《無損檢測(cè) 鋼材 鋼錠超聲波探傷檢測(cè)方法-編制說明》

一、標(biāo)準(zhǔn)編制說明內(nèi)容

1、工作簡(jiǎn)要過程，來源、主要參加單位和工作組成員等

要得到良好質(zhì)量的鍛件的前提之一就是保證原材料質(zhì)量。鍛造的原材料有連鑄坯、模鑄

錠和電渣重熔錠。通常根據(jù)不同的產(chǎn)品質(zhì)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(nèi)部質(zhì)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(duì)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(zhì)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(chǎn)成本,希望通過使用低價(jià)格的連

鑄坯替代模鑄錠鍛打?qū)嵭募?這樣對(duì)連鑄坯的質(zhì)量提出了嚴(yán)格的要求,然而目前國(guó)內(nèi)沒有一

部關(guān)于連鑄坯的超聲波檢測(cè)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),加上連鑄坯本身的特性,不能像鍛件那樣按標(biāo)準(zhǔn)評(píng)

判,而是應(yīng)根據(jù)缺陷出現(xiàn)的位置?大小?性質(zhì)綜合評(píng)判?這為我公司連鑄坯鍛打?qū)嵭募脑囼?yàn)

研究提出了要求，也給鋼廠工藝改進(jìn)提供了依據(jù)?探傷人員提供適合連鑄坯超聲波探傷的技

術(shù)參數(shù)，總結(jié)探傷方法，降低實(shí)心鍛件在鍛打過程中報(bào)廢的發(fā)生率，給探傷人員提出了更高

的要求。

為此對(duì)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(jìn)行了深入實(shí)

際檢測(cè)分析，探索一種能適用于錠或坯的探傷方法，選擇更為準(zhǔn)確的探傷低頻窄脈沖技術(shù)。

從理論上來說，超聲波探傷低頻技術(shù)的研究可解決鍛造廠的原材料探傷質(zhì)量問題。這對(duì)改進(jìn)

和提高超聲波無損檢測(cè)低頻技術(shù)具有很大的促進(jìn)作用，為鍛件的生產(chǎn)提供可以接納的改進(jìn)措

施，有利于鍛件質(zhì)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(jī)械材料有限公司，徐文龍、吳連；常州三鑫重工

機(jī)械有限公司，繆志剛、劉建剛；卡麥隆(上海)機(jī)械有限公司，尹述港；福默詩貿(mào)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(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

1）標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況

1

（1）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

①產(chǎn)品主要品種、產(chǎn)量及生產(chǎn)廠家

鋼錠產(chǎn)品主要品種有電渣錠、模鑄錠、連鑄錠。工業(yè)強(qiáng)國(guó)時(shí)代，任何一個(gè)大國(guó)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(xiàng)超級(jí)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(gè)領(lǐng)域，而且其使用范圍、需求量還在不斷增大。鑄、鍛件的質(zhì)量直

接影響重大裝備的運(yùn)行水平、可靠性和安全性，因此，對(duì)鑄、鍛件的質(zhì)量要求日益嚴(yán)格。鑄、

鍛件生產(chǎn)的各項(xiàng)環(huán)節(jié)，如煉鋼、鋼錠澆注、鍛造、熱處理等均可能使鍛件產(chǎn)生缺陷。采用無

損檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼錠進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，并采取適當(dāng)措施，避免缺陷的擴(kuò)大，對(duì)于提高

產(chǎn)品質(zhì)量、避免經(jīng)濟(jì)損失、增長(zhǎng)社會(huì)效益都有著積極地促進(jìn)作用。

建國(guó)以來，國(guó)家把鋼鐵工業(yè)的發(fā)展放在優(yōu)先位置，產(chǎn)量增長(zhǎng)很快。從1978年起，我國(guó)

的鋼產(chǎn)量已超過3000萬噸。1980年的鋼產(chǎn)量達(dá)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(guó)只能生產(chǎn)100個(gè)普通碳素鋼種，如今能冶煉2000多

