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国家标准《奥氏体锰钢铸件》和《铸造高锰钢金相》解读
作者:李卫
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奥氏体锰钢铸件是耐磨损钢铁件中的大类产品。《奥氏体锰钢铸件》和《铸造高锰钢金相》国家标准制修订和实施对我国奥氏体锰钢铸件的生产、应用和贸易等方面有重要的指导和约束作用。由暨南大学、浙江裕融实业有限公司、江西铜业集团(德兴)铸造有限公司、郑州鼎盛工程技术有限公司、广西钟山长城矿山机械厂、中铁宝桥股份有限公司、中铁山桥集团有限公司、宁国市东方碾磨材料有限责任公司、徐州卡勒米特抗磨工程研究所、南京建达机械设备有限公司、安徽省机械科学研究所等单位联合修订的GB/T 5680-2010《奥氏体锰钢铸件》和GB/T 13925-2010《铸造高锰钢金相》国家标准,经全国铸造标准化技术委员会组织审查,国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会批准,2011 年6 月1 日正式实施,并分别代替GB/T 5680-1998《高锰钢铸件》和GB/T 13925-1992《铸造高锰钢金相》国家标准。

《奥氏体锰钢铸件》和《铸造高锰钢金相》两项国家标准正式文本已由中国标准出版社出版,机械工业出版社即将出版的《铸造标准应用手册》就这两项国家标准作了解读。全国铸造标准化技术委员会、钢铁耐磨材料产业技术创新战略联盟、中国铸造协会耐磨铸件分会等单位就这两项国家标准相继开展了宣贯工作。本文现就《奥氏体锰钢铸件》和《铸造高锰钢金相》两项国家标准主要内容和编制说明作一简介。

1 GB/T 5680原2010《奥氏体锰钢铸件》

国家标准

1.1 标准编制原则和主要内容

在国家标准GB/T 5680-1998《高锰钢铸件》基础上,根据国内奥氏体锰钢铸件研发、生产、检测和应用的实际情况,参考国际标准ISO 13521:1999《奥氏体锰钢铸件》(英文版),编制了新的国家标准GB/T 5680-2010《奥氏体锰钢铸件》。

过去10 年来我国奥氏体锰钢铸件生产技术水平有了较大的提高,原《高锰钢铸件》国家标准的某些技术指标已显落后,提高技术指标要求和标准水平,以适应奥氏体锰钢铸件研发、生产、检测和应用的需求是此次标准修订的目的和任务。

标准的主要内容如下:

(1) 奥氏体锰钢铸件的牌号及其化学成分

各牌号的化学成分应符合表1 规定。

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(2) 热处理

当铸件厚度小于45mm 且含碳量少于0.8%时,ZG90Mn14Mo1 可以不经过热处理而直接供货。厚度大于或等于45mm 且含碳量高于或等于0.8%的ZG90Mn14Mo1,以及其他所有牌号的铸件必须进行水韧处理(水淬固溶处理),铸件应均匀地加热和保温,水韧处理温度不低于1040℃,且须快速入水处理,铸件入水后水温不得超过50℃。

(3)硬度

除非供需双方另有约定,室温条件下铸件硬度应不高于300HBW。

(4) 尺寸、形位和重量公差

铸件的几何形状,尺寸、形位和重量偏差应符合图样或订货合同规定。如图样和订货合同中无规定,铸件尺寸偏差应达到GB/T 6414 中CT11 级的规定,有关形位公差要求列于标准附录B 中,铸件重量偏差应达到GB/T 11351中MT11级的规定。

(5) 金相组织、力学性能、弯曲性能和无损探伤检验

经供需双方商定,室温条件下可对锰钢铸件、试块和试样做金相组织、力学性能(下屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击吸收能)、弯曲性能和无损探伤检验,可规定下列补充要求(A1、A2、A3 和A4)中的一项或多项作为产品验收的必检项目,而未规定的条款不作为验收依据。

