硬度计在冷轧薄钢板、钢带的硬度检测及应用
冷轧薄钢板,简称冷轧钢板、冷轧薄板、冷轧板、冷板等。它还包括不锈钢板、弹簧钢板、硬钢片、镀锌板、镀锡板、镀铝板等。冷轧薄钢带,简称冷轧钢带、冷轧带钢、钢带、带钢、薄钢带、冷轧卷等。还包括不锈钢带、镀锌钢带、镀锡钢带等。
冷轧薄钢板、钢带(以下简称冷轧薄板)主要用于零件的冲压加工,而冷轧薄板的力学性能十分重要,它直接关系到板材的冲压性能。冷轧薄板是以不同的热处理状态分级的,不同硬度的材料,用于不同的加工方法,国家标准GB/T 13237-1991《上等碳素结构钢冷轧薄钢板和钢带》将冷轧薄板大致分为三级,P级用于普通冲压,S级用于浓度冲压,Z级用于*浓度冲压。中国冶金标准YB/T 5059-1993《低碳钢冷轧钢带》将薄钢板按硬度分为五级,即:TR(特级)、R(软)、BR(半软)、DY(低硬)和Y(冷硬)。其实通过一定的冷轧变形程度和冷轧后热处理的恰当配合,可以在广泛的范围内满足用户关于材料力学性能方面的要求。冷轧薄板根据用户加工上的要求可以分成更多的级别。例如:日本工业标准JIS G3141-1996《冷轧碳素钢钢板和钢带》的分类除分为一般用(spcc)、冲压用)(spcd)和深冲压用(spce)三类外,还细分为退火、标准调质、1/8硬、1/4硬、1/2硬、全硬等级别。
在冷轧薄板力学性能的检测方面,一些标准只规定了拉伸试验,另一些标准除拉伸试验外还规定了硬度试验。
中国标准GB/T世界13237-1991就只规定了拉伸试验,技术要求如表一所示:
牌号
|
抗拉强度/MPa
|
伸长率不小于
|
拉延级别
|
Z
|
-S和P
|
Z
|
S
|
P
|
08F
|
275~365
|
275~380
|
34
|
32
|
30
|
08,08Al,10F
|
275~390
|
275~410
|
32
|
30
|
28
|
10
|
295~410
|
295~430
|
30
|
39
|
28
|
15F
|
315~430
|
315~450
|
29
|
28
|
27
|
15
|
335~450
|
335~470
|
27
|
26
|
25
|
20
|
355~490
|
335~500
|
26
|
25
|
24
|
25
|
——
|
390~540
|
——
|
24
|
23
|
30
|
——
|
440~590
|
——
|
22
|
21
|
35
|
——
|
490~635
|
——
|
20
|
19
|
40
|
——
|
510~650
|
——
|
——
|
18
|
45
|
——
|
530~680
|
——
|
——
|
16
|
50
|
——
|
540~715
|
——
|
——
|
14
|
日本标准JIS G3141-1996《冷轧碳素钢钢板和钢带》(该标准中包含了冷轧薄钢板和钢带)规定了拉伸试验,也规定了硬度试验,该标准的力学性能要求如下:
表二:标准调质和退火的钢板、钢带的拉伸试验质
牌号
|
抗拉强度/MPa 不小于
|
伸长率/%不小于
|
试样
|
按以下公称厚度/mm
|
>=0.25
|
0.25<0.40
|
0.40<0.60
|
0.60<1.0
|
1.0<1.6
|
1.6<2.5
|
>=2.5
|
SPCC
SPCD
SPCE
|
(270)
270
270
|
(32)
34
36
|
(34)
36
38
|
36
38
40
|
37
39
41
|
(38)
40
42
|
39
41
43
|
5号试样轧制方向
|
表三:标准调质和退火的钢板、钢带的硬度值。
调质区分
|
符号
|
硬度*大
|
HRB
|
HV
|
退火
|
A
|
57
|
105
|
标准调质
|
S
|
65
|
115
|
注:厚度小于0.6mm的钢板和钢带,原则上不进行拉伸试验。
