无损检测钢材钢锭超声波探伤检测方法(T-CSTM 00666—2023).pdf

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1、 ICS 19.100 CCS J 04 团 体 标 准 T/CSTM 006662023 无损检测 钢材 钢锭超声波探伤检测方法 Non-destructive testing Steel products Ultrasonic testing method for steel ingot 2023-06-21 发布 2023-09-21 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 T/CSTM 006662023 目目 录录 前 言.I 引 言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 检测人员.1 5 超声仪器、探头及试块.1 6 检测方法.2 7 质量等级.5 8 试

2、验报告.6 附录 A（规范性）钢锭内部缺陷的超声波检测分级方法.7 附录 B（规范性）超声波检测的偏析波形和断面低倍示意图.9 附录 C（资料性）起草单位和起草人.11 T/CSTM 006662023 I 前 言 本文件参照 GB/T 1.12020 标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则，GB/T 20001.4标准编写规则 第 4 部分：试验方法标准的规定起草。本文件由中国材料与试验标准化委员会无损检测技术及设备标准化领域委员会（CSTM/FC94）提出。本文件由中国材料与试验标准化委员会无损检测技术及设备标准化领域委员会（CSTM/FC94）归口。T/CSTM 006

3、662023 II 引 言 本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时，可能涉及到一种锻造原材料生产方式选择方法的第 1 条与第 4 条相关的专利的使用。本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。该专利持有人已向本文件的发布机构承诺，愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下，就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。相关信息可以通过以下联系方式获得：专利持有人姓名：陈昌华 地址：江苏省南京市六合区沿江工业开发区中山科技园迪西路 8 号 请注意除上述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。T/CSTM 0066

4、62023 1 无损检测 钢材 钢锭超声波探伤检测方法 1 范围 本文件规定了纵波技术对钢锭作接触法脉冲反射式超声波检验的方法，包括检测人员、超声仪器、探头及试块、检测方法、质量等级和试验报告。本文件适用于电弧炉、中频感应炉、连铸坯及电渣锭等冶炼钢锭内部质量的超声波检测分级方法，钢锭内部缺陷检测类型分为心部缺陷、偏析缺陷和皮下缺陷。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 9445 无损检测人员的资格鉴定与认证 GB/T 1

5、1259 无损检测 超声检测用钢参考试块的制作和控制方法 GB/T 12604.1 无损检测术语 超声检测 GB/T 20737 无损检测 通用术语和定义 GB/T 27664.1 无损检测 超声检测设备的性能与检验 第 1 部分:仪器 GB/T 27664.2 无损检测 超声检测设备的性能与检验 第 2 部分:探头 3 术语和定义 GB/T 12604.1界定的术语和定义适用于本文件。4 检测人员 4.1 按照本文件进行超声波检验的人员，应按照采购方和供应商都能接受的国家标准编制的书面程序进行资格评定和取得证书。4.2检验者应由取得有关部门认可的超声检测技术资格等级证书的人员进行操作。检测人

6、员资格应符合GB/T 9445及相关要求，并由具有技术资格等级级或级以上证书的人员进行监督及签发报告。4.3通过冶炼铸钢超声检测专业技术培训，才能独立进行冶炼铸钢的超声检测工作。5 超声仪器、探头及试块 5.1 仪器 使用 A 型脉冲反射式超声波检测仪，其技术指标需符合 GB/T 27664.1 的要求。5.2 探头 超声检测探头宜采用低频、大直径的直探头，其技术指标需符合 GB/T 27664.2 的要求。5.3 试块 T/CSTM 006662023 2 对碳钢、低合金钢、马氏体不锈钢和铁素体奥氏体（双相）不锈钢等钢锭的超声波检验，要求使用一套与被检工件相近的试块进行检测。其技术指标需符合