A.1 金相组织检验

除了ZG120Mn7Mo1,水韧处理后其他牌号铸件或附铸试块的显微组织应为奥氏体或奥氏体加少量碳化物。

A.1.1 碳化物按GB/T 13925 中规定分未溶、析出和过热三类级别进行评定。

A.1.1.1 未溶碳化物级别不大于W3 级为合格。

A.1.1.2析出碳化物级别不大于X3 级为合格。

A.1.1.3过热碳化物级别不大于G2 级为合格。

A.1.1.4 碳化物超过A1.1.1、A1.1.2 或A1.1.3 规定时,可在铸件或附铸试块上取样复检,或者在铸件及其附铸试块重新水韧处理后取样复检。其复检结果若过热碳化物超过规定者应判废,未溶和析出碳化物超过规定者允许重新水韧处理。但是,未经需方同意,不允许对铸件及试块进行多于两次的重新热处理。

A.1.2 非金属夹杂物按GB/T 13925 中规定评级,不大于4A 和4B 级,且视场内超过6mm 的夹杂物不超过2 个为合格。
A.1.3 晶粒度按GB/T 6394中规定评级,显微晶粒度级别数不小于2 为合格。

A.1.4 金相试样的制取应距铸造表面不少于6mm。试验方法按GB/T 13925规定进行。

A.2 力学性能(下屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击吸收能)检验

A.2.1 经水韧处理后的ZG120Mn13 和ZG120Mn13Cr2试样的力学性能(下屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击吸收能)应符合表2 的规定。

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A.2.2 拉伸试验按GB/T 228 的规定执行。冲击试验按GB/T 229的规定执行。

A.2.3 所用试样取自浇注铸件时单独铸出试块,也可在铸件或铸件附铸试块上切取。单铸试块的形状和尺寸应符合标准附录A 中的要求。除另有规定外,单铸试块与其所代表的锰钢和铸件应用相同工艺同炉一起进行水韧处理。在未完成水韧处理之前,附铸试块不可与铸件本体脱离。如果需方未提出特殊要求,附铸试块的位置和尺寸由供方决定。

A.2.4 下屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等力学性能检验按批进行,每批取一个试样,若不合格,可从同一批中取两个备用拉伸试样进行复检,如两个新试样中任一个的检验结果仍达不到技术要求,则该批铸件为不合格。

A.2.5 冲击吸收能检验按批进行,每一批取三个U型缺口(缺口深度为2mm)的夏比冲击试样,三个试样冲击吸收能量的平均值应符合表A1 中的规定。三个检验中只允许有一个值低于规定值,但不得低于规定下限值的70%。若不合格,可从同一批中取三个备用冲击试样进行复检,复检结果与原结果相加重新计算平均值,若新平均值不能满足规定的要求,或复检值中有任何一个低于规定的下限值的70%时,则该批铸件为不合格。

A.2.6 因下列原因而不符合规定的力学性能检验结果视为无效。

a)试样安装不当或试验机功能不正常;
b) 拉伸试样在标距之外断裂;
c)试样制备不当;
d) 试样中存在异常。

在此情况下,应从同一试块(铸件)或同批次的另一试块(铸件)中制取一个新试样,其检验结果可代替不良试样的检验结果。

A.2.7 力学性能检验不合格时,允许对该批试块及铸件重新热处理,然后进行标准所要求的所有力学性能检验。重新热处理后力学性能检验合格,则该批试块及铸件仍为合格。但是,未经需方同意,不允许对试块及铸件进行多于两次的重新热处理。

A.3 弯曲性能检验

A.3.1 弯曲试样和其所代表的锰钢用同炉钢液在单独的铸型中浇注。其断面尺寸为13 mm×19 mm,长度为300 mm,而且除了需要清理表面不平整或脱碳层外,试样无需加工和磨削就进行水韧处理和检验。

A.3.2 在室温条件下,试样应能向着断面13 mm厚度方向冷弯150°而不完全断裂。如果弯曲后试样表面有裂纹,但试样仍保持在一块上,同样视为合格。

A.3.3 除另有规定外,弯曲试样与其所代表的锰钢和铸件应用相同工艺同炉一起进行水韧处理。

A.3.4 弯曲检验参照A2.4、A2.6 和A2.7 要求进行。

A.3.5 除A3.1、A3.2、A3.3 和A3.4 外弯曲试验方法按GB/T 232 规定执行。

A.4 无损探伤

A.4.1渗透探伤

用渗透探伤检测铸件表面缺陷时,需要检查的表面和验收的质量等级由供需双方商定,其检测方法和评级标准按GB/T 9443的规定执行。

A.4.2射线照相检查

用X 或γ射线检查铸件内部缺陷时,需要检查的范围和验收的质量等级由供需双方商定,其检查方法和评级标准按GB/T 5677 的规定执行。

1.2 标准主要修订内容以及与原标准(GB/T 5680原1998)的比较

GB/T 5680-2010《奥氏体锰钢铸件》代替GB/T 5680-1998《高锰钢铸件》,与原GB/T 5680-1998 相比,GB/T 5680-2010《奥氏体锰钢铸件》整体技术水平提高,主要技术内容修订如下:

