不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶拉伸試驗檢測

一、檢測原理

拉伸試驗是評價金屬材料力學性能的核心手段，其原理在于對按規(guī)定形狀和尺寸制備的試樣，沿其縱軸方向施加緩慢遞增的拉伸載荷，直至試樣斷裂。該過程基于材料在單向靜拉伸應力下的彈塑性變形行為。

• 彈性變形階段：遵循胡克定律，應力與應變成正比，其比例系數(shù)為彈性模量。此階段卸載后，變形可完全恢復。

• 屈服階段：應力超過材料的彈性極限后，材料開始發(fā)生不可恢復的塑性變形。對于有明顯屈服現(xiàn)象的材料，會出現(xiàn)上屈服點和下屈服點；對于無明顯屈服點的材料，則規(guī)定以產(chǎn)生一定微量塑性伸長率（通常為0.2%）的應力作為其條件屈服強度。

• 強化階段：屈服后，材料因塑性變形而產(chǎn)生加工硬化，必須繼續(xù)增加應力才能使變形持續(xù)。

• 頸縮與斷裂階段：當應力達到抗拉強度后，試樣局部截面開始急劇縮小，形成“頸縮”現(xiàn)象。此時，盡管總載荷下降，但頸縮處的真實應力仍在增加，直至終斷裂。

通過記錄載荷-位移曲線或應力-應變曲線，可以精確計算出材料的各項強度與塑性指標。

二、檢測項目

拉伸試驗檢測項目系統(tǒng)分為強度指標和塑性指標兩大類。

1. 強度指標

   • 規(guī)定塑性延伸強度（Rp）：如Rp0.2，表示產(chǎn)生0.2%塑性伸長率時所對應的應力。這是評價不銹鋼，尤其是奧氏體不銹鋼等無明顯物理屈服點材料屈服特性的關(guān)鍵指標。

   • 上屈服強度（ReH）：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的高應力。

   • 下屈服強度（ReL）：在屈服期間，不計初始瞬時效應時的低應力。

   • 抗拉強度（Rm）：試樣在拉伸過程中所能承受的大力所對應的應力。

   • 屈強比（ReL/Rm 或 Rp0.2/Rm）：屈服強度與抗拉強度的比值，反映材料的加工硬化能力和使用安全性。屈強比小，表明材料成形性好，安全儲備高。

2. 塑性指標

   • 斷后伸長率（A）：試樣拉斷后，標距的伸長量與原始標距的百分比。它表征材料均勻塑性變形的能力。

   • 斷面收縮率（Z）：試樣拉斷后，頸縮處橫截面積的大縮減量與原始橫截面積的百分比。它表征材料局部集中塑性變形的能力。

三、檢測范圍

不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶因其優(yōu)異的耐腐蝕性、強度和加工性能，其拉伸性能檢測覆蓋眾多行業(yè)：

• 建筑與結(jié)構(gòu)行業(yè)：用于屋頂、幕墻、結(jié)構(gòu)件。要求具有良好的強度（Rp0.2, Rm）和塑性（A），確保結(jié)構(gòu)安全與成形需求。

• 化工與壓力容器行業(yè)：用于反應釜、儲罐、管道。除強度外，對屈強比有嚴格要求，以保證設(shè)備在壓力下的安全裕度。

• 交通運輸行業(yè)：用于貨車車廂、軌道交通車輛結(jié)構(gòu)件。要求高強度和一定的韌性，以減輕自重并保證安全。

• 能源與環(huán)保行業(yè)：用于煙氣脫硫裝置、核電設(shè)備、水處理設(shè)施。要求在苛刻環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定的力學性能。

• 家電與食品機械行業(yè)：用于洗衣機內(nèi)筒、廚具、輸送帶。要求良好的成形性（高A值）和足夠的強度。

四、檢測標準

國內(nèi)外標準對不銹鋼熱軋板帶的拉伸試驗要求既有共性也存在差異。

• 標準

  • ISO 6892-1:2019 《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》：該標準在上廣泛應用，引入了多種控制模式，如方法A（應變速率控制）和方法B（應力速率控制），強調(diào)基于材料彈性模量段的應變速率控制，以獲得更一致的結(jié)果。

  • ASTM A370 《鋼制品力學試驗的標準試驗方法和定義》：北美體系常用標準，對試樣形狀、尺寸和試驗速率的規(guī)定與ISO標準存在細節(jié)差異。

  • EN 10002-1：歐洲標準，現(xiàn)已被ISO 6892-1 largely取代，但技術(shù)內(nèi)容一脈相承。

• 中國標準

  • GB/T 228.1-2021 《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》：等同采用ISO 6892-1:2016，是我國目前新的標準。其技術(shù)內(nèi)容與ISO標準完全一致。

  • GB/T 4237-2015 《熱軋不銹鋼板、鋼帶》：規(guī)定了不銹鋼熱軋產(chǎn)品的尺寸、外形、技術(shù)要求及試驗方法，其中力學性能要求引用了GB/T 228.1。

• 標準對比分析

  • 試樣類型：各標準均包含比例試樣和非比例試樣，但具體標距規(guī)定（如ISO和ASTM對5.65√S0的比例標距定義一致）略有不同。

  • 試驗速率控制：GB/T 228.1-2021和ISO 6892-1:2019更強調(diào)方法A（基于應變速率的控制），旨在減少應變速率敏感性對測試結(jié)果的影響。而ASTM A370傳統(tǒng)上更多依賴于應力速率或橫梁位移速率，但新版本也逐步向應變速率控制靠攏。

