李毅軍王洪禮

前言

金屬材料的常溫拉伸試驗(yàn)是用拉伸力將試樣拉伸，一般拉至試樣斷裂以測定其力學(xué)性能,其所獲得的技術(shù)指標(biāo)是評價(jià)材料性能優(yōu)劣、改進(jìn)生產(chǎn)工藝以及指導(dǎo)設(shè)計(jì)和選材的重要依據(jù)。在檢驗(yàn)過程中，由于誤差的存在，檢測結(jié)果必然存在著測量不確定度。對金屬材料拉伸性能各項(xiàng)指標(biāo)的測量不確定度進(jìn)行評定有著重要意義。屈服強(qiáng)度是金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間達(dá)到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)。屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、規(guī)定總延伸強(qiáng)度和規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度。0.5%總伸長規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5是指規(guī)定總延伸率0.5%時(shí)的應(yīng)力。Rt0.5測試在實(shí)際應(yīng)用中是結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一，當(dāng)下屈服強(qiáng)度不明顯時(shí)，通常采用Rt0.5表示材料的下屈服強(qiáng)度，因而Rt0.5測量不確定度的評定極其關(guān)鍵[1]。本文將對原油輸送鋼管Rt0.5測量不確定度進(jìn)行評定。

試驗(yàn)概述

1.測量方法

依據(jù)GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》。

2.環(huán)境條件

試驗(yàn)一般在室溫10℃～35℃范圍內(nèi)進(jìn)行，對溫度要求嚴(yán)格的試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度應(yīng)為23±5℃，本次試驗(yàn)在室溫23℃和相對濕度74%下進(jìn)行。

3.測量設(shè)備及量具

電子拉力材料試驗(yàn)機(jī)，計(jì)量檢定合格，準(zhǔn)確度等級1級；0～150mm電子卡尺，精度 0.01mm；0～25mm壁厚千分尺，精度0.01mm；MFL300-3型全自動(dòng)引伸計(jì)，準(zhǔn)確等級1級。

4.被測對象

將 L360MB φ517×10mm B級焊接鋼管用鋼按GB/T 228.1-2010標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，沿縱向加工成矩形帶肩試樣，名義厚度10mm，寬度20mm。

5.實(shí)驗(yàn)過程

依據(jù)GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》，在室溫條件下，分別用壁厚千分尺和電子卡尺測量試樣的厚度及寬度，計(jì)算試樣橫截面積。采用電子拉力材料試驗(yàn)機(jī)在應(yīng)變速率為0.002/s的條件下對10根試樣進(jìn)行軸向拉伸，得出0.5%總長伸下延伸力測試結(jié)果見表1。

表1 L360MB B級焊接鋼管用鋼Rt 0.5測試值

(接上表)

6.測量評定依據(jù)

依據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》對測得結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。

數(shù)學(xué)模型

式中：Rt0.5-0.5%總伸長規(guī)定總延伸強(qiáng)度/MPa

Ft0.5-0.5%總伸長下延伸力/kN

a-試樣厚度/mm

b-試樣寬度/mm

0.5%總伸長規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5測量不確定度的來源

拉伸試驗(yàn)測試結(jié)果的精密度要受到試驗(yàn)設(shè)備、力學(xué)性能的計(jì)算方法、材料、試樣等因素的影響。

本次試驗(yàn)是在規(guī)定的溫度和濕度環(huán)境下，按規(guī)定的加荷速率進(jìn)行，因此由加荷速率和環(huán)境溫度濕度引起的不確定度分量可以忽略不計(jì)。

對于Rt0.5的測量不確定度的主要來源由四個(gè)方面：測試結(jié)果的重復(fù)性帶來的不確定度分量、0.5%總伸長下延伸力測量的不確定度分量、試樣橫截面積測量帶來的不確定度分量和0.5%總伸長規(guī)定總延伸強(qiáng)度修約帶來的不確定度分量[4,5,6]。

