準確測試SA-213M T22鋼薄壁管洛氏硬度的方法

蔡 煜,殷緒強,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時需要進行洛氏硬度測試,常規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 型砧座上采用常規洛氏硬度計進行洛氏硬度測試。部分鋼管因壁厚太薄(小于1.70 mm)無法采用常規方法對鋼管進行洛氏硬度測試。某鋼管廠在檢驗某批次鋼管時發現,在鋼管外表面進行洛氏硬度測試時,由于載荷較大,鋼管內部支撐力不足,導致鋼管出現肉眼觀察不到的變形,最終導致洛氏硬度測試結果偏低。為對薄壁鋼管進行準確的洛氏硬度測試,筆者采用5種試驗方法分別對薄壁鋼管進行洛氏硬度測試,通過對比分析測試結果確定了準確進行薄壁鋼管洛氏硬度測試的方法。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 試驗材料

試驗材料采用外徑為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度為400 mm,寬度為mm 的拉伸試樣,使用E45.105型電子拉伸試驗機進行室溫拉伸試驗。

在該鋼管上截取5份長度為30 mm 的全截面試樣,分別編號為1～5號,用砂輪機除去1,3,4,5號試樣表面氧化皮和脫碳層后,分別按以下方法進行洛氏硬度測試。

(1)方法1:將1號試樣放置在V 型砧座上,使用560RSSZ型全自動洛氏硬度計直接在其外表面進行洛氏硬度測試,載荷為980.7 N。

(2)方法2:將2 號試樣鑲嵌后拋光,使用MVO-402TS型顯微維氏硬度計測試試樣橫截面的維氏硬度,載荷為9.807 N,然后將測試結果轉換成洛氏硬度。

(3)方法3:將3號試樣放置在V 型砧座上,使用560RSSZ型全自動洛氏硬度計直接在其外表面進行表面洛氏硬度測試,載荷為147.1 N,然后將測試結果轉換成洛氏硬度。

(4)方法4:使用砂輪機在4號試樣外表面加工出一個平面,將試樣進行鑲嵌,使用560RSSZ型全自動洛氏硬度計直接在該平面進行表面洛氏硬度測試,載荷為147.1 N,然后將測試結果轉換成洛氏硬度。

(5)方法5:使用砂輪機在5號試樣外表面加工出一個平面,試樣沿鋼管縱軸方向對半剖開,試樣內表面以圓柱貼合支撐后放置在V 型砧座上,使用560RSSZ型全自動洛氏硬度計直接在試樣外表面進行表面洛氏硬度測試,載荷為147.1 N,然后將測試結果轉換成洛氏硬度。

2 試驗結果

由鋼管拉伸試樣的室溫拉伸試驗得到鋼管的屈服強度、抗拉強度分別為296,525 MPa,斷后伸長率為38%。由上述5種方法分別得到的硬度測試結果如表1所示。

表1 采用不同方法得到的硬度測試結果Tab.1 Hardness test results obtained by different methods

上述硬度測試結果分析如下:

(1)根據GB/T 230.1－2018《金屬材料 洛氏硬度試驗 第1 部分:試驗方法》,洛氏硬度為80 HRBW,試樣厚度最小值為1.5 mm。1號試樣厚度為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中規定的試樣厚度最小值接近。在試驗過程中,由于試樣中心沒有支撐,會造成肉眼觀察不到的變形,因而洛氏硬度實測值偏低。

(2)測試2號試樣的維氏硬度時,由于維氏硬度測量壓痕較小,可以不用去除脫碳層在試樣中間部位進行測試,根據ASTM A370-17a,最終轉換得到的洛氏硬度轉換值與鋼管的抗拉強度(525 MPa)匹配。該方法的缺點在于在維氏硬度試驗中人為操作造成的誤差較大。

(3)根據GB/T 230.1－2018,由方法3得到的表面洛氏硬度約85 HR15TW,其對應的試樣厚度最小值為0.3 mm,3 號試樣的厚度符合GB/T 230.1－2018的要求(大于0.3mm),但在試驗過程中,3號試樣中心沒有支撐,會造成肉眼觀察不到的變形,因而表面洛氏硬度實測值偏低。

(4)4號試樣外表面加工出一個平面并進行鑲嵌,并將測得的表面洛氏硬度轉換為洛氏硬度,最終得到的洛氏硬度與用維氏硬度轉換得到的僅差1.0 HRBW,結果相近,這說明該方法得到的試驗結果復現性較好。根據ASTM A370-17a,4號試樣由表面洛氏硬度轉換得到的洛氏硬度與鋼管的抗拉強度匹配。

(5)5號試樣用圓柱面支撐無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,導致表面洛氏硬度實測值偏低。

3 結論

采用將鋼管取樣鑲嵌拋光后將測得的維氏硬度轉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平面并鑲嵌后,將測得的表面洛氏硬度轉換為洛氏硬度的方法,得到的洛氏硬度測試結果比較準確。如果直接在薄壁鋼管表面進行表面洛氏硬度測試或洛氏硬度測試,管壁支撐不足會造成試樣變形導致測試結果偏低;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,也會造成測試結果偏低。