GB/T 37681—2019《大型铸钢件 通用技术规范》标准解读

刘显有 肖章玉 马正强

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618013)

1 标准概况

GB/T 37681—2019《大型铸钢件 通用技术规范》是我国大型铸钢件基础通用技术标准，确立了大型铸钢件的选材、订货、制造、检测方法选用、检验规则、验收交货等通用技术要求。一是结合当前制造工艺、检测手段等水平的提升，允许运用目前的先进技术；二是在当前行业生产制造过程中，存在某些规定不清或无规定的环节，根据国内外生产经验，作了相应的规定。

2 标准编制的主要内容说明

2.1 范围

标准适用于砂型或导热性与砂型相当的铸型中铸造的大型铸钢件。本标准主要适用于大型单件铸件(小批量中小型铸件也可参照)。

由于离心铸造、电渣熔铸等方式成型的铸钢件产品，其理化检测所需要的试块在成型、制备等方面与本标准所规定的采用附铸(单铸)试块进行理化检测有所区别，所以没有将该两类产品类型纳入本版次标准。

2.2 术语和定义

除引用现有成熟标准中的定义外，标准首次对“大型铸钢件”进行了术语定义：“铸钢件重量在3 t以上或重量小于3 t，但空间体积达到1 m3以上的铸钢件称为大型铸钢件”。

目前国内外标准，还未对“大型铸钢件”做出明确的定义，所以本标准依据的是经营生产经验，兼顾考虑部分特殊零部件(重量较轻，但空间体积较大)的情况。所以本次定义结合产品重量、空间体积因素综合给定。

2.3 制造工艺

此章节将大型铸钢件制造过程中所涉及工序流程中重要环节及节点的工艺要求作了规定。

2.3.1 熔炼

明确供方可以根据自身设备能力、冶炼水平及产品质量要求，选择合适的钢水冶炼方式，不强求钢水必须进行炉外精炼。

2.3.2 切割

此章节涉及切割的对象，一是为确保产品质量，铸造工艺设置的冒口、浇口、补贴等，二是附铸试块性能热处理前的切割开口。切割方式可采用气体火焰、等离子、碳弧气刨等热能切割。如有条件，采用机加工或砂轮切割的方式也是允许的。

2.3.3 热处理

为确保产品质量，产品在热处理过程中，其使用的热处理炉及其配套设备应经测试和校检合格，测试和校检应按照GB/T 9452—2012或GB/T 30824—2014的规定进行，对于大型铸钢件所适用的热处理炉的校检，炉膛内温度测试监控点的数量较多，具体需根据上述两个标准(任选其一)提供的计算公式计算得出。

2.3.4 补焊

补焊的术语定义为修补工件(铸件、锻件、机械加工件或焊接结构件)的缺陷而进行的焊接(GB/T 3375—1994《焊接术语》)。由于目前在行业内以及部分国标、行标中，对“补焊”也称为焊补，如国标GB/T 11352—2009《一般工程用铸造碳钢件》中8.6条。为规范定义，本标准沿用焊接术语的定义方法。

本标准在该章节对补焊的焊前准备、补焊过程以及焊后检测等重点环节均作了较为详细的要求。在实际生产过程中，根据不同的材料，可结合GB/T 37400—2019《重型机械通用技术条件》第7部分(铸钢件补焊)编制合理的补焊工艺。

针对产品焊后热处理(即焊后消应)的保温时长问题，目前国内较多的制造厂家在实际生产中，所执行的保温时间是根据缺陷补焊深度及产品壁厚两个因素综合确定，一是为最大限度消除焊接应力，二是避免厚壁铸件内外温差产生新的热应力。但有部分外贸合同产品，其焊后消应的保温时长仅要求根据补焊最大深度确定(有底限，小于1 h的按照1 h保温)。具体谁更合理，还需进行现场试验，所以本标准在这一点未作强制规定，仅进行推荐控制。