7、 GB/T 11259 的要求。6 检测方法 6.1 检测时机 为了节省生产时间，铸钢表面质量的外观检查可在机械加工或打磨之前进行，也可在机械加工或打磨表面后进行外观检查。6.2 表面粗糙度 6.2.1 钢锭在超声波检测前一般应先进行清理。钢锭表面检测部位，可以用喷砂、砂轮打磨，或者用机械加工等方法，清除妨碍检测的附着物。钢锭应在外观检查合格后进行超声检测，钢锭探测面及其背面影响超声检测的物质应予清除。当被检测钢锭的检测面较粗糙时，可以使用有软保护膜的探头。6.2.2 钢锭检测面不应有凹坑不平、伤痕、污物或其他异物，表面粗糙度应满足以下要求：1)机械加工表面：Ra 等于或小于 6.3 m；2)

8、打磨表面：表面打磨粗糙度 Ra 控制为 10 m 至 30 m 之间或可见 50%以上光亮。6.3 扫查要求 6.3.1 检验的覆盖度 6.3.1.1 机械加工表面 钢锭表面按 6.2 要求到达相应粗糙度后进行检验，并以此扫查到整个检测面，探头每次移动要有重叠，其重叠范围至少应为换能器（压电晶体）垂直于扫查方向尺寸的 10%。只要实际操作可行，原则上对垂直的两个面进行超声波实施检测。6.3.1.2 打磨表面 采用 0、90或 0、45、90或 0、120、240间隔、宽度约 100 mm 的方式对钢锭表面中心区域进行打磨，评定区域为 100mm100mm。因客户订单或判断需要,可打磨到整个检测

9、面。超声波检测方法见位置示意图 1、图 2 和图 3 所示。图 1 方钢锭检测示意图（0、90）T/CSTM 006662023 3 图 2 圆钢锭检测示意图（0、45、90及 0、120、240）图 3 梅花钢锭检测示意图（0、45、90）6.3.2 探头移动的速度 检验时，探头移动的速度不应超过 150 mm/s。6.3.3 探头频率和尺寸 6.3.3.1 钢锭探测频率主要取决于晶粒尺寸、组织是否均匀，要保证足够的穿透力和更好的分辨力。宜采用 0.5 MHz2.5 MHz。钢锭晶粒较均匀或厚度较薄，可采用较高频率以便提高分辨率。）钢锭为 100 mm400 mm 时宜用 1.25 MHz

10、2.5 MHz；）钢锭为 400 mm 以上厚度宜用 0.5 MHz1.25 MHz；6.3.3.2 探测频率初选后进行测试，如果钢锭检测第一次底面回波高度达 80%满刻度高时，此频率即可选用。只要检测灵敏度足够，即达到参考灵敏度，原则上尽量选择高频率的探头。探头面积具有最大有效区域 900 mm2及最小尺寸 10 mm 到最大尺寸 30 mm。6.4 纵波检验 应从两个相互垂直的方向进行检测，如果长度方向的两端面检测条件满足（如两头锯切的电渣锭），应尽可能的检测端面。6.5 耦合剂 耦合剂应选用透声性好、粘度大的，如机油、水溶性耦合剂、机油与黄油混合剂、浆糊、水玻璃等。调整仪器、校核仪器和检

11、测钢锭必须使用同种耦合剂。T/CSTM 006662023 4 6.6 表面粗糙度修正 6.6.1 机械加工表面 为了修正表面粗糙度的影响，在钢锭的无缺陷部位，选一与探测面平行的部位作为底面，测出这一部位与同声程试块底面的 dB 差，将这个 dB 差值加进距离波幅校正曲线，用这条曲线灵敏度进行检测。6.6.2 打磨表面 为了修正表面粗糙度的影响，原则上采用 4 dB 至 6 dB 补偿，将这个 dB 差值加进距离波幅校正曲线，用这条曲线灵敏度进行检测。6.7 衰减 钢锭超声波检测衰减很大，探测时只有满足下列条件，才能探测：）当被探工件厚度在 250 mm 以下时，与底面同声程的3 mm 平底孔

