韓益民 王文鋒 吳航兵 趙紅全

(1.昆鋼生產(chǎn)制造中心；2.昆鋼科技創(chuàng)新部)

1 概述

《GB/T1499.2-2018 鋼筋混凝土用鋼 第2 部分:熱軋帶肋鋼筋》已于2018年11月開始實(shí)施，為了淘汰落后產(chǎn)品，提高鋼筋使用性能，該國標(biāo)首次將宏觀金相、截面維氏硬度及微觀組織新增為熱軋帶肋鋼筋常規(guī)生產(chǎn)檢驗(yàn)項(xiàng)目。經(jīng)過一段時間的檢驗(yàn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)維氏硬度試驗(yàn)方法方面尚有一定可商榷之處。

本文結(jié)合實(shí)際維氏硬度檢驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析，提出橫截面基圓外圍不同于內(nèi)部區(qū)域襯度的不封閉環(huán)稍薄情況下的替代解決辦法，對標(biāo)準(zhǔn)中熱軋帶肋鋼筋心部檢測位置提出探討并加以修正，使熱軋帶肋鋼筋截面維氏硬度的檢測更具備準(zhǔn)確性及可操作性。

2 GB/T1499.2-2018 中維氏硬度試驗(yàn)在實(shí)際檢驗(yàn)中的問題

2.1 GB/T1499.2-2018 中關(guān)于維氏硬度試驗(yàn)的規(guī)定

GB/T1499.2-2018 中B.2.2 條款規(guī)定:將試樣橫截面中心線心部位置作為中心測試點(diǎn)(HV0)，在試樣橫截面基圓外圍不同于內(nèi)部區(qū)域襯度的不封閉環(huán)上確定邊緣測點(diǎn)(HV)，如圖1所示。

圖1 GB/T1499.2-2018 之B.2 鋼筋維氏硬度測點(diǎn)位置

在B.2.3 條款對維氏硬度試驗(yàn)合格條件作出規(guī)定:按GB/T4340.1 進(jìn)行維氏硬度檢驗(yàn)，試樣截面維氏硬度測試的載荷為“5 kg”，保持時間為10 s。測得HV0和HV，兩點(diǎn)的硬度差值(HV0-HV) 不大于40HV時判為合格[1]。

2.2 實(shí)際熱軋帶肋鋼筋檢驗(yàn)中維氏硬度試驗(yàn)的問題

1) 根據(jù)GB/T4340.1-2009 之7.5 款規(guī)定:“任一壓痕中心到試樣邊緣的距離，對于鋼、銅及銅合金至少應(yīng)為壓痕對角線長度的2.5 倍。[2]”

對于邊緣有明顯襯度不同于內(nèi)部但組織深度不足的區(qū)域(如圖2中照片b，該明顯襯度區(qū)別區(qū)域僅厚約 0.12 mm，正常強(qiáng)度的HRB400E、HRB500E熱軋帶肋鋼筋在測試載荷為5 kg時壓痕對角線長度范圍約為0.18 mm-0.24 mm)，在維氏硬度測試載荷為5 kg的情況下難以滿足這一規(guī)定，如圖2b 所示，試樣邊緣所得的硬度測試點(diǎn)已嚴(yán)重變形，兩對角線長度之差(0.216-0.181 =0.035 mm) 已超出對角線均值(0.199 mm) 的5%(0.199×5 % =0.00995 mm)，該硬度測試點(diǎn)所得測試數(shù)據(jù)存疑，邊緣測得的維氏硬度值不能真實(shí)反應(yīng)該區(qū)域硬度。

圖2 距邊緣不同距離HV5 測試點(diǎn)壓痕形貌

2) 試樣心部出現(xiàn)組織偏析的情況下(如圖2所示)，在試樣心部測得的維氏硬度值會出現(xiàn)偏差，不能正常反應(yīng)基體組織硬度，會對HV-HV0≤40 HV這一判斷帶來誤判風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 典型心部偏析宏觀照片

3 適應(yīng)于GB/T1499.2-2018中維氏硬度試驗(yàn)方法研究分析

3.1 試驗(yàn)設(shè)備及研究內(nèi)容

采用型號為INN0VATESTFALC0N500 荷蘭軼諾維氏硬度計(jì)進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn)研究。

如前所述，GB/T1499.2-2018 中維氏硬度試驗(yàn)在實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)中邊緣及心部硬度測試點(diǎn)位置存在異議，為此，分別對邊緣不封閉環(huán)位置和心部偏析位置的維氏硬度試驗(yàn)方法進(jìn)行深入研究。

3.2 邊緣不封閉環(huán)位置維氏硬度試驗(yàn)方法研究分析

1) 不同試驗(yàn)載荷下維氏硬度壓痕對角線計(jì)算分析

根據(jù)GB/T4340.1-2009 中維氏硬度計(jì)算相關(guān)公式:HV≈0.1891×F/d2[2];結(jié)合實(shí)際檢測工作各牌號鋼筋的維氏硬度值范圍一般為160～290 HV，計(jì)算出的各載荷下壓痕對角線長度均值，由表1可知，在減小維氏硬度試驗(yàn)載荷的情況下，可以適度減小維氏硬度測試點(diǎn)距離邊緣的位置。

表1 不同試驗(yàn)載荷下維氏硬度壓痕對角線均值

2) 不同試驗(yàn)載荷維氏硬度測試準(zhǔn)確度及精確度統(tǒng)計(jì)分析

3) 隨著試驗(yàn)載荷的減小，維氏硬度壓痕隨之變小，同一硬度計(jì)在不同載荷下測量的系統(tǒng)誤差、人為的測量誤差及由于試樣內(nèi)部組織對試驗(yàn)測試值影響可能隨之發(fā)生變化，須對各試驗(yàn)載荷下所測得的維氏硬度值精密度及準(zhǔn)確度是否存在顯著差異進(jìn)行對比統(tǒng)計(jì)分析。

