GB/T 37775—2019《大型鋼質(zhì)自由鍛件 通用技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)解讀

董濤

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川 德陽(yáng) 618000)

大型鋼質(zhì)自由鍛件尺寸大，技術(shù)要求高，質(zhì)量要求嚴(yán)，制造難度大，是重大技術(shù)裝備的重要基礎(chǔ)部件，直接決定著重大裝備和主機(jī)產(chǎn)品的性能、品質(zhì)和可靠性，其制造水平也是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平和國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志之一。我國(guó)大型鍛件行業(yè)起步較晚，經(jīng)歷了蘇聯(lián)援建、自主研發(fā)、技術(shù)引進(jìn)、消化提高、自主創(chuàng)新等過(guò)程，目前我國(guó)大型鋼質(zhì)自由鍛件制造設(shè)備數(shù)量等級(jí)和生產(chǎn)規(guī)模都達(dá)到了世界第一。國(guó)內(nèi)外的鍛鋼件通用標(biāo)準(zhǔn)如ASTM A788/A788M-2014《鋼鍛件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 通用要求》、JIS G0306:2009《鍛鋼件的制造、試驗(yàn)和檢驗(yàn)通則》、EN 10250-1:1999《一般工程用自由鍛鋼鍛件 第1部分：一般要求》，所涉及的均以通用鍛鋼件為主，對(duì)于大型鋼質(zhì)自由鍛件特殊性以及制造工藝控制方面，沒(méi)有專門的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要對(duì)大型鋼質(zhì)自由鍛件做通用規(guī)定以提高大型鑄鍛件制造和質(zhì)量水平，支撐中國(guó)裝備走出去。

1 標(biāo)準(zhǔn)概況

GB/T 37775—2019《大型鋼質(zhì)自由鍛件 通用技術(shù)規(guī)范》是我國(guó)大型鋼質(zhì)自由鍛件基礎(chǔ)通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了大型鋼質(zhì)自由鍛件的訂貨要求、制造工藝、技術(shù)要求、檢驗(yàn)規(guī)則和試驗(yàn)方法、驗(yàn)收和質(zhì)量證明書及標(biāo)志和包裝等通用技術(shù)要求。一是主要考慮國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)大型鋼質(zhì)自由鍛件的訂貨要求、制造工藝、技術(shù)要求和經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行制定；二是主要技術(shù)內(nèi)容根據(jù)實(shí)際的科研成果、經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)等確定。

2 標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容說(shuō)明

2.1 范圍

本標(biāo)準(zhǔn)適用于液壓機(jī)和鍛錘自由鍛造的結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、模具鋼、耐熱鋼等大型鍛件，主要考慮了國(guó)內(nèi)大型鋼質(zhì)自由鍛件制造所涉及的材料牌號(hào)和類型，涉及冶金、機(jī)械、電力、石油、化工、造船、航空、國(guó)防工業(yè)等大型鑄鍛件。

2.2 術(shù)語(yǔ)和定義

本章引用NB/T 47008—2010已界定成熟的術(shù)語(yǔ)和定義，并在標(biāo)準(zhǔn)中列舉，便于統(tǒng)一理解、有效使用，基于在無(wú)損檢測(cè)、取試等方面實(shí)際存在的分歧，增加對(duì)合鍛件、主要截面、等效截面的定義，有利于規(guī)范開(kāi)展相關(guān)工作。首次對(duì)“大型鋼質(zhì)自由鍛件”進(jìn)行了術(shù)語(yǔ)定義：“經(jīng)10 MN以上的自由鍛壓機(jī)、50 kN以上的自由鍛錘鍛造而成的鍛件”。對(duì)于“大型鋼質(zhì)自由鍛件”的定義，在本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施之前國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有提及。標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)原機(jī)械工業(yè)部從管理出發(fā)對(duì)大型鍛件“凡是用10 MN及以上的自由鍛水壓機(jī)生產(chǎn)的鍛件”的界定[1]，以及《大鍛件形變新理論新工藝》相關(guān)章節(jié)[2]及行業(yè)人員認(rèn)可條件而給定的。

