等均可能使鍛件產生缺陷。采用無損檢測技術對鋼錠進行檢測，及時發(fā)現缺陷，并采取適當措施，避免缺陷的擴大，對于提高產品質量、避免經濟損失、增長社會效益都有著積極地促進作用。建國以來，國家把鋼鐵工業(yè)的發(fā)展放在優(yōu)先位置，產量增長很快。從1978年起，我國的鋼產量已超過3000萬噸。1980年的鋼產量達到3712萬噸，居世界第五位。而今，更是早已超過億噸，穩(wěn)居世界第一。舊中國只能生產100個普通碳素鋼種，如今能冶煉2000多個品種；鋼材品種齊全。鋼鐵工業(yè)的布局也發(fā)生了巨大的變化，在全國范圍內已建成了大中小相結合的鋼鐵工業(yè)體系。盡管我國鋼產量位居世界第一，但由于相當一部分鋼材的質量不夠過硬，每年還需進口大量優(yōu)質鋼材，因此造成了極大的浪費。此外，以河北鋼鐵集團為代表（2012年鋼產量為7110萬噸），其在2012世界鋼鐵企業(yè)年度競爭力排名第二，前20名中我國共有9家企業(yè)上榜，年鋼產量均遠超千萬噸大關。雖然我國經過淘汰落后產能及兼并重組后，各鋼鐵集團的年度鋼產量大幅增加，但是由于并未掌握鋼材的主要原材料-鐵礦石的話語權，我國鋼鐵企業(yè)在國際舞臺上仍然處于大而不強的弱勢地位。②產品主要用途及質量情況我公司采購鋼錠原材料鍛造產品的主要用途有：井口及采油樹專用件、深海設備專用件、壓裂設備專用件及鉆采設備專用件為主的四大產品系列，其主要簡介如下：（a）井口及采油樹專用件井口及采油樹專用件是指在石油、天然氣鉆井開采過程中，安裝在陸上井口用于控制氣、液（油、水等）流體壓力和方向，懸掛套管、油管，并密封油管與套管及各層套管環(huán)形空間的井口裝置中的零部件，包括采油樹閥、懸掛器、套管頭、油管頭、四通、法蘭等。（b）深海設備專用件深海設備專用件是指用于制造深海油氣設備的零部件，由于深海油氣設備的安裝操作難度高及使用環(huán)境惡劣，相較于陸上井口設備，深海油氣設備對專用件的承壓、抗腐蝕等各項性能指標和可靠性有著更高的要求，包括深海采油樹、管匯、閥體等。（c）壓裂設備專用件壓裂設備專用件是開采頁巖油氣壓裂作業(yè)設備的核心部件，包括壓裂泵缸體、封井器、井口球閥、投球器、活動彎頭、油壬、蠟球管匯、壓裂管匯等。（d）鉆采設備專用件鉆采設備專用件是指勘探和開采油氣的全套機械設備的零部件，包括防噴器殼體、活塞、頂蓋、管匯等。（2）方法標準（試驗方法的水平及使用情況，試驗設備及儀器情況等）針對連鑄坯材料表面光潔度差,材料組織致密性差,透聲性差?再結合連鑄坯成型工藝,對探傷要求以下：1.檢測面的準備：連鑄坯表面打磨，采用0度、45度、90度或0度、120度、240度間隔方式操作，打磨寬度約為100mm，縱向通條。2.耦合劑的選擇：由于連鑄坯表面振痕較大打磨后面不平整，所以所選的耦合劑必須粘稠度較好，透聲性能好，價格便宜的化學漿糊。3.探頭的選擇：針對材料厚度大、組織致密性差、透聲性差、選擇穿透性能好、能量更大的低頻大直徑探頭。如選用探頭型號為1Z30N，這樣能夠很好避免草狀回波過高的情況。當然若選用價格更高質量更好的進口探頭效果會更加。4.檢測靈敏度的調節(jié)：若用國內大平底方式來調節(jié)靈敏度,由于致密性差,透聲性差,導致衰減異常大,草狀回波基本能到達到Φ5mm左右的當量要求。對于UT探傷來說很難判斷缺陷的存在。另外由于連鑄坯材料組織不均勻，基準靈敏度的選擇差異會很大，這樣對缺陷的定量影響會很大?所以采用了試塊調節(jié)法。5.