12、和林状反射波之差大于 8 dB;）当被探工件厚度大于 250 mm 时，与底面同声程的6 mm 平底孔和林状反射波之差大于 8 dB。6.8 参考和检测灵敏度的确定 6.8.1 钢锭检测灵敏度可用对比试块或工件底面进行调整。如果有条件可采用工件大平底校准，在不具备这一条件的情况下，可采用对比试块法，对比试块和工件最好为同一工艺铸钢，且试块表面粗糙度要与被检工件表面粗糙度相当。制作对比试块的材料必须预先进行超声波检测，不允许存在等于或大于同声程2 当量平底孔的缺陷。6.8.2 根据需要选择工件本底或相同厚度的对比试块或更大尺寸的对比试块，对比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

13、的检测面与底面平行工件或对比试块（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，测出其它工件或对比试块底波的最高点，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对比试块的距离波幅曲线（DAC），并以此作为参考灵敏度。参考灵敏度采用大平底方法进行设置，机械加工表面为B1+12 dB、打磨表面为B1+18 dB（B1为底面的第一次回波反向高度的50%100%），即是对应于相同材料工件的距离波幅曲线（DAC）。皮下缺陷参考灵敏度采用10mm、30mm、50mm大平底方法进行设置DAC。检测灵敏度在参考灵敏度基础上提高6dB或平均噪声不大于40%。表 1

14、 检测面与底面平行对比试块厚度及型号 厚度厚度 100mm100mm 200mm200mm 300mm300mm 400mm400mm 500mm500mm 600mm600mm 700mm700mm 800mm800mm 型号型号 42CrMo-100-1 42CrMo-200-1 42CrMo-300-1 42CrMo-400-1 42CrMo-500-1 42CrMo-600-1 42CrMo-700-1 42CrMo-800-1 注：42CrMo钢的牌号；注：1-模铸钢，-2 连铸钢，电渣钢3。6.9 按延伸情况划分缺陷 6.9.1 非延伸性缺陷 6.9.1.1 实际尺寸小于或等于探头

15、在缺陷处声束直径的缺陷称为非延伸缺陷。声束直径可以从相应的探头说明书或声波曲线图中查出。6.9.1.2 声束直径(-6dB)与声程的关系，用方程式（1）标出:DB(-6dB)=S/D=DS/(4N).(1)式中:T/CSTM 006662023 5 DB(-6dB)声束直径;-波长;D-晶片直径;S-声程;N-近场区长度(N=D2/(4)。6.9.2 延伸性缺陷 实际尺寸大于探头在缺陷处声束直径的缺陷称为延伸性缺陷。6.10 缺陷定量和分类 6.10.1 达到或超过 100%DAC 波高线的缺陷回波，用移动探头到缺陷回波降低到 50%波高线高度时探头中心点（直接标在检测面上）确定缺陷边界，求出

16、缺陷面积。6.10.2 缺陷回波高度达到或者超过 100%DAC 波高线，但由于几何形状限制，探头稍一移动，缺陷回波即下降或消失者，此种缺陷的面积以 1 mm计算。6.10.3 底面回波降低到正常高度的 25%或以下的衰减区域，用移动探头到底面回波降低 75%时探头中心点确定其边界，求出面积。6.10.4 密集缺陷以几个缺陷的外围周界包围的面积作为一个缺陷面积。6.10.5 非延伸性缺陷的面积以 1 mm计算。不计入缺陷定量和分类。6.10.6 缺陷分类如下：1）线状缺陷：由 6.9.1 确定的缺陷尺寸，其长度与宽度之比大于或等于三倍的缺陷；2）分散缺陷：相邻缺陷边界间的距离大于其中较大一个缺