2.3 訂貨要求

此章確保供需雙方在簽訂合同時(shí)，對(duì)大型鋼質(zhì)自由鍛件制造項(xiàng)目?jī)?nèi)容明確規(guī)范，一是避免出現(xiàn)如未在合同中體現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)版本號(hào)等；二是避免供需雙方簽訂合同后，供方轉(zhuǎn)包至無(wú)資質(zhì)或需方不認(rèn)可的企業(yè)，帶來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，出現(xiàn)分歧爭(zhēng)議等；三是對(duì)于特殊產(chǎn)品，為了驗(yàn)證制造方是否具備制造合格產(chǎn)品的能力，制定了特殊產(chǎn)品的技術(shù)和車間評(píng)定附錄A，形成了一個(gè)具有指導(dǎo)性的綱領(lǐng)。

2.4 制造工藝

本章對(duì)大型鋼質(zhì)自由鍛件制造過(guò)程中所涉及的重要工序環(huán)節(jié)的工藝要求作了規(guī)定。

(1)冶煉與澆注

根據(jù)大型鍛件產(chǎn)品種類多，單件、小批量生產(chǎn)，制造周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高等生產(chǎn)特點(diǎn)[3-5]，冶煉和澆注作為工序的初始環(huán)節(jié)，對(duì)大鍛件質(zhì)量保障起著關(guān)鍵作用，結(jié)合國(guó)內(nèi)外各類標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)共識(shí)，將冶煉、澆注方法進(jìn)行了最基本必要的約束規(guī)定。盡可能地降低產(chǎn)品損失，保證質(zhì)量。

(2)鍛造

鍛造能使金屬的組織得到改善，提高金屬性能。為使鍛件獲得較高力學(xué)性能，鍛造應(yīng)達(dá)到一定的鍛造比，一般大型鍛件的鍛造比是在2～6范圍。對(duì)于鍛造比的計(jì)算方式上，美標(biāo)ASTM未規(guī)定鍛造比的計(jì)算方法，國(guó)內(nèi)也無(wú)相關(guān)具體計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，僅在GB/T 8541—2012《鍛壓術(shù)語(yǔ)》中5.1.39有鍛造比有簡(jiǎn)單的計(jì)算公式[6]，在法國(guó)RCC-M中規(guī)定了以乘積計(jì)算的方法[7]，日本的JIS G0701:1957《鋼材鍛造加工鍛造比的表示符號(hào)》給出了5種鍛造比計(jì)算公式和示例。目前行業(yè)中，總鍛比計(jì)算有的采用每一步鍛比疊加的計(jì)算方式[8]，也有的采用鍛比乘法的計(jì)算方式，計(jì)算方式不統(tǒng)一[9-10]。結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，本標(biāo)準(zhǔn)的附錄B采用乘法鍛比的計(jì)算方法，與國(guó)外常用計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。

(3)熱處理

基于目前國(guó)內(nèi)以及部分國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱處理設(shè)備、控溫要求等未作明確規(guī)定，而這些內(nèi)容對(duì)熱處理質(zhì)量及使用均存在影響，為避免由此帶來(lái)的質(zhì)量及使用問(wèn)題，同時(shí)也為適應(yīng)國(guó)外采購(gòu)的要求，本部分一是對(duì)于熱處理爐爐溫均勻性明確了范圍，為±15℃，二是對(duì)鍛件表面接觸熱電偶的安裝列出了要求，三是對(duì)熱處理后產(chǎn)生的變形和殘余應(yīng)力大的鍛件的校直及消應(yīng)給出了規(guī)定，填補(bǔ)了空白。

(4)缺陷清除與補(bǔ)焊

對(duì)于大型鍛件的組焊結(jié)構(gòu)，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接方法及焊后熱處理進(jìn)行了一般的通用規(guī)定。

另外國(guó)內(nèi)、外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)缺陷部位的清除及修整的規(guī)定不完善，可操作性差，造成后序的生產(chǎn)及使用隱患頻發(fā)。由此導(dǎo)致部分鍛件標(biāo)準(zhǔn)或廠家直接規(guī)定不允許補(bǔ)焊，此項(xiàng)規(guī)定不僅遏制了焊接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也增加了大型鍛件重大經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)。本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及各類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)焊接修補(bǔ)進(jìn)行補(bǔ)充完善，避免不必要的報(bào)廢。

