《无损检测 钢材 钢锭超声波探伤检测方法-编制说明》

一、标准编制说明内容

1、工作简要过程，来源、主要参加单位和工作组成员等

要得到良好质量的锻件的前提之一就是保证原材料质量。锻造的原材料有连铸坯、模铸

锭和电渣重熔锭。通常根据不同的产品质量要求选择所需的原材料。从探伤情况来看，通常

三种钢锭内部质量由好到坏依次为电渣锭、模铸锭、连铸坯。电渣锭作为锻造原材料是最优

的，但其成本比较高。对于模铸锭，探伤缺陷少或者没有探伤缺陷的钢种可考虑用连铸坯替

代，以降低成本，如碳钢；探伤缺陷多的钢种可考虑使用电渣锭，以提高锻造质量。

为确保锻造厂降本增效工作,在原材料使用上节约生产成本,希望通过使用低价格的连

铸坯替代模铸锭锻打实心件｡这样对连铸坯的质量提出了严格的要求,然而目前国内没有一

部关于连铸坯的超声波检测和验收标准,加上连铸坯本身的特性,不能像锻件那样按标准评

判,而是应根据缺陷出现的位置､大小､性质综合评判｡这为我公司连铸坯锻打实心件的试验

研究提出了要求，也给钢厂工艺改进提供了依据｡探伤人员提供适合连铸坯超声波探伤的技

术参数，总结探伤方法，降低实心锻件在锻打过程中报废的发生率，给探伤人员提出了更高

的要求。

为此对电渣锭、模铸锭、连铸坯开展了原材料冶金缺陷研究，我们与钢厂进行了深入实

际检测分析，探索一种能适用于锭或坯的探伤方法，选择更为准确的探伤低频窄脉冲技术。

从理论上来说，超声波探伤低频技术的研究可解决锻造厂的原材料探伤质量问题。这对改进

和提高超声波无损检测低频技术具有很大的促进作用，为锻件的生产提供可以接纳的改进措

施，有利于锻件质量控制。

主要参加单位和工作组成员有：南京迪威尔高端制造股份有限公司，陈昌华、张利、宋

雷钧、汪海潮；马鞍山钢铁股份有限公司特钢公司，许兴、高振波；马鞍山中桥金属材料有

限公司，钱德桥、钱德武；马鞍山市星新机械材料有限公司，徐文龙、吴连；常州三鑫重工

机械有限公司，缪志刚、刘建刚；卡麦隆(上海)机械有限公司，尹述港；福默诗贸易（上海）

有限公司，曹军利；常州超声电子有限公司，肖潇、潘振新；山东瑞祥模具有限公司，马建

民、魏忠瑞；洛阳LYC轴承有限公司,陈翠丽。

2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则

1）标准化对象简要情况

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（1）产品标准

①产品主要品种、产量及生产厂家

钢锭产品主要品种有电渣锭、模铸锭、连铸锭。工业强国时代，任何一个大国的崛起都

离不开工业的支撑，而钢锭原材料和锻件在工业发展过程中更是起着举足轻重的作用。每一

项超级工程背后，几乎都存在它们的身影。铸、锻件涉及航天航空、造船、兵器、石油化工、

汽车、采矿和核电等多个领域，而且其使用范围、需求量还在不断增大。铸、锻件的质量直

接影响重大装备的运行水平、可靠性和安全性，因此，对铸、锻件的质量要求日益严格。铸、

锻件生产的各项环节，如炼钢、钢锭浇注、锻造、热处理等均可能使锻件产生缺陷。采用无

损检测技术对钢锭进行检测，及时发现缺陷，并采取适当措施，避免缺陷的扩大，对于提高

产品质量、避免经济损失、增长社会效益都有着积极地促进作用。

建国以来，国家把钢铁工业的发展放在优先位置，产量增长很快。从1978年起，我国

的钢产量已超过3000万吨。1980年的钢产量达到3712万吨，居世界第五位。而今，更是

早已超过亿吨，稳居世界第一。旧中国只能生产100个普通碳素钢种，如今能冶炼2000多

个品种；钢材品种齐全。钢铁工业的布局也发生了巨大的变化，在全国范围内已建成了大中

小相结合的钢铁工业体系。

尽管我国钢产量位居世界第一，但由于相当一部分钢材的质量不够过硬，每年还需进口

大量优质钢材，因此造成了极大的浪费。此外，以河北钢铁集团为代表（2012年钢产量为

7110万吨），其在2012世界钢铁企业年度竞争力排名第二，前20名中我国共有9家企业上

榜，年钢产量均远超千万吨大关。虽然我国经过淘汰落后产能及兼并重组后，各钢铁集团的

年度钢产量大幅增加，但是由于并未掌握钢材的主要原材料-铁矿石的话语权，我国钢铁企

业在国际舞台上仍然处于大而不强的弱势地位。

②产品主要用途及质量情况

我公司采购钢锭原材料锻造产品的主要用途有：井口及采油树专用件、深海设备专用件、