2.4 技术要求

重点解读产品附铸试块制备以及试块切割方面的要求。

2.4.1 附铸试块制备

对于大型铸钢件，一般情况下要求铸件铸造成型时应附带铸出附铸试块。除另有规定外，附铸试块的位置、数量和尺寸由供方确定，根据生产经验，附铸试块的位置一般附铸于产品厚大、平整截面位置。试块数量根据产品需要检验的频次，检验项目等确定。试块尺寸根据取样去皮尺寸规定、检验项目等确定，结合本标准规定，金相、拉伸、冲击、化学成分检测取样均要求距离铸造表面6 mm以下，且附铸试块一般采用热切割(切割开口缝为20 mm～30 mm)，所以建议附铸试块的厚度不小于40 mm，宽度不小于80 mm，如果产品不要求检测弯曲试验等特殊试验(需要长试样)，试块长度应不小于140 mm。有长试样检测需求的，试块长度应不小于180 mm(该条目可结合标准7.1.5“试样的加工”中的规定)。

由于产品结构原因，如薄壁铸件，如采用附铸试块可能导致产品出现铸造缺陷，另外由于工艺原因，铸型外皮需要放置较多的冷铁、增肉等工艺措施，导致产品无较好的位置安放试块，此时试块可不采用附铸的方式。

2.4.2 试块的切割

附铸试块在热处理前可以切割开口，但应留10 mm～30 mm的量与本体相连。热处理完成后才可割取下，割取方式可采用火焰切割、锤击、机加等。如采用热切割的方式，为避免热能对试块性能和组织的影响，则建议试块在热处理前开口时，尽量留较小的余量与本体相连。

2.5 检验规则和试验方法

此章节重点介绍产品附铸试块制备、取样、理化检测阶段等要求。

2.5.1 试块热处理

此条目强调是试块需与产品本体同炉热处理，而不能分别执行不同的工艺或冷却制度，否则试块热处理后检查数据不能代表产品实际的性能指标。

2.5.2 性能试验的时机

一般情况下，大型铸钢件(如水电转轮、矿山、冶金类产品)在补焊后的消应温度均在材料相变点A1之下，且一般低于回火温度20～50℃，所以普遍认为，在产品最终的补焊消应热处理后，其前期性能热处理后得到的力学性能降低极少。所以其性能热处理后的性能可作为产品最终验收依据。但部分产品(如火电、核电大型铸钢件)因需要进行多次高温(温度接近回火温度)去除应力热处理，此种情况材料性能变化较多，该类型产品宜验收最终热处理后的性能为佳。

2.5.3 成品化学成分分析

由于大型铸钢件需经历浇注后缓慢凝固冷却以及有氧环境下的高温热处理，为避免脱碳层、氧化层对成分检测结果的影响，本标准规定试样应从距离铸造表面6 mm以下部位取样进行成品分析。

化学成分分析方法在GB/T 223等标准的基础上，结合目前实际生产情况，允许采用火花放电原子发射光谱法，所以标准引用了GB/T 4336—2016及GB/T 11170—2008。

2.5.4 硬度检验

标准对本体硬度检测位置的深度、数量以及光洁度均作了规定。

在进行理化检测时，硬度一般检测3点(一般单独制样或在冲击试样上检测)，但由于铸件存在一定的成分偏析以及组织不均匀。这就导致三个数据之间可能存在偏差，且个别数据超出标准要求范围。目前国内外还没有对出现此种情况时合格与否的判定标准。本次国标首次明确“3个硬度值的平均值应符合规定”即判定为合格。例如产品标准要求硬度≥260HBW，实测3个点硬度数据为258HBW、263HBW、262HBW，其平均值为261HBW，其硬度结果应判定为合格。

2.5.5 无损检测

标准规定了大型铸钢件渗透、磁粉、超声及射线无损检测方法，但对于结构复杂、壁厚差异大、服役情况不同的产品，仅仅依靠该规定，可能远远无法满足产品的检测及制造要求，所以在实际生产时，需针对不同产品、不同部位的质量要求，应在产品技术协议中对无损检测进行更加详细的规定和明确。