(1) 根据GB/T 5613《铸钢牌号表示方法》,借鉴ISO 13521:1999《奥氏体锰钢铸件》中含碳量的表示方法, 修改了本标准牌号表示方法, 例如ZG120Mn13Cr2。

(2) 调整和增加了牌号,将原ZGMn13-1、ZGMn13-2 和ZGMn13-3 合并调整为ZG100Mn13 和ZG120Mn13;将原ZGMn13-4 和ZGMn13-5 分别更名为ZG120Mn13Cr2 和ZG110Mn13Mo1;新增加了ZG120Mn7Mo1、ZG120Mn13W1、ZG120Mn13Ni3、ZG90Mn14Mo1、ZG120Mn17 和ZG120Mn17Cr2 等6个牌号。

(3) 依据ISO 13521:1999 规定,调整了化学成分,各牌号含碳量上限定为1.35%,含硅量上限定为0.9%。删除了钢的成品化学成分允许偏差要求。

(4) 对有害元素P 进行了强制控制,降低了P 的含量,原有牌号的含磷量上限由0.070%降至0.060%,提高了技术要求。

(5) 根据国内外生产和应用的实际情况,各牌号允许加入微量V、Ti、Nb、B 和RE 等元素,以提高奥氏体锰钢铸件的综合性能。

(6)增加了热处理规范。当铸件厚度小于45mm且含碳量少于0.8%时,ZG90Mn14Mo1 可以不经过热处理而直接供货。厚度大于或等于45mm 且含碳量高于或等于0.8%的ZG90Mn14Mo1,以及其他所有牌号的铸件必须进行水韧处理(水淬固溶处理),铸件应均匀地加热和保温。水韧处理温度不低于1040℃,且须快速入水处理,铸件入水后水温不得超过50℃。

(7) 减小了锰钢铸件尺寸公差,铸件尺寸偏差由CT13级修改为CT11 级,提高了技术要求。

(8) 减小了铸件重量公差,铸件重量偏差由MT13级修改为MT11级,提高了技术要求。

(9) 修改了重大焊补要求,重大焊补须经需方事先同意,实际上提高了技术要求。

(10) 增加了铸件本体附铸试块要求,并要求在未完成水韧处理之前,附铸试块不可与铸件本体脱离,以便在一定程度上附铸试块可以代表铸件。

(11) 修改了硬度检验规则,由原来规定硬度检验在单独铸出力学性能用试块上进行,修改为硬度应在铸件表面下方2mm 以上处测试,当硬度在铸件本体测试有困难时,硬度也可以在铸件本体的附铸试块上测试,提高了技术要求。

(12) 修改了金相试样取样要求,由原来规定金相组织检验可在铸件或单独铸出力学性能用试块中进行,修改为应在铸件或附铸试块上进行,提高了技术要求。

(13) 增加了晶粒度要求,晶粒度按GB/T 6394 中规定评级,显微晶粒度级别数不小于2 为合格,有助于保证锰钢铸件质量。

(14) 提高了单铸试块(试样)的热处理要求,除另有规定外,单铸试块(试样)与其所代表的锰钢和铸件应用相同工艺同炉一起进行水韧处理,提高了技术要求。

(15) 与其他铸钢国家标准相同,结合我国铸钢生产和检测实际情况,增加了单铸Y 型试块规范。

1.3 采用国际标准和国外先进标准的情况,与国外同类标准水平的对比情况

鉴于奥氏体锰钢铸件生产和应用历史较长,ISO标准的技术水平较高,本标准修改采用了国际标准ISO 13521:1999《奥氏体锰钢铸件》(英文版)。本标准整体技术水平与ISO 标准相当。

由于我国工业的特殊需要,结合我国实际情况,本标准在采用ISO 标准时进行了修改,主要的技术性差异如下:

