准确测试SA-213M T22钢薄壁管洛氏硬度的方法

蔡 煜,殷绪强,王林辉,陈 亮,王 伟

(江苏常宝普莱森钢管有限公司,常州213200)

薄壁钢管在出厂检验时需要进行洛氏硬度测试,常规方法为先去除钢管表面氧化皮和脱碳层,再将钢管放置在V 型砧座上采用常规洛氏硬度计进行洛氏硬度测试。部分钢管因壁厚太薄(小于1.70 mm)无法采用常规方法对钢管进行洛氏硬度测试。某钢管厂在检验某批次钢管时发现,在钢管外表面进行洛氏硬度测试时,由于载荷较大,钢管内部支撑力不足,导致钢管出现肉眼观察不到的变形,最终导致洛氏硬度测试结果偏低。为对薄壁钢管进行准确的洛氏硬度测试,笔者采用5种试验方法分别对薄壁钢管进行洛氏硬度测试,通过对比分析测试结果确定了准确进行薄壁钢管洛氏硬度测试的方法。

1 试验材料与试验方法

1.1 试验材料

试验材料采用外径为16 mm,管壁厚度为1.65 mm 的SA-213M T22钢管。

1.2 试验方法

按照ASTM A370-17aStandard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products,在该钢管上截取尺寸为长度为400 mm,宽度为mm 的拉伸试样,使用E45.105型电子拉伸试验机进行室温拉伸试验。

在该钢管上截取5份长度为30 mm 的全截面试样,分别编号为1～5号,用砂轮机除去1,3,4,5号试样表面氧化皮和脱碳层后,分别按以下方法进行洛氏硬度测试。

(1)方法1:将1号试样放置在V 型砧座上,使用560RSSZ型全自动洛氏硬度计直接在其外表面进行洛氏硬度测试,载荷为980.7 N。

(2)方法2:将2 号试样镶嵌后抛光,使用MVO-402TS型显微维氏硬度计测试试样横截面的维氏硬度,载荷为9.807 N,然后将测试结果转换成洛氏硬度。

(3)方法3:将3号试样放置在V 型砧座上,使用560RSSZ型全自动洛氏硬度计直接在其外表面进行表面洛氏硬度测试,载荷为147.1 N,然后将测试结果转换成洛氏硬度。

(4)方法4:使用砂轮机在4号试样外表面加工出一个平面,将试样进行镶嵌,使用560RSSZ型全自动洛氏硬度计直接在该平面进行表面洛氏硬度测试,载荷为147.1 N,然后将测试结果转换成洛氏硬度。

(5)方法5:使用砂轮机在5号试样外表面加工出一个平面,试样沿钢管纵轴方向对半剖开,试样内表面以圆柱贴合支撑后放置在V 型砧座上,使用560RSSZ型全自动洛氏硬度计直接在试样外表面进行表面洛氏硬度测试,载荷为147.1 N,然后将测试结果转换成洛氏硬度。

2 试验结果

由钢管拉伸试样的室温拉伸试验得到钢管的屈服强度、抗拉强度分别为296,525 MPa,断后伸长率为38%。由上述5种方法分别得到的硬度测试结果如表1所示。

表1 采用不同方法得到的硬度测试结果Tab.1 Hardness test results obtained by different methods

上述硬度测试结果分析如下:

(1)根据GB/T 230.1－2018《金属材料 洛氏硬度试验 第1 部分:试验方法》,洛氏硬度为80 HRBW,试样厚度最小值为1.5 mm。1号试样厚度为1.65 mm,脱碳层厚度为0.15～0.20 mm,去除脱碳层后试样厚度为1.4～1.45 mm,与GB/T 230.1－2018中规定的试样厚度最小值接近。在试验过程中,由于试样中心没有支撑,会造成肉眼观察不到的变形,因而洛氏硬度实测值偏低。

(2)测试2号试样的维氏硬度时,由于维氏硬度测量压痕较小,可以不用去除脱碳层在试样中间部位进行测试,根据ASTM A370-17a,最终转换得到的洛氏硬度转换值与钢管的抗拉强度(525 MPa)匹配。该方法的缺点在于在维氏硬度试验中人为操作造成的误差较大。

(3)根据GB/T 230.1－2018,由方法3得到的表面洛氏硬度约85 HR15TW,其对应的试样厚度最小值为0.3 mm,3 号试样的厚度符合GB/T 230.1－2018的要求(大于0.3mm),但在试验过程中,3号试样中心没有支撑,会造成肉眼观察不到的变形,因而表面洛氏硬度实测值偏低。

(4)4号试样外表面加工出一个平面并进行镶嵌,并将测得的表面洛氏硬度转换为洛氏硬度,最终得到的洛氏硬度与用维氏硬度转换得到的仅差1.0 HRBW,结果相近,这说明该方法得到的试验结果复现性较好。根据ASTM A370-17a,4号试样由表面洛氏硬度转换得到的洛氏硬度与钢管的抗拉强度匹配。

(5)5号试样用圆柱面支撑无法保证压头轴线和载荷的加载方向与试样表面垂直,且试样外表面与贴合的圆柱支撑面有间隙,造成试样、压头、载荷不同轴,导致表面洛氏硬度实测值偏低。

3 结论

采用将钢管取样镶嵌抛光后将测得的维氏硬度转换为洛氏硬度的方法,或者采用去除钢管表面氧化皮和脱碳层并在外表面加工出试验平面并镶嵌后,将测得的表面洛氏硬度转换为洛氏硬度的方法,得到的洛氏硬度测试结果比较准确。如果直接在薄壁钢管表面进行表面洛氏硬度测试或洛氏硬度测试,管壁支撑不足会造成试样变形导致测试结果偏低;如果薄壁钢管中间加圆柱支撑,由于不能确保压头轴线和载荷加载方向与钢管表面垂直,且钢管外表面与贴合的圆柱支撑有间隙钢管圆弧面与贴合的圆柱支撑面存在间隙,也会造成测试结果偏低。