船用铸钢件多为船体结构用铸钢件其生产特点为单件小批量，一般为手工砂型铸造。砂型铸造方式生产的铸件质量受诸多因素影响，如：铸件结构的合理性、铸造工艺编制的合理性、钢水的冶炼质量（去杂质、除渣、除气等）、型砂的性能（耐火度、强度、透气性等）、造型紧实度控制、合箱时型腔质量控制、浇注温度浇注速度、开箱温度、热处理（炉内温度场分布、铸件的放置）等等，上述因素若有其中一个环节控制不当就会产生缺陷，造成铸件质量的降低甚至报废。天然气候也会影响铸件质量，如夏季雨水多空气湿度大易造成铸件产生气孔等缺陷。 船体结构用铸钢件多为不定型单件生产，没有铸造工艺验证环节，而铸造工艺的合理编制，实践经验是很重要的依据。加之船体结构用铸钢（包括锚）其含碳量低（C≤0.23%）浇注温度高（可达1560℃），因此在砂型铸造生产中铸钢件或多或少的存在一些铸造缺陷。技术、检测能力强、生产条件好的企业（如二重等）铸造质量能够得到自行控制，但差一些的企业生产铸钢件的质量就需要我们在检验中特别注意。
一、典型缺陷目视特征和主要形成原因简析：
1、裂纹目视特征 热裂纹：裂缝为不规则曲线，内表面比较粗造且呈氧化铁黑褐色。冷裂纹：裂纹线条较直、裂缝内表面洁净且呈金属光泽。 无杆锚锚爪根弧部表面热裂纹和双爪锚锚爪弧部表面热裂纹，产生的原因属于钢水在凝固过程中铸件的收缩应力造成。 无杆锚锚爪根部上表面打磨后内部热裂纹目视特征为夹砂引起的热裂纹，产生的原因为合箱时型砂掉入型腔而未清除，浮砂所致。 锚卸扣内浇口处裂纹和铸钢件筋板连接根部热裂纹，产生的原因为铸件凝固收缩时受型砂的阻力所致。 铸钢件表面龟裂，其目视特征为裂纹分布如龟壳花纹。产生的原因主要是开箱过早、快冷所致。 美国海军锚锚头锚杆孔受力圆弧部位裂纹和锚爪根部冷裂纹，产生的主要原因为铸造应力未消除。 铸钢件卸扣顶部裂纹缺陷和美国海军锚锚头锚杆冒口根部热裂纹均属于冒口根部圆弧过小或者开箱过造成。 铸造工艺拉筋与工件交接处易产生热裂纹主要为工艺拉筋尺寸不当或者开箱过早所致。 艉柱轴孔粗加工后缺陷部位和艉柱轴孔粗加工后裂纹缺陷目视特征为夹砂引起的热裂纹。产生的主要原因为型砂强度不够所致。
2、气孔、缩孔 铸钢件轴毂上表面气孔缺陷目视特征呈圆形、内壁光滑有氧化色。产生的原因很多，此件产品为浇注系统中的金属液流裹携着气泡进入型腔所致。 锚杆冒口底部缩孔，其目视特征为形状不规则且内表面呈氧化铁黑褐色的空洞。产生的原因主要是冒口高度或者是浇注时钢水液面高度不够，或者是浇注（冲型）速度过快所致。
3、夹渣、砂眼 铸钢件加工后上表面夹渣缺陷，其目视特征为低熔点的氧化夹杂物和玻璃状的硅酸盐夹杂物。主要形成原因为底注式浇包浇注过程中，包内钢水中的非金属夹杂未来得及上浮或者是浇注系统卷入产生二次夹杂进入铸型，铸件凝固过程中夹杂物上浮至铸件上表面所致。 铸钢件上表面砂眼缺陷其目视特征为缺陷中存在小团状未熔型砂。主要形成原因为型腔未清理干净浇注系统中带入型砂或者铸型紧实度不均匀浇注过程中钢水冲刷型腔所致。
4、铸造应力未消除、冷隔、预热不当 ABS检验中斯贝克锚跌落试验断裂情况，其目视特征为脆性断口。主要形成原因为热处理时铸件放置位置不合理，热处理温度未达到要求或者保温时间不够或者受热不均匀使其铸态组织未能完全消除，存在残余铸造内应力。 丹福尔锚底面锚头与爪过渡部位冷隔，其目视特征为“裂纹”状缝隙，但缝隙带有圆角的棱边。主要形成原因为钢水冲型时由于型腔温度低或者浇注温度低，流在前面的钢水液冷却快，两股液流流头汇合处产生了固相壳堵塞。 预热不当产生的裂纹，其目视特征属于冷裂纹。产生于铸造缺陷焊补时预热不均匀、预热方法不当所致。