2.5.6 特殊试验

重点介绍弯曲试验相关内容。

目前行业内对大型铸钢件材料弯曲试验结果的验收判定准则存在较大争议，焦点在于试验后试样外表面显示的细小的点状缺陷是否为裂纹，主要是目前国标、行标以及国外标准中，均未查询到相关的裂纹的定义描述(仅有在GB/T 232—1988版标准中对微裂纹、裂纹、裂缝等有所定义描述，但该版标准已废弃，而新版标准取消了该部分)。目前在实际生产过程中，各个检测机构，只是按照自身认知进行判别，所以会导致结果千差万别。经常将试样外侧因材料内部出现的细微点状缺陷显示(长宽尺寸≤0.5 mm)判定为裂纹。

由于近年来，许多国内外水电主机厂，将产品(重点是转轮部件、球阀部件)的弯曲性能作为重要的验收指标，产品检验多采用GB/T 232—2010以及ASTM A370:2017等标准，这些标准对检测结果验收均是要求在弯曲的外侧没有裂纹。但大型铸钢件由于采用砂型铸造，产品浇铸时高温钢水对砂型型腔涂层的冲刷以及钢水本身存在少量细微的夹渣，这些细微的夹渣缺陷随着铸件凝固后就残留于铸件内，不可避免造成材料内部存在夹杂缺陷，且该类微观缺陷无法通过无损检测发现(需要电镜)、也无法通过热处理进行改善。如该类缺陷正好处于弯曲面，在90°弯曲试验过程中只要受到张应力，就会成为裂纹源，形成细小的点状开口(并非由于塑性不足导致的开放性裂纹)。

所以针对这种情况，需要供需双方事前明确或事后商议，尽量减少细小的点状缺陷显示对产品质量判定的干扰。

2.5.7 复试

当力学性能试验结果不符合要求时，供方可进行复试，对于拉伸、冲击、硬度等检验项目，均是采用双倍复试。复试用料可取至靠近不合格试块的相邻位置的试块。

特殊试验不合格时，可进行一次复试，复试规则由供需双方商定，一般只再次进行单倍试验。

2.5.8 售后申诉

此章节主要避免产品在交付需方后，因可能存在的产品质量问题引发的推诿及纠纷。

3 标准的特点和优势

标准根据我国大型铸钢件的实际经营生产情况，总结编制通用技术规范。相比部分国内外铸钢件技术规范标准要求，本标准的创新性主要体现在：本标准涵盖结构钢、不锈钢、高锰钢、模具钢、耐热钢等多种材料；增加订货内容要求，与国际接轨；增加试块切割的规定；对热处理设备和温度均匀性等细节做出规定，保障热处理质量；重要补焊规定，保障缺陷处理质量；明确提出碳当量、镍铬当量、淬透性DI值等要求，增加残余有害元素规定，细化成分检测分组，保证材料可靠性；力学性能试验中对试块的制作到切割、分组、试验等节点进行明确规定；表面质量要求与国外标准接轨；对复试的无效情况、拉伸和冲击试验区分进行详细规定，并与国际接轨；增加售后申诉章节，与国际接轨；严格规范标识和质量证明书的内容，保障产品可追溯性和可信度。

本标准达到国内先进水平。本标准主要技术指标相当于ISO 4990:2003、ASTM A781/A781M:2018、EN 1559:2014、JIS G0307:2014等同类国际先进标准水平。本标准在订货内容要求、常用检测方法选取、重要补焊、表面质量要求、复试规则、售后申诉、标识和质量证明书等方面考虑了与国际接轨，保障贸易接口性。

4 标准目的和意义

本标准制定将填补大型铸钢件通用技术规范标准的空白，规范大型铸钢件的设计、订货、选材、制造、检测方法选用、检验规则、验收交货等通用技术要求，促进大型铸钢件各项通用技术要求与国际接轨，促进我国大型铸钢件材料标准系统化和规范化，提高我国大型铸钢件的国际竞争力，支撑中国装备走出去。