個(gè)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(guó)范圍內(nèi)已建成了大中

小相結(jié)合的鋼鐵工業(yè)體系。

盡管我國(guó)鋼產(chǎn)量位居世界第一，但由于相當(dāng)一部分鋼材的質(zhì)量不夠過硬，每年還需進(jìn)口

大量?jī)?yōu)質(zhì)鋼材，因此造成了極大的浪費(fèi)。此外，以河北鋼鐵集團(tuán)為代表（2012年鋼產(chǎn)量為

7110萬噸），其在2012世界鋼鐵企業(yè)年度競(jìng)爭(zhēng)力排名第二，前20名中我國(guó)共有9家企業(yè)上

榜，年鋼產(chǎn)量均遠(yuǎn)超千萬噸大關(guān)。雖然我國(guó)經(jīng)過淘汰落后產(chǎn)能及兼并重組后，各鋼鐵集團(tuán)的

年度鋼產(chǎn)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(quán)，我國(guó)鋼鐵企

業(yè)在國(guó)際舞臺(tái)上仍然處于大而不強(qiáng)的弱勢(shì)地位。

②產(chǎn)品主要用途及質(zhì)量情況

我公司采購(gòu)鋼錠原材料鍛造產(chǎn)品的主要用途有：井口及采油樹專用件、深海設(shè)備專用件、

壓裂設(shè)備專用件及鉆采設(shè)備專用件為主的四大產(chǎn)品系列，其主要簡(jiǎn)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。

2

（b）深海設(shè)備專用件

深海設(shè)備專用件是指用于制造深海油氣設(shè)備的零部件，由于深海油氣設(shè)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(shè)備，深海油氣設(shè)備對(duì)專用件的承壓、抗腐蝕等各項(xiàng)

性能指標(biāo)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(shè)備專用件

壓裂設(shè)備專用件是開采頁巖油氣壓裂作業(yè)設(shè)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(dòng)彎頭、油壬、蠟球管匯、壓裂管匯等。

（d）鉆采設(shè)備專用件

鉆采設(shè)備專用件是指勘探和開采油氣的全套機(jī)械設(shè)備的零部件，包括防噴器殼體、活塞、

頂蓋、管匯等。

3

（2）方法標(biāo)準(zhǔn)（試驗(yàn)方法的水平及使用情況，試驗(yàn)設(shè)備及儀器情況

等）

針對(duì)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(jié)合連鑄坯成型工藝,

對(duì)探傷要求以下：

1.檢測(cè)面的準(zhǔn)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(jià)格便宜的化學(xué)漿糊。

3.探頭的選擇：針對(duì)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(hào)為1Z30N，這樣能夠很好避免草狀回波過高的情況。

當(dāng)然若選用價(jià)格更高質(zhì)量更好的進(jìn)口探頭效果會(huì)更加。

4.檢測(cè)靈敏度的調(diào)節(jié)：若用國(guó)內(nèi)大平底方式來調(diào)節(jié)靈敏度,由于致密性差,透聲

性差,導(dǎo)致衰減異常大,草狀回波基本能到達(dá)到Φ5mm左右的當(dāng)量要求。對(duì)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(zhǔn)靈敏度的選擇差異會(huì)很大，

這樣對(duì)缺陷的定量影響會(huì)很大?所以采用了試塊調(diào)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(dāng)，試塊表面的曲率要同被檢工件的曲率相當(dāng)，截面尺寸要避免側(cè)壁效應(yīng)。制作試塊

的材料必須預(yù)先進(jìn)行超聲波探傷，不允許存在大于或等于同聲程Φ2㎜當(dāng)量平底孔的缺陷。

試塊形狀如下圖1。

4

圖1超聲波探傷大平底試塊

6.調(diào)試方法：根據(jù)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(hào)詳見表1所示。并依次測(cè)試一組不同檢測(cè)距離與底面平行的工件或試塊（至少一個(gè)）。

調(diào)節(jié)儀器增益，使其中最高的底波幅度達(dá)到滿刻度的80%。不改變儀器的參數(shù)，測(cè)出其

它工件或試塊底波的最高點(diǎn)，將其標(biāo)在熒光屏上，連接這些點(diǎn)，即是對(duì)應(yīng)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(hào)