二、船用铸钢件质量检验控制 根据日本JCSS船体铸钢件检查标准制定思考方法，船用铸钢件受弯曲应力的支配，其高应力的部位都在外表面和近表面，而不是在材料厚度的中间部位。因此，检验中除了船体铸钢件的材料应符合规范要求外，对表面和近表面的缺陷应特别注意。 船用铸钢件常见的缺陷有：裂纹、气孔、夹砂、夹杂、缩孔、疏松、内冷铁未熔合、泥芯撑未熔合等。上面的图片已反映这些缺陷的常见性。
1、审查铸造工艺、了解生产过程 重要铸件检验前应熟悉所检产品的铸造工艺、审查熔炼浇注记录、热处理记录、缺陷修复记录（如有时）等影响铸钢件质量的重要工艺文件和过程控制记录，了解所检产品生产过程中的控制情况。熟悉所检产品的铸造工艺，可以此关注所检产品易出现铸造缺陷的部位。 铸件轴向水平浇注，其大端放置半环形内冷铁，5道内浇口集中于大端内冷铁上部。内冷铁的尺寸和表面处理工艺上要求是很严格的，如果生产过程中控制不当，铸件就会产生严重缺陷。 该工艺方案重点关注的部位：小端上表面、浇冒口根部及大圆锥形上表面。这是因为浇注过程中内冷铁所带来的负面影响（内冷铁表面氧化皮于钢水接触后易产生气体和氧化渣等）随钢水流动方向移至上述部位，若浇注温度偏低不能保证内冷铁熔化，上述缺陷也可能在铸件下部分产生，甚至出现裂纹，检验时要特别注意。事实证明该铸件上述部位打磨后上出现大面积密集型气孔及夹渣（如图5-4），难以清除，最后该铸件未能通过某船级社验船师的检验。 该铸件最佳的铸造工艺方案应为直立大端面向上，取消内冷铁，冒口位于大端面，底注式内浇口。这样不但有利于钢水补缩，也有利于气体杂质浮至冒口排除，从而保证轴毂等重要部位的铸造质量。
2、外观质量目视和磁粉探伤检查 现场检验中，对容易产生铸造缺陷的部位我们要重点关注。根据本人在检验中的体会，如船体结构用铸钢件（包括锚）重点关注的部位有：所有圆弧部位、浇冒口根部、铸造工艺拉筋处、夹渣夹砂部位、有气割和碳弧气刨痕迹处、焊补修复处、使用中有可能承受高应力部位等，铸钢锚还应注意轴销孔的焊缝表面缺陷。据某船级社验船师介绍，海船曾经发生过因轴销孔焊缝存在裂纹等缺陷，其缺陷受海水冲刷侵蚀导致抛锚后轴销脱落锚丢失的现象。 高应力区域应作目视和磁粉探伤检查，夹砂和裂纹性缺陷不允许存在。影响产品使用性能的其他缺陷（如密集型气孔、夹渣、缩孔、冷隔等）也不允许存在。目前磁粉探伤执行的标准为GB9444-88，规范和批准图纸几乎都没有明确磁粉探伤验收级别，本人参考有关资料，在批准图纸技术要求不明确的情况下，建议按照表面粗糙度等级可将验收级别定为：粗加工面及重要部位（如使用中有可能承受高应力部位）不得低于2级验收，其他铸造表面不得低于3级验收。 磁粉探伤时应仔细观察，不能放过可疑的磁痕。有些缺陷隐藏在皮下，若不经反复磁化仔细察看磁痕是不易被发现的。特别是在铸钢锚的检验中磁粉探伤环节非常重要，这是因为铸钢锚后续不再机械加工、铸件形状很不规则、圆弧曲面较多，其近表面缺陷难于被发现。 为了保证船体结构用铸钢件的质量，建议这类铸钢件重要部位检验状态为粗加工状态，为了使缺陷充分显露，粗加工时尽可能少留加工余量（最好1～3mm）。这是因为有些铸造缺陷存在于皮下，目视和磁粉探伤检测均难于发现，铸造毛坯表面粗糙度及其近场区影响超声波探伤的耦合和判定，如图1-17、1-18、2-1、3-1、3-2均为加工后发现的缺陷。粗加工后近表面的铸造缺陷得以显露，产品验船师可以在制造企业对这些缺陷进行判定处理，这样不仅减轻船舶验船师的工作量，也可以不影响船舶建造周期，重要的是保证了产品的质量。
