小管径薄壁不锈钢管硬度测试分析

戴维明

(核工业260厂，南昌 330002)

0　引言

笔者在工作中遇到了一个测试问题：委托方送来一组小管径薄壁不锈钢管试样，其管外径为8mm，管壁厚分别为0.6mm、0.8mm和1mm，委托要求测试洛氏硬度HRB值。之前委托方曾送样到本市多家资质测试机构测试，均未测出洛氏硬度HRB值。笔者用周期检定合格的洛氏硬度计，经标准块期间检查合格，按照国家标准GB/T 230.1—2009《金属材料洛氏硬度试验法》进行测试，无论采用心轴或V型块刚性支撑，其HRB示值不是太低就是趋于零，不符合常规同类材料的硬度值，并低于洛氏硬度HRB标尺的适用范围。从多家测试情况来看，与测试常规不符，明显产生疑点。用洛氏硬度HRB标尺测试该种钢管不适宜。

1　测试原因分析

这种不锈钢管的形态尺寸不满足试验法的常规试件要求，其质软、壁薄和管状，易导致受力变形。整个基体在测试中，刚性支撑不足。小径薄壁试样在相对较大直径1.5875mm球压头和相对较大的总试验力980.7N的作用下，基体异常过量变形，导致洛氏硬度残余压入深度h参数异常增大，引起失真。按照HRB标尺洛氏硬度=130-h/0.002关系式，从而导致HRB示值异常偏低，低于HRB的适用范围20～100HRB。此外，按照GB/T 230.1—2009《洛氏硬度试验法》附录B的洛氏硬度-试样最小厚度关系图要求，经查阅相关材料标准，该类钢种材质要求硬度上限为90HRB，所对应的试样最小厚度应大于1.2mm，显然该种钢管的壁厚也偏小，不符合试验法要求。

2　测试方法的选择

按照该种类不锈钢管的相关材料标准的硬度要求，维氏硬度不大于200HV、布氏硬度不大于187HBW、洛氏硬度不大于90HRB，可选其中一种测试方法和评定标准。该材料标准之所以制定不同的硬度测试方法和评定标准，可能是考虑到各种材料材质形态尺寸对硬度测试的不同要求。对于洛氏硬度HRB测试方法，根据之前的测试分析结果是不能用的。至于布氏硬度试验法，按照GB/T 231.1—2002《金属材料布氏硬度试验方法》，钢类试件所要求的球压头直径2.5mm和试验力1839N，相对本单位硬度计是最小的，但相对洛氏硬度HRB试验法仍显得大，更不适宜该种小径薄壁不锈钢管的测试。维氏硬度有一个连续一致的标度，试验时负荷可任意选择，试验时试验力小，压入深度浅，测定硬度值比布氏、洛氏硬度精确。根据国家标准GB/T 4340.1—2009《金属材料维氏硬度试验法》要求，选用HV1-10型低负荷维氏硬度计中的HV5级别，其试验力为49.03N。从被测件质软、小管径、壁薄和刚性差的特点看，试验力不能太大，否则引起试样异常变形，示值失真。当然，试验力也不能太小，否则会导致压痕对角线减小，压痕对角线长度的测量准确度下降，分散性增加，不确定度会增加。所以，选取HV5级别是适宜的。后续的五年测试结果证明，这种选择适合试验法及质量控制要求。此外，笔者查阅GB/T 4340.1—2009附录A中的试样最小厚度-试验力-硬度关系图，按照该管材料硬度要求上限200HV，HV5所对应的试样最小厚度为0.35mm。被测试样厚度为0.6mm、0.8mm和1mm，足以满足要求。其试验力为49.03N，远小于洛氏硬度试验力980.7N和布氏硬度试验力1830N，这样可以大大减小由于试验力过大，导致试样异常变形过大而引起的示值失准。

3　测试与示值修正

按照GB/T 4340.1—2009要求，选用经周期检定和期间检查合格的HVI-10型低负荷维氏硬度计，选用HV5级别，采用试样心轴或V型块刚性支撑，对多组试件进行测试。从多组实测数据中随机选择一组数据，证实测试与示值修正过程。某组压痕对角线平均长度分别为0.232mm、0.233mm和0.241mm,查阅相关硬度值表，得到相应的维氏硬度值分别为172HV5、171HV5和160HV5。因试样测试面为凸圆柱面，用内插法查阅GB/T 4340.1—2009附录B表B.5，得到相应的修正系数为0.985，乘以维氏硬度示值，最终得到修正后的硬度值分别为169HV5、168HV5和158HV5,其算术平均值为165.0HV5。至于结果的不确定度，GB/T 4340.1—2009只明确如果需要才评估，因委托方没有提出要求，故此处不作评估。

4　测试验证

为了验证所选用的维氏硬度方法的适宜性，根据此次实际测量压痕对角线的长度为0.228～0.243mm，对照GB/T4340.1-2009，所要求的维氏硬度压痕对角线长度范围为0.020～1.400mm，证明所用的测试法完全符合GB/T 4340.1—2009对被测件的适用要求，验证了选用此法是适宜的。所得到的测试示值和修正值，也满足材料标准对维氏硬度值不大于200HV的要求。经委托方五年的质量信息反馈，选用这种测试方法所得到的测试结果，完全满足产品性能及制造工艺对该管的质量要求。

5　结束语

通过以上测试分析，虽然洛氏硬度测试操作迅速简便，且HRB标尺适于测试软质试件，但是对于不同材质形态尺寸的试样，其测试还是具有特殊性和适宜条件。应该具体问题具体分析，选择适宜的测试方法，才能保证测试量值的准确可靠。

[1]GB/T 230.1—2009金属材料 洛氏硬度试验 第一部分:试验方法.北京：中国标准出版社，2009

[2]GB/T 231.1—2002金属布氏硬度试验第一部分；试验方法 北京：中国标准出版社，2003

[3]GB/T 4340.1—2009金属材料维氏硬度试验第一部分；试验方法.北京：中国标准出版社，2009

[4]GB 13296—2007锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管.北京：中国标准出版社，2007

[5]史美堂.金属材料及热处理.上海：上海科学技术出版社，1991