試塊的制作：試塊和工件最好為同一工藝鑄鋼，且試塊表面光潔度要與被檢工件表面光潔度相當，試塊表面的曲率要同被檢工件的曲率相當，截面尺寸要避免側壁效應。制作試塊的材料必須預先進行超聲波探傷，不允許存在大于或等于同聲程Φ2㎜當量平底孔的缺陷。試塊形狀如下圖1。圖1超聲波探傷大平底試塊6.調試方法：根據需要選擇工件底部、相同厚度的試塊或更大尺寸的試塊。試塊厚度及型號詳見表1所示。并依次測試一組不同檢測距離與底面平行的工件或試塊（至少一個）。調節(jié)儀器增益，使其中最高的底波幅度達到滿刻度的80%。不改變儀器的參數，測出其它工件或試塊底波的最高點，將其標在熒光屏上，連接這些點，即是對應于相同材料工件或試塊的距離—波幅曲線，并以此作為參考靈敏度。表1試塊厚度及型號厚度50mm100mm200mm300mm400mm型號4130-050-14130-100-14130-200-14130-300-14130-400-17.缺陷的質量分級：超聲波探傷五個探傷等級的波形和斷面低倍圖，參見表2?質量等級以探傷面內100mm×100mm評定框所含缺陷面積進行劃分為五級?評定質量等級時,評定框應置于缺陷程度最嚴重的部位?0級材料致密性最好?4級材料致密性最差。表2鋼錠探傷等級探傷等級探傷波形鋼錠斷面缺陷描述0降低草狀無明顯缺陷，晶粒呈粗大狀。1中心疏松中心有分散細小孔洞。2中心疏松+縮孔中心有分散細小孔洞，且有小的集中孔洞。3中心縮孔+疏松中心有集中孔洞，且有少量分散細小孔洞。4中心縮孔中心有較大集中孔洞。2）制修訂標準的原則（1）制修訂標準的依據或理由近年來，隨著冶金、石化、航天、造船等工業(yè)發(fā)展，鍛件的需求量在不斷增加，因此對作為鍛造原材料的鋼錠質量要求和數量需求也相應提高。由于鍛造原材料質量直接影響到后面的加工過程甚至成品質量，所以對鍛造原材料的選擇尤為關鍵。鋼錠是鍛造工藝中主要的原材料，因此在鋼鐵產業(yè)飛速發(fā)展的今天，對鋼錠質量的追求一直是大型鋼鐵企業(yè)追求的目標。鋼水澆注過程中，當溫度降到鋼的液相線與固相線溫度范圍內，就要發(fā)生液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程。鋼錠鑄造缺陷，如縮孔、疏松、偏析、熱裂紋等都是在凝固過程中產生的。例如在鋼的凝固過程中，鋼的收縮得不到補償，在最后凝固的地方放就會出現縮孔或疏松。如圖所示：如果在鍛造前選用了不適用的原材料,那么必然會影響鍛造工藝的合理選擇，甚至對產品的使用造成安全隱患，還會造成無法挽回的經濟損失。企業(yè)只有及時準確選擇鍛造原材料類型，才能夠根據具體情況正確的調整鍛造工藝?？梢钥闯鲇行У匿撳V的選擇能保證其生產效率和產品質量，同時也是企業(yè)獲得經濟效益的有力保障。因此，需要一種鍛造原材料生產方式選擇方法以解決上述問題，這就是超聲波探傷低頻窄脈沖技術。（2）制修訂標準的原則遵循“面向市場、服務產業(yè)、自主制定、適時推出、及時修訂、不斷完善”的標準編制原則，并與技術創(chuàng)新、試驗驗證、產業(yè)推進、應用推廣相結合，統籌推進。在確定本標準主要內容時，綜合考慮生產企業(yè)的使用習慣和用戶的利益，尋求最大的經濟、社會效益，充分體現了標準在技術上的先進性和技術上的合理性。本標準的起草宗旨：在符合適用性的前提下，盡量降低標準的各項要求、簡化方法過程，從而達到降低生產成本的目的。本標準在結構編寫和內容編排等方面依據GB/T1.1《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫》進行編寫。