表四:1/8硬、1/4硬、1/2硬和全硬材料的拉伸试验值勤。
调质区分
|
符号
|
抗拉强度/MPa
|
伸长率/%*小
|
试样
|
1/8硬
|
8
|
294~410
|
25
|
5号试样轧制方向
|
1/4硬
|
4
|
370~490
|
10
|
1/2硬
|
2
|
440~590
|
——
|
硬
|
1
|
>=550
|
——
|
表五:1/8硬、1/4硬、1/2硬和全硬状态的硬度值。
调质区分
|
符号
|
HRB
|
HV
|
1/8硬
1/4硬
|
8
4
|
50~71
65~80
|
95~130
115~150
|
1/2硬
硬
|
2
1
|
74~89
≥85
|
135~185
≥170
|
注:HRB和HV,仅选用其中之一。
英国标准BS 1449/1.9-1991《厚板、薄板和钢带**部分:碳素钢和碳锰钢厚板、薄板和钢带——具有成形性能的冷轧窄钢带技术条件》对冷轧板分级为CS1(铝**稳定化超深冲)、CS2(超深冲)、CS3(深冲)、CS4(折边)、CS15(商品级)。这项标准的力学性能要求如表六所示:
表六:钢材交货时的力学性能
轧制状态和
级别
|
退火(A)或平整冷轧(SP)
状态
|
硬度
HV1)2)
*大
|
屈服强度Re1)/MPa
*小
|
抗拉强度Rm1)/MPa
*小
|
伸长率A1)/%*小
|
弯心直径1)
(180°弯曲)
|
原始标距LO
|
50mm
|
80mm
|
CS1
|
A
|
95
|
140
|
270
|
38
|
(36)
|
0a
|
|
SP
|
105
|
140
|
270
|
36
|
(34)
|
0a
|
CS2
|
A
|
95
|
140
|
270
|
36
|
(34)
|
0a
|
|
SP
|
100
|
140
|
270
|
36
|
(34)
|
0a
|
CS3
|
A
|
100
|
(140)
|
(280)
|
(34)
|
(32)
|
0a
|
|
SP
|
110
|
(140)
|
(280)
|
(34)
|
(32)
|
0a
|
CS4
|
A
|
105
|
(140)
|
(280)
|
—
|
—
|
0a
|
|
SP
|
115
|
(140)
|
(280)
|
—
|
—
|
0a
|
注:1)窄钢带交货应符合,或者硬度和弯曲试验,或者拉伸和弯曲试验,但硬度和拉伸试验不应同时进行。
2) 对于SP(平整冷轧)状态,与镀层精整(PL)或镜面光洁度(MF),或以“无拉伸痕”交货的钢材组合,*大硬度可以提高5个HV或抗拉强度可以提高20MPa。
3) 牌号CS2、CS3和CS4的硬度值仅适用于沸腾钢。
如上所述冷轧薄板的力学性能可以通过拉伸试验来检测,也可以通过硬度试验来检测。由于硬度试验设备简单、易于掌握,试验效率高,并且金属硬度与强度之间有一定的对应关系,所以硬度检测是确定材料力学性能的更方便的方法。冷轧薄板的硬度检测可以用于冷轧板生产过程的质量控制,更适于生产冲压产品的厂家对原材料进行力学性能的复检。
日本工业标准JIS G3141-1996规定的硬度试验是洛氏硬度HRB和维氏硬度HV。维氏硬度试验用于冷轧薄板毫无总是洛氏硬度HRB却不适用于测试薄板材料。因为当板材厚度小于2mm时,测试HRB硬度可能会因为发生“测砧效应”而使测量的硬度值失准。对于薄板材料,可以测试表面洛氏硬度HRN或HRT,然后换算成HRB或HV硬度。
目前冷轧薄带材料正在向超薄方向发展,据报道,上海宝钢已扎制出厚度为0.08mm的冷轧薄板带材。采用本所生产的PHR-1S型表面洛氏硬度计,配一个金刚点砧座,就可测试薄至0.05mm冷轧薄���带材料的硬度。
这种应用完全可以取代维氏硬度计,使冷轧薄板材料的力学性能检测实现快速、简便、经济