厚度50mm100mm200mm300mm400mm

型號(hào)4130-050-14130-100-14130-200-14130-300-14130-400-1

7.缺陷的質(zhì)量分級(jí)：超聲波探傷五個(gè)探傷等級(jí)的波形和斷面低倍圖，參見表2?質(zhì)量等級(jí)以

探傷面內(nèi)100mm×100mm評(píng)定框所含缺陷面積進(jìn)行劃分為五級(jí)?評(píng)定質(zhì)量等級(jí)時(shí),評(píng)定框應(yīng)

置于缺陷程度最嚴(yán)重的部位?0級(jí)材料致密性最好?4級(jí)材料致密性最差。

表2鋼錠探傷等級(jí)

探傷等級(jí)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(xì)小孔洞。

2中心疏松+縮孔中心有分散細(xì)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(xì)小孔洞。

4中心縮孔中心有較大集中孔洞。

2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

（1）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)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(duì)

5

作為鍛造原材料的鋼錠質(zhì)量要求和數(shù)量需求也相應(yīng)提高。由于鍛造原材料質(zhì)量直接影響到后

面的加工過程甚至成品質(zhì)量，所以對(duì)鍛造原材料的選擇尤為關(guān)鍵。

鋼錠是鍛造工藝中主要的原材料，因此在鋼鐵產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的今天，對(duì)鋼錠質(zhì)量的追求

一直是大型鋼鐵企業(yè)追求的目標(biāo)。鋼水澆注過程中，當(dāng)溫度降到鋼的液相線與固相線溫度范

圍內(nèi)，就要發(fā)生液態(tài)轉(zhuǎn)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(chǎn)生的。例如在鋼的凝固過程中，鋼的收縮得不到補(bǔ)償，在最后凝固的地方

放就會(huì)出現(xiàn)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(huì)影響鍛造工藝的合理選擇，甚至對(duì)產(chǎn)

品的使用造成安全隱患，還會(huì)造成無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。企業(yè)只有及時(shí)準(zhǔn)確選擇鍛造原材料

類型，才能夠根據(jù)具體情況正確的調(diào)整鍛造工藝?？梢钥闯鲇行У匿撳V的選擇能保證其生產(chǎn)

效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也是企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益的有力保障。

因此，需要一種鍛造原材料生產(chǎn)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(shù)。

（2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

遵循“面向市場(chǎng)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出、及時(shí)修訂、不斷完善”的標(biāo)準(zhǔn)編制

原則，并與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，統(tǒng)籌推進(jìn)。

在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容時(shí)，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)的使用習(xí)慣和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)

濟(jì)、社會(huì)效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的先進(jìn)性和技術(shù)上的合理性。

本標(biāo)準(zhǔn)的起草宗旨：在符合適用性的前提下，盡量降低標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)要求、簡(jiǎn)化方法過程，

從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。

本標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)編寫和內(nèi)容編排等方面依據(jù)GB/T1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)

6

準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》進(jìn)行編寫。

在本標(biāo)準(zhǔn)起草過程中，主要參考了《鑄件超聲波檢驗(yàn)》方法和鍛造原材料生產(chǎn)方式的選

用，根據(jù)原材料的碳當(dāng)量即可方便快捷的選擇鍛造應(yīng)選取的原材料，即可以準(zhǔn)確的在鍛造前

選擇更為經(jīng)濟(jì)適用的原材料，并能有效保證鍛件的質(zhì)量并大幅降低生產(chǎn)成本，為鋼錠澆鑄提

供反饋信息和指導(dǎo)鍛造生產(chǎn)具有重大意義。本標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施吸納了國(guó)內(nèi)外同類檢測(cè)方法的許多

優(yōu)點(diǎn)，使超聲波探傷更科學(xué)，操作更方便，適用性更強(qiáng)，不僅具有先進(jìn)性，而且將大大改善

超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)使用率偏低的現(xiàn)狀，同時(shí)將具備更加廣泛的適用性。

3、采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目

本標(biāo)準(zhǔn)為自主起草。國(guó)內(nèi)外尚未有類似的標(biāo)準(zhǔn)，故本標(biāo)準(zhǔn)未采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)外先進(jìn)標(biāo)