  • 結(jié)果修約：各標準對強度值和伸長率的修約間隔有明確規(guī)定，但具體位數(shù)可能不同，在結(jié)果判定時需特別注意。

五、檢測方法

1. 試樣制備：

   • 取樣位置與方向：應在鋼板或鋼帶的寬度方向特定位置（如距邊緣一定距離）取樣，并明確是縱向試樣（沿軋制方向）還是橫向試樣。通常縱向試樣的性能優(yōu)于橫向。

   • 加工要求：試樣加工應避免因加熱或冷加工改變材料性能。標距內(nèi)表面應光滑，無劃痕和毛刺。

2. 尺寸測量：

   • 使用游標卡尺或更精密的量具，在試樣平行長度兩端及中部測量厚度和寬度，取小值計算原始橫截面積（S0）。測量精度對結(jié)果影響顯著。

3. 試驗操作要點：

   • 夾持與對中：試樣應被牢固地夾持在夾具中，并確保試樣的縱軸與試驗機夾頭的中心線重合，以防止附加彎曲應力。

   • 速率控制：嚴格按照標準選擇控制模式。

     • 屈服前：應采用基于應變速率或應力速率的控制。在方法A中，材料彈性模量段的應變速率應保持恒定。

     • 屈服后：可以轉(zhuǎn)換為基于橫梁位移的速率控制，但應確保在塑性應變范圍內(nèi)，應變速率不超過標準規(guī)定的大值。

   • 數(shù)據(jù)記錄：自動記錄載荷-位移曲線，直至試樣斷裂。

4. 斷后測量：

   • 將斷裂試樣的兩段小心拼合，測量斷后標距（Lu）。若斷口處存在明顯頸縮，應采用移位法測量Lu。

   • 測量頸縮處的小直徑（或?qū)挾扰c厚度），計算斷后小橫截面積（Su）。

六、檢測儀器

用于不銹鋼熱軋板帶拉伸試驗的主要設(shè)備為電子萬能試驗機。

• 主機框架：提供施加拉力的結(jié)構(gòu)，需有足夠的剛度和測試空間。根據(jù)大試驗力選擇不同量程的機型。

• 負荷傳感器：核心測力元件，其精度、穩(wěn)定性和量程直接決定力值測量的準確性。應定期進行校準。

• 夾持系統(tǒng)：通常采用楔形夾具，依靠自鎖原理提供夾緊力。對于高強度或表面敏感的不銹鋼，可能需使用帶齒紋或墊片的專用夾具以防止打滑或損傷試樣。

• 引伸計：用于精確測量試樣在加載過程中的微小變形，是準確測定規(guī)定塑性延伸強度（Rp0.2）等參數(shù)的關(guān)鍵。

  • 接觸式引伸計：直接夾持在試樣標距上，精度高，是進行標準合規(guī)試驗的必備附件。

  • 非接觸式引伸計（視頻引伸計）：通過光學成像跟蹤試樣標記點的移動，無接觸應力，適用于薄板或易被夾傷的試樣。

• 控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：計算機控制試驗過程，實現(xiàn)復雜的速率控制模式，并實時采集、處理載荷和變形數(shù)據(jù)，自動生成應力-應變曲線并計算各項性能參數(shù)。

七、結(jié)果分析

1. 性能計算：

   • 強度：Rp0.2 = Fp0.2 / S0；Rm = Fm / S0。其中Fp0.2為產(chǎn)生0.2%塑性伸長時對應的力，F(xiàn)m為大力。

   • 塑性：A = (Lu - L0) / L0 × ；Z = (S0 - Su) / S0 × 。

2. 曲線分析：

   • 應力-應變曲線形態(tài)：可直觀判斷材料類型。奧氏體不銹鋼通常表現(xiàn)為連續(xù)的加工硬化，無明顯屈服平臺；而某些鐵素體不銹鋼可能出現(xiàn)不連續(xù)的屈服現(xiàn)象。

   • 異常曲線識別：若曲線出現(xiàn)抖動，可能源于試樣打滑、引伸計松動或控制參數(shù)不當。

3. 結(jié)果評判：

   • 將計算出的各項性能數(shù)值與產(chǎn)品標準（如GB/T 4237、ASTM A240等）或訂貨合同規(guī)定的技術(shù)要求進行比對。

   • 所有規(guī)定項目（如Rp0.2, Rm, A）必須同時滿足要求，單項不合格則判定為整批產(chǎn)品力學性能不合格。

   • 若對結(jié)果有爭議，應核查試驗全過程是否符合標準規(guī)定，并考慮進行復驗。復驗通常需在相同批次產(chǎn)品上加倍取樣。

4. 影響因素考量：

   • 試驗速率：速率過高可能導致測得的強度值偏高。

   • 試樣形狀與尺寸：板狀試樣與圓棒試樣的結(jié)果可能存在差異。

   • 溫度：試驗環(huán)境溫度應控制在標準規(guī)定范圍內(nèi)（通常為10℃-35℃），溫度波動可能影響結(jié)果。

   • 材料各向異性：橫向與縱向試樣的性能差異應在報告中予以注明。