試樣尺寸對低合金鋼斷后伸長率的影響研究

汪麗麗，胡自明，吳玉紅

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

1 前言

斷后伸長率是衡量金屬材料塑性的重要指標(biāo)，它作為判定鋼帶是否合格的重要依據(jù)，是根據(jù)拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算求得的［1］。用于測量斷后伸長率的拉伸試樣在各國標(biāo)準(zhǔn)中（如GB/T 228.1、JIS Z 2241和ASTM A 370 等）普遍采用比例試樣和非比例試樣，比例試樣的原始標(biāo)距L0與試樣橫截面積S0的平方根成正比，即L0=kS0，k為比例系數(shù)，常用的k=5.65、11.3等；非比例試樣的原始標(biāo)距L0為一組固定的值，與試樣橫截面積S0無關(guān)，常用的L0=50、80、200 mm 等。目前市場上不同的廠家相同牌號(hào)（特別是一些國外牌號(hào)）的鋼帶，使用的拉伸試樣不盡相同，由于斷后伸長率與拉伸試樣的形狀、尺寸及橫截面積有較大關(guān)系，造成不同試樣的斷后伸長率無法直接比較，這給實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)判斷、市場貿(mào)易和技術(shù)交流帶來諸多不便，因此，研究不同試樣尺寸對伸長率的影響頗為重要。

GB/T 17600《鋼的伸長率換算》系列標(biāo)準(zhǔn)建立在Oliver 公式的基礎(chǔ)上，規(guī)定了不同類型鋼材在室溫下不同標(biāo)距斷后伸長率之間的換算方法，賈曉飛等［2］驗(yàn)證了GB/T 17600.1《鋼的伸長率換算第1 部分：碳素鋼和低合金鋼》在普通碳素鋼上有較好的適用性，然而張華等［3］的研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用GB/T 17600.2《GBT 17600.2鋼的伸長率換算第2部分：奧氏體鋼》換算的斷后伸長率與實(shí)測值有較大差異，關(guān)于低合金鋼的標(biāo)準(zhǔn)適用性研究卻較少。本研究旨在探討不同尺寸的低合金鋼試樣尺寸對其拉伸試驗(yàn)斷后伸長率的影響以及與GB/T17600.1的適用性，以便更好地制定標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方案。

2 試驗(yàn)方法

選擇典型的Q355B低合金鋼作為研究對象，采用WAW-600C 微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)，按照GB/T 228.1規(guī)定試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，比例試樣以及非比例試樣以L0=50 mm 作為試樣原始標(biāo)距，測量不同厚度對應(yīng)的斷后伸長率，分別標(biāo)記為A和A50mm（實(shí)測），用測量比例試樣的A經(jīng)GB/T 17600.1—1998 進(jìn)行換算得到A50mm（換算），研究A、A50mm（實(shí)測）和A50mm（換算）隨試樣厚度的變化及之間的關(guān)系。

3 試驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 不同原始標(biāo)距對斷后伸長率的影響

從圖2 可知，當(dāng)采用非比例試樣時(shí)，斷后伸長率A50mm（實(shí)測）與厚度成正比，隨著厚度的增加斷后伸長率A50mm（實(shí)測）升高，厚度從3.0 mm 增加到5.75 mm 時(shí)，A50mm（實(shí)測）升高了3.85%；當(dāng)采用比例試樣時(shí)，A隨著厚度的增加而降低，厚度從3.0 mm增加到5.75 mm 時(shí)，A共降低1.4%；隨著厚度的增加，A50mm（實(shí)測）與A之間的差值增大，A50mm（實(shí)測）對試樣的厚度變化更為敏感。

圖1 A及A50mm（實(shí)測）與試樣厚度之間的關(guān)系

圖2 斷后伸長率A與試樣厚度之間的關(guān)系

3.2 斷后伸長率A與試樣厚度的關(guān)系

圖2 為厚度在2.75～11.75 mm 這一較寬范圍時(shí)，Q355B 的斷后伸長率A與厚度的關(guān)系。從圖2中可以看出，隨著厚度的增加，斷后伸長率A的總體變化趨勢為降低，經(jīng)過線性擬合得到相關(guān)系數(shù)R=0.91，有較好的相關(guān)性，驗(yàn)證了以上觀點(diǎn)。

3.3 GB/T 17600.1的驗(yàn)證效果

表1為不同厚度試樣，非比例試樣斷后伸長率的實(shí)測值與換算值的比較。通過比較可知，換算結(jié)果A50mm（換算）與實(shí)測結(jié)果A50mm（實(shí)測）有差異，厚度規(guī)格越大差值越大，換算值普遍低于實(shí)測值，當(dāng)厚度為5.75 mm時(shí)，換算值比實(shí)測值降低3.75%，占實(shí)測值比例的11.5%，對結(jié)果影響顯著。

表1 不同厚度試樣實(shí)測值與換算值的比較

4 結(jié)論

4.1 斷后伸長率A50mm和A隨著厚度的變化有著截然相反的變化趨勢，同時(shí)A50mm對厚度的變化表現(xiàn)更為敏感。

4.2 低合金鋼在使用GB/T 17600.1 進(jìn)行斷后伸長率的換算時(shí)，換算值與實(shí)測值存在一定的差異，并隨厚度的增加而變大，因此在使用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行換算時(shí)要綜合考慮各種因素。