17、陷的长度者；3）密集缺陷：相邻缺陷边界间的距离小于或等于其中较大一个缺陷的长度者。7 质量等级 7.1 钢锭心部缺陷分级方法 7.1.1 钢锭质量等级(钢锭的偏析除外)应符合附录 A 的缺陷验收评级所列各项规定。质量等级以检测面内 100 mm100 mm 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 级材料为致密性最好、4 级材料为致密性最差。7.1.2 等级为“0”缺陷的检测，从钢锭的一端到另一端每隔 100 mm 进行检测，将底波调到适当高度，再提高 ndB(如：18 dB)作为检测灵敏度。呈指数下降的检测波形的主要特征为：成降低草状特征，反射波

18、波峰清晰，伤波模糊不清晰，波与波之间难于分辨，移动探头时伤波跳动迅速。对应钢锭断面缺陷的描述是“无明显缺陷，中心晶粒呈粗大状”。7.1.3 等级为“1”缺陷的检测，从钢锭的一端到另一端每隔 100 mm 进行检测，将底波调到适当高度，再提高 ndB(如：18 dB)作为检测灵敏度。中心宝塔状的检测波形的主要特征为：反射波波峰不断地上升，至塔顶又不断地下降，宝塔两边波峰近似对称。对应钢锭断面缺陷的描述是“中心有分散细小孔洞”。7.1.4 等级为“2”缺陷的检测，从钢锭的一端到另一端每隔 100 mm 进行检测，将底波调到适当高度，再提高 ndB(如：18 dB)作为检测灵敏度。中心疏松状和少量缩

19、孔状的检测波形的主要特征为：中心区域多个尖脉冲，树林状特征，反射波波峰清晰，并伴有缩孔峰。对应钢锭断面缺陷的描述是“中心主要有分散细小孔洞，且有少量的集中孔洞”。7.1.5 等级为“3”缺陷的检测，从钢锭的一端到另一端每隔 100 mm 进行检测，将底波调到适当高度，再提高 ndB(如：18 dB)作为检测灵敏度。中心缩孔状和少量疏松状的检测波形的主要特征为：中心区T/CSTM 006662023 6 域波底宽大，成束状，在主伤波附近常伴有小伤波，并伴有树林状特征的多个尖脉冲。对应钢锭断面缺陷的描述是“中心主要有集中孔洞，且有少量分散细小孔洞”。7.1.6 等级为“4”缺陷的检测，从钢锭的一端

20、到另一端每隔 100 mm 进行检测，检测灵敏度采用试块DAC 法，将底波调到适当高度，再提高 ndB(如：18 dB)作为检测灵敏度。中心缩孔状的检测波形的主要特征为伤波反射强烈，波底宽大，成束状，在主伤波附近常伴有小伤波，对底波影响严重，常使底波消失。对应钢锭断面缺陷的描述是“中心有较大集中孔”。7.2 钢锭偏析缺陷分级方法 7.2.1 钢锭的偏析应符合附录 B 的缺陷规定。质量等级以检测面内 100 mm100 mm 评定框所含缺陷面积进行划分为三级。评定质量等级时，评定框应置于缺陷程度最严重的部位。A 级材料为致密性最好、C 级材料为致密性最差。7.2.2 等级为“A”缺陷的检测，从钢

21、锭的一端到另一端每隔100 mm进行检测，检测灵敏度采用试块DAC法，将底波调到适当高度，再提高ndB(如：18 dB)作为检测灵敏度。锭型偏析通常是由于原材料带来的，分布在钢锭横截面的大约1/3或1/4的位置，超声波检测锭型偏析通常为A类。对应钢锭断面缺陷的描述是“轻微偏析”。7.2.3 等级为“B”缺陷的检测，从钢锭的一端到另一端每隔100 mm进行检测，检测灵敏度采用试块DAC法，将底波调到适当高度，再提高ndB(如：18 dB)作为检测灵敏度。锭型偏析通常是由于原材料带来的，分布在钢锭横截面的大约2/3或3/4的位置，超声波检测锭型偏析通常为B类。对应钢锭断面缺陷的描述是“中度偏析”。