3、内在质量超声波检查 目前参照我国制定的铸钢件超声波探伤方法和评级标准（GB7233－87）对铸钢件内在质量进行验收。该标准将被探工件厚度分为三层，即外表层、内表层、中间层，内、外表层厚度分别为30mm，或者厚度的1/3，二者之中取小值。参考我国某大型国企的验收标准：①不允许有裂纹类型缺陷存在。②在表层φ3mm当量以下单个缺陷不计，允许有φ5mm当量的单个分散的夹杂类型缺陷存在。③中间层小于φ6mm当量的单个分散缺陷不计，不允许有3600mm2面积缺陷存在，其最大边长不得大于100mm。我们知道船用铸钢件高应力的部位都在外表面和近表面，而不是在材料厚度的中间部位，本人认为船用铸钢件应根据不同的部位用不同的灵敏度定级验收。按照GB/T7233－1987评级方法，参照上述企业标准，在批准图纸中无明确超声波探伤要求的情况下，建议将各层验收级别定为：外层用Φ4当量灵敏度，不得低于2级；内层用Φ6当量灵敏度，不得低于3级；外层和内层均不允许有裂纹类型缺陷存在。工件表面和底面应符合超声波探伤要求。 若内层为铸钢件结构中某些厚大部位，这些部位本可设计为空心部位（如减轻孔等），但为了满足铸造结构和铸造工艺的需要而设计为实心部位存在的缺陷，只要不影响使用，建议这些部位的超声波探伤验收级别可放宽一些，甚至可以不作超声波探伤要求。 超声波探伤中若出现无低波或者低波衰减严重而被确定为晶粒粗大，允许重新热处理，重新热处理后超声波探伤情况依然则判为不合格。 据有关资料介绍，由于纵波直探头存在局限性，因此对于探测铸钢件近表层一定深度范围的缺陷建议采用双晶探头检查。
4、缺陷的修复 船体结构用铸钢件与锻钢件不同，其含碳量较低焊接性能较好，有缺陷的部位允许焊补。焊补过程的控制主要与铸件材料的碳当量、焊补区域面积、缺口深度、使用的焊条等有关，更重要是与生产企业的修复能力有关。对于铸钢件缺陷修复质量的检验控制，本人认为应从以下几个方面着手： 1）铸钢件生产企业应进行铸钢件缺陷修复工艺认可。此项工艺认可应作为对铸钢件生产企业进行工厂认可和对其生产的铸件开展检验工作的必要条件之一，否则应视为企业能力不足。原因如上所述，铸钢件不可避免的存在或多或少的一些铸造缺陷，如果铸钢件缺陷修复质量不能保证，应视为铸钢件质量不能保证。 2）将缺陷分为轻微缺陷和严重缺陷，均应有相应的修复工艺报船级社审核批准。 3）重要部位焊补过程控制，对其重要环节应进行见证。如①坡口质量：缺陷一定要清除干净，表面呈金属光泽，坡口尺寸便于焊补。②预热：使用气体火焰时，火焰不得集中，应由外围向焊补中心区域均匀加热，预热面积应不小于焊补区域面积的两倍。预热区内温度梯度应平缓，以避免局部急剧加热而产生裂纹（如图4-4）。③层间温度和层间焊补质量。特别是采用CO2气体保护焊，既要防止连续焊补层间温度过高，又要防止电流过大产生裂纹。检验中曾经发现CO2气体保护焊焊补过程中因电流过大，收弧时焊缝产生发丝状裂纹。 4）修复后的铸件再次探伤检查和热处理：轻微缺陷可在修复冷却24小时后再次进行磁粉探伤检查，合格后的铸件 若其碳当量未超过0.41（Ceq%=C+++）可不进行热处理；严重缺陷应在修复保温冷却48小时后再次进行磁粉探伤检查，合格后还应进行消除应力回火或者完全退火（视缺陷的严重程度）。船体结构用铸钢件热处理后是否还应进行超声波探伤，应视其焊补过程控制和焊后热处理状态而定。
CCS重庆分社验船师 黄琼