在本標準起草過程中，主要參考了《鑄件超聲波檢驗》方法和鍛造原材料生產方式的選用，根據原材料的碳當量即可方便快捷的選擇鍛造應選取的原材料，即可以準確的在鍛造前選擇更為經濟適用的原材料，并能有效保證鍛件的質量并大幅降低生產成本，為鋼錠澆鑄提供反饋信息和指導鍛造生產具有重大意義。本標準的實施吸納了國內外同類檢測方法的許多優(yōu)點，使超聲波探傷更科學，操作更方便，適用性更強，不僅具有先進性，而且將大大改善超聲波探傷標準使用率偏低的現狀，同時將具備更加廣泛的適用性。3、采用國際標準和國外先進標準的項目本標準為自主起草。國內外尚未有類似的標準，故本標準未采用國際標準或國外先進標準。本標準水平為國際先進水平。4、標準主要內容（包括牌號、成分、性能指標、型號、各種參數、公式、試驗方法、檢驗規(guī)則等）確定的論據（包括試驗、驗證、統計數據等），修訂標準時，應列有新舊標準的對比分析。4.1超聲波探傷數據分析超聲小組對連鑄坯進行了大量的超聲波驗證，通過以上的質量分級方法，對產品進行了分類并制作了折線圖。以下數據是在連鑄坯圓周面上0°120°240°等分三個方向。每個角度一組數據。檢測示意圖如下：附圖一1500108502（冶煉號）A0°位置A120°位置A240°位置附圖二1500108402（冶煉號）A0°位置A120°位置A240°位置附圖三1500108401（冶煉號）A0°位置A120°位置A240°位置附圖四1500108202（冶煉號）A0°位置A120°位置A240°位置附圖五1500108201（冶煉號）A0°位置A120°位置A240°位置附圖六1500108101（冶煉號）A0°位置A120°位置A240°位置附圖七1500107503（冶煉號）A0°位置A120°位置A240°位置附圖八1500107403（冶煉號）A0°位置A120°位置A240°位置從以上數據可以看出：按探傷缺陷大小分布圖分析，缺陷平均當量大小約為DAC-20dB左右。探傷缺陷疏松級別分布圖來看，大部分缺陷等級為“2”，其次是缺陷等級為“3”的缺陷，等級為“0”和“4”的很少。4.2超聲波探傷解剖驗證超聲小組針對缺陷等級為“4”和缺陷等級為“04.2.1、缺陷等級為“缺陷等級“4”解剖波形缺陷等級“4”低倍腐蝕照片4.2.2缺陷等級為“0缺陷等級“0”解剖波形缺陷等級“0”低倍腐蝕照片從以上數據以及解剖案例分析通過低倍驗證，超聲檢測基本能夠根據質量分級“0～4”級區(qū)分出缺陷的性質，和缺陷的嚴重情況。初步認為，“0～2”類等級的連鑄坯是可以用到實心件的生產過程中的，但在下料過程中應盡量避開“3”、“4”類的缺陷所在處，否則一旦空氣進入縮孔內，缺陷將很難打合。5、主要試驗（或驗證）結果的分析、綜述報告、技術經濟論證，預期的經濟效果等。5.1本課題的主要試驗的特點，合理的檢測和人工試塊制備，建立用超聲波探傷低頻技術來對連鑄坯鋼的質量進行檢測評價的手段。建立了鋼錠的質量超聲波探傷評價的標準。5.2課題的研究內容和技術路線，建立適用于鋼錠超聲探傷低頻技術判定方法，其中包括：研究錠或坯超聲波探傷方法，為在線超聲檢驗，提供穩(wěn)定可靠的工藝參數。建立錠或坯超聲波探傷的工藝標準，研究錠或坯超聲波探傷的缺陷等級。6、與有關的現行的方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標準的關系。本標準與我國的現行法律、法規(guī)和強制性國家標準沒有沖突。7、對征求意見及重大分歧意見的處理經過和依據。本標準制定過程中，尚無出現未采納的重大分歧意見。8、標準水平建議，預期的社會經濟效果。鋼