22、7.2.4 等级为“C”缺陷的检测，从钢锭的一端到另一端每隔100 mm进行检测，检测灵敏度采用试块DAC法，将底波调到适当高度，再提高ndB(如：18 dB)作为检测灵敏度。锭型偏析通常是由于原材料带来的，分布在钢锭横截面的大约1/4和3/4(或“1/3和2/3”)位置同时出现，超声波检测锭型偏析通常为C类。对应钢锭断面缺陷的描述是“严重偏析”。7.3 钢锭皮下缺陷分级方法 7.3.1 等级为“A”缺陷的检测，从钢锭的一端到另一端每隔100 mm进行检测，检测灵敏度采用试块DAC法，将底波调到适当高度，再提高ndB(如：18 dB)作为检测灵敏度。分布在钢锭皮下大约50mmm内的位置，超声波

23、检测当量不小于50%DAC通常为A类。对应钢锭皮下缺陷的描述是“轻度缺陷”。7.3.2 等级为“B”缺陷的检测，从钢锭的一端到另一端每隔100 mm进行检测，检测灵敏度采用试块DAC法，将底波调到适当高度，再提高ndB(如：18 dB)作为检测灵敏度。分布在钢锭皮下大约50mmm内的位置，超声波检测当量不小于100%DAC通常为B类。对应钢锭皮下缺陷的描述是“重度缺陷”。8 试验报告 试验报告应当至少包括下列内容：a）识别样品、实验室和试验日期所需的全部资料；b）引用标准文件编号；c）结果及其表示；d）使用的分析线；e）测定中发现的异常现象；f）对结果可能已产生影响的本文件中未作规定的各种操作

24、或任选的操作。T/CSTM 006662023 7 附录 A（规范性）钢锭内部缺陷的超声波检测分级方法 A.1 钢锭是众多钢材中的一种，但由于现代使用的钢材品种，都是由钢锭轧制或锻造而成的，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。在钢锭的生产过程中，钢锭质量检测是最重要的一个环节。企业只有及时准确对产品进行质量检测，才能够根据具体生产情况正确的调整生产策略。可以看出有效的钢锭的质量检测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。A.2 钢锭是由精炼钢水凝固而成的。钢锭的成形一般分为连铸、模铸和电渣重熔三种方式。A.2.1 连铸法是通过结晶

25、器使铸件成形并迅速凝固结晶，再由拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的坯料。A.2.2 模铸法就是把在炼钢炉中或炉外精炼得到的合格钢水，经过盛钢桶等浇注设备，注入到一定形状和尺寸的钢锭模中，再凝固成钢锭。A.2.3 电渣重熔法是将电极棒（自耗电极）作为原料，在重熔过程中电极棒被通过电流的渣池加热并逐渐熔化掉，形成金属熔滴。然后金属熔滴从电极棒顶部脱落，穿过渣池进入金属熔池。由于水冷结晶器的冷却作用，液态金属逐渐凝固形成铸锭。A.3 钢锭的检测分档为“04”五个等级，这为缺陷的分级管理的最终判定提供了有利的判定依据。钢锭作为锻造的原材料，一些缺陷

26、及时被发现，在锻造过程中，将根据缺陷特征制作特定的锻造工艺卡。利用超声波检测分级方法可获得缺陷对应的检测等级，进而获得缺陷的级别和形状特征。这为钢锭的质量评定，锻造的工艺卡设计和产品的力学性能评定等提供参考。表 A.1 为超声波检测分级方法。表 A.1 超声波检测分级 检测等级检测等级 检测波形检测波形 钢锭断面缺陷描述钢锭断面缺陷描述 0 降低草状 无明显缺陷，晶粒呈粗大状，如图 A.1 所示。1 中心疏松 中心有分散细小孔洞，如图 A.2 所示。2 中心疏松+缩孔 中心有分散细小孔洞，且有小的集中孔洞，如图 A.3 所示。3 中心缩孔+疏松 中心有集中孔洞，且有少量分散细小孔洞，如图 A.