采用通過校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)塊兩塊(標(biāo)準(zhǔn)塊1:編號V88061，標(biāo)定硬度值247HV5，均勻度0.6 %;標(biāo)準(zhǔn)塊2:編號V088018，標(biāo)定硬度值477HV3，均勻度0.8 %)，分別采用5 kg、3 kg、2 kg、1 kg不同試驗(yàn)載荷分別對標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn)(各隨機(jī)測量8 個維氏硬度值數(shù)據(jù))，對所得數(shù)據(jù)采用格魯布斯(Grubbs) 檢驗(yàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并剔除異常數(shù)據(jù);采用F檢驗(yàn)法分別對試驗(yàn)數(shù)據(jù)方差(由于GB/T1499.2-2019 規(guī)定，其余載荷均與5 kg載荷進(jìn)行對比) 分析各試驗(yàn)載荷下的精密度(隨機(jī)誤差) 是否存在顯著差異;采用T檢驗(yàn)法分別對試驗(yàn)數(shù)據(jù)均值分析各試驗(yàn)載荷下的準(zhǔn)確度(系統(tǒng)誤差) 是否存在顯著差異;三種數(shù)據(jù)分析檢驗(yàn)方法置信水平取值均為α=95 %。原始數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表2所示。

表2 不同載荷下維氏硬度試驗(yàn)精密度及準(zhǔn)確度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

續(xù) 表

由表2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，在不同硬度標(biāo)準(zhǔn)塊下，相對于5 kg試驗(yàn)載荷，3 kg、2 kg、1 kg載荷進(jìn)行的試驗(yàn)在系統(tǒng)誤差(準(zhǔn)確度) 方面沒有顯著差異;但是在隨機(jī)誤差上，1 kg載荷進(jìn)行的試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在顯著差異;2 kg載荷進(jìn)行的試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定差異(不顯著，但差異稍大)，3 kg載荷進(jìn)行的試驗(yàn)數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)明顯差異。

據(jù)此統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，用3 kg載荷替代5 kg載荷進(jìn)行試驗(yàn)在精密度和準(zhǔn)確度上均不存在顯著差異，即可用HV3 替代HV5 進(jìn)行硬度試驗(yàn)，HV2 替代HV5 則需要慎重使用，不能用HV1 替代HV5 進(jìn)行試驗(yàn)。

故此，在試樣橫截面基圓外圍不同于內(nèi)部區(qū)域襯度的不封閉環(huán)上確定邊緣測點(diǎn)(HV) 應(yīng)根據(jù)該不封閉環(huán)厚度確定如下:

(1) 不封閉環(huán)厚度≥0.60 mm時，熱軋帶肋鋼筋維氏硬度試驗(yàn)可按照試驗(yàn)載荷“5 kg” 進(jìn)行;

(2) 不封閉環(huán)厚度在0.40 mm-0.60 mm區(qū)間時，采用試驗(yàn)載荷“3 kg” 替代“5 kg” 進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn);

(3) 不封閉環(huán)厚度<0.40 mm時，邊緣維氏硬度試驗(yàn)值參考意義存疑，應(yīng)依據(jù)金相顯微組織結(jié)果進(jìn)行判斷。

3.3 心部位置維氏硬度試驗(yàn)方法研究分析

心部位置對維氏硬度測試值的影響主要來源于心部組織偏析，對心部各位置的維氏硬度值代表性開展的針對性研究分析如圖4所示:在熱軋帶肋鋼筋截面上對心部不同位置進(jìn)行維氏硬度(HV5)試驗(yàn)，將每個測試點(diǎn)位置的維氏硬度值(Xi) 與去除邊緣位置后整個心部的維氏硬度均值之差值(Xi-) 來衡量每個測試點(diǎn)位置之間的差異(或離散) 程度，隨機(jī)選取各生產(chǎn)基地不同規(guī)格(Φ12 mm～Φ32 mm)、不同牌號(HRB400E、HRB500E) 共計(jì)104 組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖5、表3)，分析結(jié)果顯示，3/8 位置(大多開始出現(xiàn)組織偏析區(qū)域位置) 和1/2 位置(即GB/T1499.2-2018 中規(guī)定的心部位置) 離散程度及數(shù)據(jù)波動性較大，而1/4 位置離散程度及數(shù)據(jù)波動性最小，故最能代表心部維氏硬度的測試位置點(diǎn)應(yīng)位于截面1/4 位置處。

表3 心部各位置維氏硬度離散程度統(tǒng)計(jì)分析

圖4 心部不同維氏硬度測試點(diǎn)位置

圖5 心部各位置維氏硬度離散程度

4 結(jié)論

綜上所述，在實(shí)際檢驗(yàn)工作依據(jù)GB/T1499.2-2018 對熱軋帶肋鋼筋進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn)中，可采取以下操作:

(1) 對于熱軋帶肋鋼筋邊緣維氏硬度測試:當(dāng)橫截面基圓外圍不同于內(nèi)部區(qū)域襯度的不封閉環(huán)厚度小于0.40 mm時，依據(jù)金相檢驗(yàn)結(jié)果對其進(jìn)行判定;當(dāng)不封閉環(huán)厚度在0.40-0.60 mm區(qū)間時，可采取試驗(yàn)載荷“3 kg” 替代“5 kg” 進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn)。

(2) 在心部組織偏析時，心部位置維氏硬度試驗(yàn)測試點(diǎn)選取試樣截面1/4 區(qū)域位置。