压裂设备专用件及钻采设备专用件为主的四大产品系列，其主要简介如下：

（a）井口及采油树专用件

井口及采油树专用件是指在石油、天然气钻井开采过程中，安装在陆上井口用于控制气、

液（油、水等）流体压力和方向，悬挂套管、油管，并密封油管与套管及各层套管环形空间

的井口装置中的零部件，包括采油树阀、悬挂器、套管头、油管头、四通、法兰等。

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（b）深海设备专用件

深海设备专用件是指用于制造深海油气设备的零部件，由于深海油气设备的安装操作难

度高及使用环境恶劣，相较于陆上井口设备，深海油气设备对专用件的承压、抗腐蚀等各项

性能指标和可靠性有着更高的要求，包括深海采油树、管汇、阀体等。

（c）压裂设备专用件

压裂设备专用件是开采页岩油气压裂作业设备的核心部件，包括压裂泵缸体、封井器、

井口球阀、投球器、活动弯头、油壬、蜡球管汇、压裂管汇等。

（d）钻采设备专用件

钻采设备专用件是指勘探和开采油气的全套机械设备的零部件，包括防喷器壳体、活塞、

顶盖、管汇等。

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（2）方法标准（试验方法的水平及使用情况，试验设备及仪器情况

等）

针对连铸坯材料表面光洁度差,材料组织致密性差,透声性差｡再结合连铸坯成型工艺,

对探伤要求以下：

1.检测面的准备：连铸坯表面打磨，采用0度、45度、90度或0度、120度、240度间隔

方式操作，打磨宽度约为100mm，纵向通条。

2.耦合剂的选择：由于连铸坯表面振痕较大打磨后面不平整，所以所选的耦合剂必须粘稠

度较好，透声性能好，价格便宜的化学浆糊。

3.探头的选择：针对材料厚度大、组织致密性差、透声性差、选择穿透性能好、能量更大

的低频大直径探头。如选用探头型号为1Z30N，这样能够很好避免草状回波过高的情况。

当然若选用价格更高质量更好的进口探头效果会更加。

4.检测灵敏度的调节：若用国内大平底方式来调节灵敏度,由于致密性差,透声

性差,导致衰减异常大,草状回波基本能到达到Φ5mm左右的当量要求。对于UT探伤来说

很难判断缺陷的存在。另外由于连铸坯材料组织不均匀，基准灵敏度的选择差异会很大，

这样对缺陷的定量影响会很大｡所以采用了试块调节法。

5.试块的制作：试块和工件最好为同一工艺铸钢，且试块表面光洁度要与被检工件表面光洁

度相当，试块表面的曲率要同被检工件的曲率相当，截面尺寸要避免侧壁效应。制作试块

的材料必须预先进行超声波探伤，不允许存在大于或等于同声程Φ2㎜当量平底孔的缺陷。

试块形状如下图1。

4

图1超声波探伤大平底试块

6.调试方法：根据需要选择工件底部、相同厚度的试块或更大尺寸的试块。试块厚度及型

号详见表1所示。并依次测试一组不同检测距离与底面平行的工件或试块（至少一个）。

调节仪器增益，使其中最高的底波幅度达到满刻度的80%。不改变仪器的参数，测出其

它工件或试块底波的最高点，将其标在荧光屏上，连接这些点，即是对应于相同材料工

件或试块的距离—波幅曲线，并以此作为参考灵敏度。

表1试块厚度及型号

厚度50mm100mm200mm300mm400mm

型号4130-050-14130-100-14130-200-14130-300-14130-400-1

7.缺陷的质量分级：超声波探伤五个探伤等级的波形和断面低倍图，参见表2｡质量等级以

探伤面内100mm×100mm评定框所含缺陷面积进行划分为五级｡评定质量等级时,评定框应

置于缺陷程度最严重的部位｡0级材料致密性最好､4级材料致密性最差。

表2钢锭探伤等级

探伤等级探伤波形钢锭断面缺陷描述

0降低草状无明显缺陷，晶粒呈粗大状。

1中心疏松中心有分散细小孔洞。

2中心疏松+缩孔中心有分散细小孔洞，且有小的集中孔洞。

3中心缩孔+疏松中心有集中孔洞，且有少量分散细小孔洞。

4中心缩孔中心有较大集中孔洞。

2）制修订标准的原则

（1）制修订标准的依据或理由

近年来，随着冶金、石化、航天、造船等工业发展，锻件的需求量在不断增加，因此对

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作为锻造原材料的钢锭质量要求和数量需求也相应提高。由于锻造原材料质量直接影响到后

