蔡 煜,殷緒強(qiáng),王林輝,陳 亮,王 偉

(江蘇常寶普萊森鋼管有限公司,常州213200)

薄壁鋼管在出廠檢驗(yàn)時(shí)需要進(jìn)行洛氏硬度測(cè)試,常規(guī)方法為先去除鋼管表面氧化皮和脫碳層,再將鋼管放置在V 型砧座上采用常規(guī)洛氏硬度計(jì)進(jìn)行洛氏硬度測(cè)試。部分鋼管因壁厚太薄(小于1.70 mm)無(wú)法采用常規(guī)方法對(duì)鋼管進(jìn)行洛氏硬度測(cè)試。某鋼管廠在檢驗(yàn)?zāi)撑武摴軙r(shí)發(fā)現(xiàn),在鋼管外表面進(jìn)行洛氏硬度測(cè)試時(shí),由于載荷較大,鋼管內(nèi)部支撐力不足,導(dǎo)致鋼管出現(xiàn)肉眼觀察不到的變形,最終導(dǎo)致洛氏硬度測(cè)試結(jié)果偏低。為對(duì)薄壁鋼管進(jìn)行準(zhǔn)確的洛氏硬度測(cè)試,筆者采用5種試驗(yàn)方法分別對(duì)薄壁鋼管進(jìn)行洛氏硬度測(cè)試,通過(guò)對(duì)比分析測(cè)試結(jié)果確定了準(zhǔn)確進(jìn)行薄壁鋼管洛氏硬度測(cè)試的方法。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采用外徑為16 mm,管壁厚度為1.65 mm 的SA-213M T22鋼管。

1.2 試驗(yàn)方法

按照ASTM A370-17aStandard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products,在該鋼管上截取尺寸為長(zhǎng)度為400 mm,寬度為mm 的拉伸試樣,使用E45.105型電子拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

在該鋼管上截取5份長(zhǎng)度為30 mm 的全截面試樣,分別編號(hào)為1～5號(hào),用砂輪機(jī)除去1,3,4,5號(hào)試樣表面氧化皮和脫碳層后,分別按以下方法進(jìn)行洛氏硬度測(cè)試。

(1)方法1:將1號(hào)試樣放置在V 型砧座上,使用560RSSZ型全自動(dòng)洛氏硬度計(jì)直接在其外表面進(jìn)行洛氏硬度測(cè)試,載荷為980.7 N。

(2)方法2:將2 號(hào)試樣鑲嵌后拋光,使用MVO-402TS型顯微維氏硬度計(jì)測(cè)試試樣橫截面的維氏硬度,載荷為9.807 N,然后將測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換成洛氏硬度。

(3)方法3:將3號(hào)試樣放置在V 型砧座上,使用560RSSZ型全自動(dòng)洛氏硬度計(jì)直接在其外表面進(jìn)行表面洛氏硬度測(cè)試,載荷為147.1 N,然后將測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換成洛氏硬度。

(4)方法4:使用砂輪機(jī)在4號(hào)試樣外表面加工出一個(gè)平面,將試樣進(jìn)行鑲嵌,使用560RSSZ型全自動(dòng)洛氏硬度計(jì)直接在該平面進(jìn)行表面洛氏硬度測(cè)試,載荷為147.1 N,然后將測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換成洛氏硬度。

(5)方法5:使用砂輪機(jī)在5號(hào)試樣外表面加工出一個(gè)平面,試樣沿鋼管縱軸方向?qū)Π肫书_,試樣內(nèi)表面以圓柱貼合支撐后放置在V 型砧座上,使用560RSSZ型全自動(dòng)洛氏硬度計(jì)直接在試樣外表面進(jìn)行表面洛氏硬度測(cè)試,載荷為147.1 N,然后將測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換成洛氏硬度。