準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)水平為國(guó)際先進(jìn)水平。

4、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容（包括牌號(hào)、成分、性能指標(biāo)、型號(hào)、各種參數(shù)、

公式、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等）確定的論據(jù)（包括試驗(yàn)、驗(yàn)證、統(tǒng)

計(jì)數(shù)據(jù)等），修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)列有新舊標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析。

4.1超聲波探傷數(shù)據(jù)分析

超聲小組對(duì)連鑄坯進(jìn)行了大量的超聲波驗(yàn)證，通過以上的質(zhì)量分級(jí)方法，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了

分類并制作了折線圖。以下數(shù)據(jù)是在連鑄坯圓周面上0°120°240°等分三個(gè)方向。每個(gè)角

度一組數(shù)據(jù)。檢測(cè)示意圖如下：

附圖一1500108502（冶煉號(hào)）

7

A0°位置

A120°位置

A240°位置

附圖二1500108402（冶煉號(hào)）

A0°位置

A120°位置

8

A240°位置

附圖三1500108401（冶煉號(hào)）

A0°位置

A120°位置

A240°位置

附圖四1500108202（冶煉號(hào)）

9

A0°位置

A120°位置

A240°位置

附圖五1500108201（冶煉號(hào)）

A0°位置

10

A120°位置

A240°位置

附圖六1500108101（冶煉號(hào)）

A0°位置

A120°位置

A240°位置

附圖七1500107503（冶煉號(hào)）

11

A0°位置

A120°位置

A240°位置

附圖八1500107403（冶煉號(hào)）

A0°位置

12

A120°位置

A240°位置

從以上數(shù)據(jù)可以看出：

按探傷缺陷大小分布圖分析，缺陷平均當(dāng)量大小約為DAC-20dB左右。

探傷缺陷疏松級(jí)別分布圖來看，大部分缺陷等級(jí)為“2”，其次是缺陷等級(jí)為“3”

的缺陷，等級(jí)為“0”和“4”的很少。

4.2超聲波探傷解剖驗(yàn)證

超聲小組針對(duì)缺陷等級(jí)為“4”和缺陷等級(jí)為“0”的分別進(jìn)行了解剖驗(yàn)證

4.2.1、缺陷等級(jí)為“4”的解剖案例

缺陷等級(jí)“4”解剖波形

缺陷等級(jí)“4”低倍腐蝕照片

13

4.2.2缺陷等級(jí)為“0”的解剖案例

缺陷等級(jí)“0”解剖波形

缺陷等級(jí)“0”低倍腐蝕照片

從以上數(shù)據(jù)以及解剖案例分析

通過低倍驗(yàn)證，超聲檢測(cè)基本能夠根據(jù)質(zhì)量分級(jí)“0～4”級(jí)區(qū)分出缺陷的性質(zhì)，和缺陷

的嚴(yán)重情況。

初步認(rèn)為，“0～2”類等級(jí)的連鑄坯是可以用到實(shí)心件的生產(chǎn)過程中的，但在下料過程

中應(yīng)盡量避開“3”、“4”類的缺陷所在處，否則一旦空氣進(jìn)入縮孔內(nèi)，缺陷將很難打合。

5、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果的分析、綜述報(bào)告、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)

期的經(jīng)濟(jì)效果等。

5.1本課題的主要試驗(yàn)的特點(diǎn)，合理的檢測(cè)和人工試塊制備，建立用超聲波探傷低頻技術(shù)來

對(duì)連鑄坯鋼的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)的手段。

建立了鋼錠的質(zhì)量超聲波探傷評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

14

5.2課題的研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線，建立適用于鋼錠超聲探傷低頻技術(shù)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(yàn)，提供穩(wěn)定可靠的工藝參數(shù)。

建立錠或坯超聲波探傷的工藝標(biāo)準(zhǔn)，研究錠或坯超聲波探傷的缺陷等級(jí)。

6、與有關(guān)的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系。

本標(biāo)準(zhǔn)與我國(guó)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沒有沖突。

7、對(duì)征求意見及重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)。

本標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，尚無出現(xiàn)未采納的重大分歧意見。

8、標(biāo)準(zhǔn)水平建