面的加工过程甚至成品质量，所以对锻造原材料的选择尤为关键。

钢锭是锻造工艺中主要的原材料，因此在钢铁产业飞速发展的今天，对钢锭质量的追求

一直是大型钢铁企业追求的目标。钢水浇注过程中，当温度降到钢的液相线与固相线温度范

围内，就要发生液态转变为固态的过程。钢锭铸造缺陷，如缩孔、疏松、偏析、热裂纹等都

是在凝固过程中产生的。例如在钢的凝固过程中，钢的收缩得不到补偿，在最后凝固的地方

放就会出现缩孔或疏松。如图所示：

如果在锻造前选用了不适用的原材料,那么必然会影响锻造工艺的合理选择，甚至对产

品的使用造成安全隐患，还会造成无法挽回的经济损失。企业只有及时准确选择锻造原材料

类型，才能够根据具体情况正确的调整锻造工艺。可以看出有效的钢锭的选择能保证其生产

效率和产品质量，同时也是企业获得经济效益的有力保障。

因此，需要一种锻造原材料生产方式选择方法以解决上述问题，这就是超声波探伤低频

窄脉冲技术。

（2）制修订标准的原则

遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、不断完善”的标准编制

原则，并与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合，统筹推进。

在确定本标准主要内容时，综合考虑生产企业的使用习惯和用户的利益，寻求最大的经

济、社会效益，充分体现了标准在技术上的先进性和技术上的合理性。

本标准的起草宗旨：在符合适用性的前提下，尽量降低标准的各项要求、简化方法过程，

从而达到降低生产成本的目的。

本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T1.1《标准化工作导则第1部分：标

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准的结构和编写》进行编写。

在本标准起草过程中，主要参考了《铸件超声波检验》方法和锻造原材料生产方式的选

用，根据原材料的碳当量即可方便快捷的选择锻造应选取的原材料，即可以准确的在锻造前

选择更为经济适用的原材料，并能有效保证锻件的质量并大幅降低生产成本，为钢锭浇铸提

供反馈信息和指导锻造生产具有重大意义。本标准的实施吸纳了国内外同类检测方法的许多

优点，使超声波探伤更科学，操作更方便，适用性更强，不仅具有先进性，而且将大大改善

超声波探伤标准使用率偏低的现状，同时将具备更加广泛的适用性。

3、采用国际标准和国外先进标准的项目

本标准为自主起草。国内外尚未有类似的标准，故本标准未采用国际标准或国外先进标

准。本标准水平为国际先进水平。

4、标准主要内容（包括牌号、成分、性能指标、型号、各种参数、

公式、试验方法、检验规则等）确定的论据（包括试验、验证、统

计数据等），修订标准时，应列有新旧标准的对比分析。

4.1超声波探伤数据分析

超声小组对连铸坯进行了大量的超声波验证，通过以上的质量分级方法，对产品进行了

分类并制作了折线图。以下数据是在连铸坯圆周面上0°120°240°等分三个方向。每个角

度一组数据。检测示意图如下：

附图一1500108502（冶炼号）

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A0°位置

A120°位置

A240°位置

附图二1500108402（冶炼号）

A0°位置

A120°位置

8

A240°位置

附图三1500108401（冶炼号）

A0°位置

A120°位置

A240°位置

附图四1500108202（冶炼号）

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A0°位置

A120°位置

A240°位置

附图五1500108201（冶炼号）

A0°位置

10

A120°位置

A240°位置

附图六1500108101（冶炼号）

A0°位置

A120°位置

A240°位置

附图七1500107503（冶炼号）

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A0°位置

A120°位置

A240°位置

附图八1500107403（冶炼号）

A0°位置

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A120°位置

A240°位置

从以上数据可以看出：

按探伤缺陷大小分布图分析，缺陷平均当量大小约为DAC-20dB左右。

探伤缺陷疏松级别分布图来看，大部分缺陷等级为“2”，其次是缺陷等级为“3”

的缺陷，等级为“0”和“4”的很少。

4.2超声波探伤解剖验证

超声小组针对缺陷等级为“4”和缺陷等级为“0”的分别进行了解剖验证

4.2.1、缺陷等级为“4”的解剖案例

缺陷等级“4”解剖波形

缺陷等级“4”低倍腐蚀照片

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4.2.2缺陷等级为“0”的解剖案例

缺陷等级“0”解剖波形

缺陷等级“0”低倍腐蚀照片

从以上数据以及解剖案例分析

通过低倍验证，超声检测基本能够根据质量分级“0～4”级区分出缺陷的性质，和缺陷

的严重情况。

初步认为，“0～2”类等级的连铸坯是可以用到实心件的生产过程中的，但在下料过程

中应尽量避开“3”、“4”类的缺陷所在处，否则一旦空气进入缩孔内，缺陷将很难打合。

5、主要试验（或验证）结果的分析、综述报告、技术经济论证，预

期的经济效果等。

5.1本课题的主要试验的特点，合理的检测和人工试块制备，建立用超声波探伤低频技术来

对连铸坯钢的质量进行检测评价的手段。

建立了钢锭的质量超声波探伤评价的标准。

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5.2课题的研究内容和技术路线，建立适用于钢锭超声探伤低频技术判定方法，其中包括：

研究锭或坯超声波探伤方法，为在线超声检验，提供稳定可靠的工艺参数。

建立锭或坯超声波探伤的工艺标准，研究锭或坯超声波探伤的缺陷等级。

6、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系。

本标准与我国的现行法律、法规和强制性国家标准没有冲突。

7、对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据。

本标准制定过程中，尚无出现未采纳的重大分歧意见。

8、标准水平建