原油输送钢管 Rt0.5测量结果不确定度评定

李毅军王洪礼

前言

金属材料的常温拉伸试验是用拉伸力将试样拉伸，一般拉至试样断裂以测定其力学性能,其所获得的技术指标是评价材料性能优劣、改进生产工艺以及指导设计和选材的重要依据。在检验过程中，由于误差的存在，检测结果必然存在着测量不确定度。对金属材料拉伸性能各项指标的测量不确定度进行评定有着重要意义。屈服强度是金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。屈服强度分为上屈服强度、下屈服强度、规定非比例延伸强度、规定总延伸强度和规定残余延伸强度。0.5%总伸长规定总延伸强度Rt0.5是指规定总延伸率0.5%时的应力。Rt0.5测试在实际应用中是结构静强度设计的主要依据之一，当下屈服强度不明显时，通常采用Rt0.5表示材料的下屈服强度，因而Rt0.5测量不确定度的评定极其关键[1]。本文将对原油输送钢管Rt0.5测量不确定度进行评定。

试验概述

1.测量方法

依据GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验第1部分：室温试验方法》。

2.环境条件

试验一般在室温10℃～35℃范围内进行，对温度要求严格的试验，试验温度应为23±5℃，本次试验在室温23℃和相对湿度74%下进行。

3.测量设备及量具

电子拉力材料试验机，计量检定合格，准确度等级1级；0～150mm电子卡尺，精度 0.01mm；0～25mm壁厚千分尺，精度0.01mm；MFL300-3型全自动引伸计，准确等级1级。

4.被测对象

将 L360MB φ517×10mm B级焊接钢管用钢按GB/T 228.1-2010标准的规定，沿纵向加工成矩形带肩试样，名义厚度10mm，宽度20mm。

5.实验过程

依据GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验第1部分：室温试验方法》，在室温条件下，分别用壁厚千分尺和电子卡尺测量试样的厚度及宽度，计算试样横截面积。采用电子拉力材料试验机在应变速率为0.002/s的条件下对10根试样进行轴向拉伸，得出0.5%总长伸下延伸力测试结果见表1。

表1 L360MB B级焊接钢管用钢Rt 0.5测试值

(接上表)

6.测量评定依据

依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》对测得结果进行不确定度评定。

数学模型

式中：Rt0.5-0.5%总伸长规定总延伸强度/MPa

Ft0.5-0.5%总伸长下延伸力/kN

a-试样厚度/mm

b-试样宽度/mm

0.5%总伸长规定总延伸强度Rt0.5测量不确定度的来源

拉伸试验测试结果的精密度要受到试验设备、力学性能的计算方法、材料、试样等因素的影响。

本次试验是在规定的温度和湿度环境下，按规定的加荷速率进行，因此由加荷速率和环境温度湿度引起的不确定度分量可以忽略不计。

对于Rt0.5的测量不确定度的主要来源由四个方面：测试结果的重复性带来的不确定度分量、0.5%总伸长下延伸力测量的不确定度分量、试样横截面积测量带来的不确定度分量和0.5%总伸长规定总延伸强度修约带来的不确定度分量[4,5,6]。

0.5%总伸长规定总延伸强度Rt0.5测量标准不确定度分量的评估

1.测试结果重复性带来的不确定度urel（Rt 0.5）

本试验从相同部位上均匀截取10根符合试验要求的 L360MB B级焊接钢管用钢试样，根据GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》进行Rt0.5测试。实验结果是由样品的重复性测量引起的，因此属于A类不确定度评定。

试验标准偏差按照贝塞尔公式计算：

则10根试样Rt0.5的算数平均值修约后为：465MPa，标准偏差：s（Rt0.5）=8.28MPa，则测试结果的相对标准不确定度为：

2.0.5%总伸长下延伸力测量不确定度ure（lFt 0.5）

由于电子拉力材料试验机精度为1级,其力值测量误差满足±1%,按均匀分布考虑,相对标准不确定度：

（2）标准测力仪带来的相对标准不确定度u2（Ft0.5）

使用0.3级的标准测力仪对试验机进行检定，JJG144-2007中给出了重复测量的极差，R=0.3%，按10次重复测量考虑，极差系数C=3.098，相对标准不确定度为：

（3）引伸计测量带来的相对标准不确定度u3（Ft0.5）

满足测定0.5%总长伸下延伸力所用的引伸计测量误差应达到±1.0%，按均匀分布考虑,相对标准不确定度：

（4）引伸计标距带来的相对标准不确定度u4（Ft0.5）

满足测定0.5%总长伸下延伸力所用的引伸计标距误差应达到±1.0%，按均匀分布考虑,相对标准不确定度：

（5）0.5%总长伸下延伸力Ft0.5的相对标准不确定度urel（Ft0.5）

根据JJF1059.1-2012的推荐的合成法则,由于以上分量相互独立,则0.5%总伸长下延伸力测量的相对标准不确定度：

3.试样横截面积测量带来的相对标准不确定度 urel（s）

（1） 厚度 a不确定度分量 u1r（a）

（a）壁厚千分尺的示值误差为±0.01mm，以矩形分布估计，包含因子，则不确定度为：

（b）测量10根试样的厚度带来的不确定度，采用A类标准不确定度评定，其标准差为：

（c）由于量具的不确定度与测量数据的不确定度是两个无关的分量，则厚度方向测量标准不确定度可合成为：

相对标准不确定度为：

（2） 宽度 b不确定度分量 u2r（b）

（a）电子卡尺的示值误差为±0.01mm，以矩形分布估计，包含因子，则不确定度为：

（b）测量10根试样的宽度带来的不确定度，采用A类标准不确定度评定，其标准差为：

（c）由于量具的不确定度与测量数据的不确定度是两个无关的分量，则宽度方向测量标准不确定度可合成为：

相对标准不确定度为：

试样横截面积测量带来的相对标准不确定度可合成为：

4.数据修约所带来的标准不确定度分量urel（off）

本试验由电子拉力材料试验机所测结果：Rt0.5=466.6 MPa,按照 GB/T 228.1－2010的规定：Rt0.5在 200 N/mm2～1000N/mm2之间时， 修约间隔为 5N/mm2，即是 Rt0.5分布在（Rt0.5－2.5，Rt0.5+2.5）以内,其分布区间的半宽为2.5N/mm2,并且可以估计其分布为均匀分布。根据JJF1059.1－2012可知，因此标准不确定度：

其相对标准不确定度为：

合成相对标准不确定度的评定合成相对标准不确定度为：

相对扩展不确定度的评定

相对扩展不确定度U （Rt0.5）等于包含因子k乘以合成相对标准不确定度ucrel（Rt0.5），当选择k=2时，则

结论

测量不确定度报告:L360MB B级焊接钢管用钢Rt0.5相对标准不确定度评定为：Rt0.5=400×（1±4.18%）MPa；其中置信概率p=95%，式中4.18%为U95r之值。