27、4 所示。4 中心缩孔 中心有较大集中孔洞，如图 A.5 所示。T/CSTM 006662023 8 图 A.1 等级“0”，降低草状（左）和对应低倍示意图（右）图 A.2 等级“1”，中心疏松（左）和对应低倍示意图（右）图 A.3 等级“2”，中心疏松+缩孔（左）和对应低倍示意图（右）图 A.4 等级“3”，中心缩孔+疏松（左）和对应低倍示意图（右）图 A.5 等级“4”，中心缩孔（左）和对应低倍示意图（右）T/CSTM 006662023 9 附录 B（规范性）超声波检测的偏析波形和断面低倍示意图 B.1 钢和合金的凝固发生在一定的温度和浓度范围内，由于溶质元素在液相和固相的溶解度差异和凝

28、固过程中的选分结晶，在凝固过程中产生了溶质元素分布的不均匀性，通常称之为偏析。偏析分为显微偏析（树枝偏析）和宏观偏析（低倍偏析）两类。B.2 钢锭宏观偏析是指在钢锭中存在的限于钢锭尺寸数量级的浓度差别，又称区域偏析。通常指沿钢锭纵断面和横断面上化学成分不均匀分布情况。显微偏析发生在几个晶粒的范围内或树枝晶空间内，即成分的差异局限于几个微米的区域内。B.3 钢锭宏观偏析分为锭型偏析和点状偏析两类，锭型偏析在横向低倍试片上表现为沿锭型形状分布的深色区域，一般常为圆框形或方框形或多边框形，因此也称框形偏析。点状偏析多呈暗灰色的点，有时这些点较基体金属凹陷，它又分为均匀分布的一般点状偏析和只分布在边缘

29、的边缘点状偏析两类。B.4 超声波反射强度在声程相同的情况下，与两种材料间的声阻抗差异密切相关。钢锭常见的偏析类型有：逆 V 偏析，V 偏析、头部正偏析及底部沉积锥负偏析等，如图 B.1 所示。+正偏析，负偏析 图 B.1 钢锭各种偏析示意图 B.5 锭型偏析是钢锭在结晶过程中，柱状晶生长时把低熔点组元，如碳、硫、磷、气体和杂质元素推向尚未冷凝的中心液相区，便在柱状晶区与中心等轴晶区交界处形成偏析和杂质集聚框，如图 B.2 所示。锭型偏析通常是由于原材料带来的，分布在钢锭横截面的大约 1/3 或 1/4 的位置，超声波检测锭型偏析通常分为 A 类（如仅 1/4 位置出现）、B 类（如仅 3/4

30、 位置出现）和 C 类（如 1/4 和 3/4 位置同时出现）锭型偏析，具体如图 B.3、图 B.4、图 B.5 所示。T/CSTM 006662023 10 图 B.2 钢锭的锭型偏析图 图 B.3 等级 A 类锭型偏析 图 B.4 等级 B 类锭型偏析 图 B.5 等级 C 类锭型偏析 T/CSTM 006662023 11 附录 C（资料性）起草单位和起草人 本文件负责起草单位:南京迪威尔高端制造股份有限公司 本文件参与起草单位:马鞍山钢铁股份有限公司特钢公司、中桥金属材料有限公司、马鞍山市星新机械材料有限公司、三鑫重工机械有限公司、江苏莲源机械制造有限公司、卡麦龙(上海)机械有限公司、福默诗贸易（上海）有限公司、江苏裕隆锻造有限公司、常州超声电子有限公司、山东瑞祥模具有限公司、洛阳 LYC 轴承有限公司。本文件主要起草人：陈昌华、张利、宋雷钧、汪海潮、许兴、高振波、钱德桥、钱德武、徐文龙、吴连、缪志刚、刘建刚、周诗展、周德林、尹述港、曹军利、黄智、李祝茂、肖潇、潘振新、马建民、魏忠瑞、陈翠丽。_