0.5%總伸長規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評估

1.測試結(jié)果重復(fù)性帶來的不確定度urel（Rt 0.5）

本試驗(yàn)從相同部位上均勻截取10根符合試驗(yàn)要求的 L360MB B級焊接鋼管用鋼試樣，根據(jù)GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》進(jìn)行Rt0.5測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由樣品的重復(fù)性測量引起的，因此屬于A類不確定度評定。

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差按照貝塞爾公式計(jì)算：

則10根試樣Rt0.5的算數(shù)平均值修約后為：465MPa，標(biāo)準(zhǔn)偏差：s（Rt0.5）=8.28MPa，則測試結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.0.5%總伸長下延伸力測量不確定度ure（lFt 0.5）

由于電子拉力材料試驗(yàn)機(jī)精度為1級,其力值測量誤差滿足±1%,按均勻分布考慮,相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（2）標(biāo)準(zhǔn)測力儀帶來的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2（Ft0.5）

使用0.3級的標(biāo)準(zhǔn)測力儀對試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢定，JJG144-2007中給出了重復(fù)測量的極差，R=0.3%，按10次重復(fù)測量考慮，極差系數(shù)C=3.098，相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（3）引伸計(jì)測量帶來的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3（Ft0.5）

滿足測定0.5%總長伸下延伸力所用的引伸計(jì)測量誤差應(yīng)達(dá)到±1.0%，按均勻分布考慮,相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（4）引伸計(jì)標(biāo)距帶來的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4（Ft0.5）

滿足測定0.5%總長伸下延伸力所用的引伸計(jì)標(biāo)距誤差應(yīng)達(dá)到±1.0%，按均勻分布考慮,相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（5）0.5%總長伸下延伸力Ft0.5的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（Ft0.5）

根據(jù)JJF1059.1-2012的推薦的合成法則,由于以上分量相互獨(dú)立,則0.5%總伸長下延伸力測量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

3.試樣橫截面積測量帶來的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度 urel（s）

（1） 厚度 a不確定度分量 u1r（a）

（a）壁厚千分尺的示值誤差為±0.01mm，以矩形分布估計(jì)，包含因子，則不確定度為：

（b）測量10根試樣的厚度帶來的不確定度，采用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定，其標(biāo)準(zhǔn)差為：

（c）由于量具的不確定度與測量數(shù)據(jù)的不確定度是兩個(gè)無關(guān)的分量，則厚度方向測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度可合成為：

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（2） 寬度 b不確定度分量 u2r（b）

（a）電子卡尺的示值誤差為±0.01mm，以矩形分布估計(jì)，包含因子，則不確定度為：

（b）測量10根試樣的寬度帶來的不確定度，采用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定，其標(biāo)準(zhǔn)差為：

（c）由于量具的不確定度與測量數(shù)據(jù)的不確定度是兩個(gè)無關(guān)的分量，則寬度方向測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度可合成為：

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

試樣橫截面積測量帶來的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度可合成為：

4.數(shù)據(jù)修約所帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel（off）

本試驗(yàn)由電子拉力材料試驗(yàn)機(jī)所測結(jié)果：Rt0.5=466.6 MPa,按照 GB/T 228.1－2010的規(guī)定：Rt0.5在 200 N/mm2～1000N/mm2之間時(shí)， 修約間隔為 5N/mm2，即是 Rt0.5分布在（Rt0.5－2.5，Rt0.5+2.5）以內(nèi),其分布區(qū)間的半寬為2.5N/mm2,并且可以估計(jì)其分布為均勻分布。根據(jù)JJF1059.1－2012可知，因此標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對擴(kuò)展不確定度的評定

相對擴(kuò)展不確定度U （Rt0.5）等于包含因子k乘以合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ucrel（Rt0.5），當(dāng)選擇k=2時(shí)，則

結(jié)論

測量不確定度報(bào)告:L360MB B級焊接鋼管用鋼Rt0.5相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定為：Rt0.5=400×（1±4.18%）MPa；其中置信概率p=95%，式中4.18%為U95r之值。