2.5 技術(shù)要求

本部分規(guī)定了化學(xué)成分、力學(xué)性能、硬度均勻性、金相組織、殘余應(yīng)力以及無(wú)損檢測(cè)相關(guān)常規(guī)要求的適用范圍。其中，針對(duì)大型鋼錠多包合澆的特點(diǎn)，允許單包鋼液超出材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，以權(quán)重分析結(jié)果為驗(yàn)收依據(jù)，本標(biāo)準(zhǔn)匯總常見(jiàn)材料標(biāo)準(zhǔn)形成附錄C。

2.6 檢驗(yàn)規(guī)則和試驗(yàn)方法

對(duì)熔煉分析和取樣位置與方向進(jìn)行規(guī)定。

(1)根據(jù)電渣錠生產(chǎn)特征，在多電極坯的熔煉分析中，提出每支電極坯均需滿足工藝化學(xué)成分的要求，避免分歧。

(2)國(guó)內(nèi)外在取試位置上存在較大差異，造成供需雙方在取試上的較大不便，為此本標(biāo)準(zhǔn)特將取試方式按照熱處理時(shí)的單重和規(guī)格進(jìn)行規(guī)定劃分，結(jié)合各行各業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)以及合理性，統(tǒng)一規(guī)定如表1。

表1 鍛件取試試樣的要求Table 1 Requirements for taking test samples for forgings

既滿足國(guó)內(nèi)的慣例也適應(yīng)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)取試的要求。另外，針對(duì)承壓鍛件使用工況及其重要性，增加了對(duì)承壓鍛件和非承壓鍛件的取試方式區(qū)分的規(guī)定，對(duì)單獨(dú)鍛造的檢驗(yàn)樣坯進(jìn)行了科學(xué)規(guī)定。

(3)在取試方向上，很多企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)主變形方向和產(chǎn)品幾何方向的術(shù)語(yǔ)有混淆，為此有必要對(duì)其規(guī)定，并且使用中英對(duì)照與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)相互統(tǒng)一，并做如下術(shù)語(yǔ)規(guī)定。

1)試樣相對(duì)于鍛件的主變形方向

當(dāng)試樣相對(duì)于鍛件的主變形方向時(shí)，取樣位置如下(見(jiàn)圖1)：

圖1 相對(duì)于鍛件主變形方向時(shí)的取樣位置Figure 1 The sampling position relative to the main deformation direction of the forging

縱向試樣：試樣的長(zhǎng)軸平行于鍛件主變形方向；沖擊試樣的缺口軸線垂直于縱向和橫向形成的平面。

橫向試樣：試樣的長(zhǎng)軸垂直于鍛件主變形方向；沖擊試樣的缺口軸線垂直于縱向和橫向形成的平面。

法向試樣：試樣的長(zhǎng)軸垂直于鍛件縱向和橫向形成的平面；沖擊試樣的缺口軸線平行于主變形方向。

2)試樣相對(duì)于鍛件的產(chǎn)品幾何形狀

當(dāng)試樣相對(duì)于鍛件的產(chǎn)品幾何形狀，取樣位置如下(見(jiàn)圖2)：

圖2 相對(duì)于鍛件產(chǎn)品幾何形狀時(shí)的取樣位置Figure 2 Sampling position relative to the product geometry of the forgings

軸向試樣：試樣的長(zhǎng)軸平行于鍛件旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸；沖擊試樣的缺口軸線垂直于圓周。

切向試樣：試樣的長(zhǎng)軸與鍛件圓周相切；沖擊試樣的缺口軸線垂直于圓周。

徑向試樣：試樣的長(zhǎng)軸垂直于鍛件圓周；沖擊試樣的缺口軸線平行于圓周。

(4)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中基本上未涉及殘余應(yīng)力的檢測(cè)方法，而殘余應(yīng)力對(duì)大鍛件影響尤為重要，以往重機(jī)行業(yè)中使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)采用切環(huán)法測(cè)量，但由于其誤差精確程度不高，國(guó)外普遍不認(rèn)可此種測(cè)量方法，一般國(guó)際通用環(huán)芯法測(cè)量殘余應(yīng)力，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了環(huán)芯法殘余應(yīng)力的檢測(cè)方法，參照J(rèn)B/T 8888—2018《芯法測(cè)量汽輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件殘余應(yīng)力的試驗(yàn)方法》。