(1) 根据GB/T 5613《铸钢牌号表示方法》,借鉴ISO 13521:1999《奥氏体锰钢铸件》,修改了牌号表示方法。

(2) 强制控制了有害元素S,降低了S 的含量,根据我国锰钢铸件生产情况将含S 量上限定为0.040%,低于ISO 标准的0.045%。

(3) 根据我国锰钢铸件生产实际情况,增加了含钨奥氏体锰钢铸件牌号。

(4) 根据我国锰钢铸件生产实际情况,增加了金相组织要求,规定了碳化物、非金属夹杂物、晶粒度级别和检验规则,有助于保证锰钢铸件的质量。

(5) 增加了常用的ZG120Mn13 和ZG120Mn13Cr2试样的力学性能(下屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击吸收能)要求,有助于保证锰钢铸件质量。

(6) 增加了无损探伤检验要求,有助于保证锰钢铸件质量。

(7) 增加了对铸件外观质量的规定。如图样和订货合同中无规定,铸件的尺寸公差和重量公差按GB/T 6414《铸件尺寸公差与机械加工余量》和GB/T 11351《铸件重量公差》执行,铸件的表面粗糙度按GB/T 6060.1《表面粗糙度比较样块铸造表面》执行,有利于保证锰钢铸件的质量。

(8) 增加了取样检验规则;

(9) 增加了标志、贮存、包装、运输要求。

2 GB/T 13925原2010《铸造高锰钢金相》国家标准

2.1 标准编制原则和标准主要内容

在国家标准GB/T 13925-1992《铸造高锰钢金相》基础上,根据国内奥氏体锰钢铸件研发、生产、检测和应用的实际情况,编制了新的国家标准GB/T 13925-2010《铸造高锰钢金相》。GB/T 13925-2010《铸造高锰钢金相》与GB/T 5680-2010《奥氏体锰钢铸件》配套使用。

(1)范围

本标准规定了铸造高锰钢金相取样方法和显微组织,以及碳化物、晶粒度和非金属夹杂物级别的评定依据。本标准适用于GB/T 5680《奥氏体锰钢铸件》中所规定的,除ZG120Mn7Mo1 之外的水韧处理的奥氏体锰钢铸件。

(2)取样方法

试样在铸件或其附铸试块上切取,也可直接在铸件上作金相观察。试样在切取和制备过程中应防止热影响。

(3)碳化物评级

浸蚀剂:可选用4%硝酸酒精、甘油混合酸(HNO3:HCl:甘油=1:2:3)和过饱和苦味酸等。
放大倍数:500。
评定视场:Ф80 mm,选取最严重的视场评定。
未溶碳化物评级见表3,析出碳化物评级见表4,过热碳化物评级见表5。

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(4)晶粒度评级

按GB/T 6394的规定进行评定。

(5)非金属夹杂物(氧化物+硫化物)评级放大倍数:100。

评定视场:Ф 80 mm,选取最严重的视场评定。
非金属夹杂物评级见表6。
图略,图详见标准GB/T 13925-2010《铸造高锰钢金相》。

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2.2 标准主要修订内容以及与原标准(GB/T 13925原1992)的比较

GB/T 13925-2010《铸造高锰钢金相》代替GB/T 13925-1992《铸造高锰钢金相》,与原GB/T 13925-1992《铸造高锰钢金相》相比,GB/T 13925-2010《铸造高锰钢金相》主要技术内容修订如下:

(1) 扩大了标准适用范围,本标准适用于GB/T 5680-2010《奥氏体锰钢铸件》中所规定的除了ZG120Mn7Mo1 之外的水韧处理的奥氏体锰钢铸件,即适用奥氏体锰钢铸件牌号达到9 个。

(2) 修改和明确了金相试样取样和观察位置,将原标准中金相试样在试块上制取也可在铸件上切取,修改为“试样在铸件或其附铸试块上切取,也可直接在铸件上作金相观察”。这一要求限制了在单铸试块上制取金相试样的情况,从而使本标准规定的显微组织以及碳化物、晶粒度和非金属夹杂物级别更符合生产条件下高锰钢铸件的实际情况,为有效地控制和检测高锰钢铸件质量创造了条件。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (5/21/2012)
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佳工网友 雨晴 于5/27/2013 9:09:00 PM评论说:
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