2 試驗(yàn)結(jié)果

由鋼管拉伸試樣的室溫拉伸試驗(yàn)得到鋼管的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度分別為296,525 MPa,斷后伸長(zhǎng)率為38%。由上述5種方法分別得到的硬度測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 采用不同方法得到的硬度測(cè)試結(jié)果Tab.1 Hardness test results obtained by different methods

上述硬度測(cè)試結(jié)果分析如下:

(1)根據(jù)GB/T 230.1－2018《金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第1 部分:試驗(yàn)方法》,洛氏硬度為80 HRBW,試樣厚度最小值為1.5 mm。1號(hào)試樣厚度為1.65 mm,脫碳層厚度為0.15～0.20 mm,去除脫碳層后試樣厚度為1.4～1.45 mm,與GB/T 230.1－2018中規(guī)定的試樣厚度最小值接近。在試驗(yàn)過(guò)程中,由于試樣中心沒(méi)有支撐,會(huì)造成肉眼觀察不到的變形,因而洛氏硬度實(shí)測(cè)值偏低。

(2)測(cè)試2號(hào)試樣的維氏硬度時(shí),由于維氏硬度測(cè)量壓痕較小,可以不用去除脫碳層在試樣中間部位進(jìn)行測(cè)試,根據(jù)ASTM A370-17a,最終轉(zhuǎn)換得到的洛氏硬度轉(zhuǎn)換值與鋼管的抗拉強(qiáng)度(525 MPa)匹配。該方法的缺點(diǎn)在于在維氏硬度試驗(yàn)中人為操作造成的誤差較大。

(3)根據(jù)GB/T 230.1－2018,由方法3得到的表面洛氏硬度約85 HR15TW,其對(duì)應(yīng)的試樣厚度最小值為0.3 mm,3 號(hào)試樣的厚度符合GB/T 230.1－2018的要求(大于0.3mm),但在試驗(yàn)過(guò)程中,3號(hào)試樣中心沒(méi)有支撐,會(huì)造成肉眼觀察不到的變形,因而表面洛氏硬度實(shí)測(cè)值偏低。

(4)4號(hào)試樣外表面加工出一個(gè)平面并進(jìn)行鑲嵌,并將測(cè)得的表面洛氏硬度轉(zhuǎn)換為洛氏硬度,最終得到的洛氏硬度與用維氏硬度轉(zhuǎn)換得到的僅差1.0 HRBW,結(jié)果相近,這說(shuō)明該方法得到的試驗(yàn)結(jié)果復(fù)現(xiàn)性較好。根據(jù)ASTM A370-17a,4號(hào)試樣由表面洛氏硬度轉(zhuǎn)換得到的洛氏硬度與鋼管的抗拉強(qiáng)度匹配。

(5)5號(hào)試樣用圓柱面支撐無(wú)法保證壓頭軸線和載荷的加載方向與試樣表面垂直,且試樣外表面與貼合的圓柱支撐面有間隙,造成試樣、壓頭、載荷不同軸,導(dǎo)致表面洛氏硬度實(shí)測(cè)值偏低。

3 結(jié)論

采用將鋼管取樣鑲嵌拋光后將測(cè)得的維氏硬度轉(zhuǎn)換為洛氏硬度的方法,或者采用去除鋼管表面氧化皮和脫碳層并在外表面加工出試驗(yàn)平面并鑲嵌后,將測(cè)得的表面洛氏硬度轉(zhuǎn)換為洛氏硬度的方法,得到的洛氏硬度測(cè)試結(jié)果比較準(zhǔn)確。如果直接在薄壁鋼管表面進(jìn)行表面洛氏硬度測(cè)試或洛氏硬度測(cè)試,管壁支撐不足會(huì)造成試樣變形導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏低;如果薄壁鋼管中間加圓柱支撐,由于不能確保壓頭軸線和載荷加載方向與鋼管表面垂直,且鋼管外表面與貼合的圓柱支撐有間隙鋼管圓弧面與貼合的圓柱支撐面存在間隙,也會(huì)造成測(cè)試結(jié)果偏低。