2.7 驗(yàn)收和質(zhì)量證明書

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)基本上未對(duì)質(zhì)量證明書中的鍛件身份信息及檢測(cè)、驗(yàn)收機(jī)構(gòu)等做規(guī)定，有可能造成鍛件原始信息的追溯性差，以及檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)資質(zhì)配套性等問(wèn)題，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此進(jìn)行了規(guī)定。

2.8 標(biāo)志和包裝

印記對(duì)于追溯制造廠的制造過(guò)程具有重要的意義，個(gè)別國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)印記標(biāo)識(shí)內(nèi)容描述較為簡(jiǎn)單，由此出現(xiàn)了追溯制造過(guò)程難、尋找印記困難、甚至出現(xiàn)個(gè)別印記損傷鍛件等問(wèn)題，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)志內(nèi)容進(jìn)行完善，避免上述問(wèn)題發(fā)生。

由于不銹鋼使用的特殊性，在制造和運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)避免接觸到可能對(duì)材料性能和完整性產(chǎn)生不利影響的物質(zhì)，因此規(guī)定不銹鋼鍛件的包裝、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的技術(shù)要求。

3 標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了供需雙方在訂貨合同中的基本要求，內(nèi)容包含了可能遇到基本要求，避免在制造過(guò)程或使用過(guò)程中因訂貨要求不詳、不明確導(dǎo)致的糾紛，主要是依據(jù)各企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大鍛件的訂貨要求和經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行制定的。在制造工藝環(huán)節(jié)，設(shè)置的主要內(nèi)容包括大鍛件在制造過(guò)程基本的制造工藝要求，涵蓋冶煉、鍛造、熱處理、焊補(bǔ)，熱加工最基本制造要求，此類內(nèi)容是依據(jù)各企業(yè)對(duì)大鍛件采購(gòu)技術(shù)要求和制造經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行制定的，其解決的問(wèn)題是避免各類制造標(biāo)準(zhǔn)對(duì)制造工藝不明確，使基本的制造工藝有依據(jù)，使大鍛件的制造更加規(guī)范化和有約束力。在技術(shù)要求環(huán)節(jié)中，設(shè)置的主要內(nèi)容包括化學(xué)成分、力學(xué)性能試驗(yàn)項(xiàng)目要求及試驗(yàn)方法、硬度試驗(yàn)、力學(xué)性能復(fù)試規(guī)定、無(wú)損檢測(cè)、其他檢驗(yàn)項(xiàng)目中的驗(yàn)收、缺陷部位的清除及修補(bǔ)、尺寸檢查、清潔包裝和運(yùn)輸、拒收、標(biāo)識(shí)、質(zhì)量證明書等項(xiàng)目。

本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)于同類標(biāo)準(zhǔn)ASTM A788/A788M-2014、JIS G0306:2009、EN 10250-1:1999相關(guān)材料的技術(shù)指標(biāo)，有利于提升我國(guó)大型鑄鍛件行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。本標(biāo)準(zhǔn)在熱處理控制、有害元素限制、力學(xué)性能取試、復(fù)試規(guī)則、標(biāo)志和質(zhì)量證明書等方面考慮了與國(guó)際接軌，保障貿(mào)易接口性。

4 標(biāo)準(zhǔn)的目的和意義

本標(biāo)準(zhǔn)的制定填補(bǔ)了大型鋼質(zhì)自由鍛件通用技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的空白，規(guī)范了大型鍛件的設(shè)計(jì)、訂貨、制造、檢測(cè)方法選用、檢驗(yàn)規(guī)則、驗(yàn)收交貨等通用技術(shù)要求，促進(jìn)大型鋼質(zhì)自由鍛件各項(xiàng)通用技術(shù)要求與世界接軌，促進(jìn)我國(guó)大型鍛件材料標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)化和規(guī)范化，提高我國(guó)大型鋼質(zhì)自由鍛件的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，支撐中國(guó)裝備走出去。