宋鴻印，賈海偉，王勇，項美輝，曾遠新

（新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部）

1 前言

拉伸試驗是材料力學性能檢測中最基本、最經典和常用試驗方法。通過拉伸試驗獲得金屬材料的塑性和強度數據，如抗拉強度、屈服強度、斷面收縮率、斷后延伸率、彈性模量等。試驗得到的金屬材料力學性能數據，無論對于新材料的研發(fā)、選材和設計、材料的采購和驗收、產品質量的控制、以及使用的安全性都有很好的參考和應用價值，有些研發(fā)工作直接采用拉伸試驗的結果作為依據。在產品標準中一般將金屬材料力學性能作為必測項。

金屬材料力學性能試驗結果影響的因素較多，而產品標準中對拉伸試驗無論圓棒試樣直徑是多少，對力學性能指標的要求基本都相同。有的實驗室受到拉力試驗機能力的限制，會加工出不同直徑的圓棒拉伸試樣進行力學性能檢測。文章探討了將鋼板的拉伸試樣加工成不同直徑的圓棒試樣，重點研究圓棒試樣直徑變化對力學性能的影響，以找出能夠代表鋼板力學性能真實情況的規(guī)律。

2 材料與試驗

試驗材料為八鋼公司中厚板廠生產的Q345板在 H50mm、H32mm厚度的鋼板上加工φ10mm、φ12mm、φ15mm、φ18mm、φ20mm、φ22mm、φ25mm的圓棒試樣。按照GB/T1975-1998中要求，拉伸試樣在鋼板寬度1/4處截取中樣坯，為了保證不同取樣部位不對拉伸試驗的影響，每個規(guī)格厚度鋼板圓棒拉伸試樣在同一中樣坯上按照GB/T1975-1998[1]和GB/T228.1-2010[2]中的要求加工。拉伸試樣在600kN微機控制電液伺服萬能材料試驗機上進行拉伸試驗，試驗方法按照GB/T 228.1-2010標準中給出的方法進行。

用DMI5000M倒置式光學顯微鏡對取樣鋼板的金相組織和夾雜物含量進行觀察和分析，利用光譜分析方法檢測了取樣鋼板的化學成分。

3 結果與分析

對選用的材料Q345板H50mm、H32mm的試樣分別編號為試樣1、試樣2。將試樣1、試樣2加工成7種直徑的圓棒試樣，分別做6組檢測，對試樣的化學成分、力學性能、金相組織及夾雜物進行試驗分析。

3.1 化學成分分析

取樣鋼板（Q345低合金高強度結構鋼）化學成分見表1，符合GB/T1591-2008[3]標準的相關要求。

表1 試驗用鋼的化學成分（質量分數） %

3.2 力學性能測試分析

在拉伸試驗中，拉伸速率根據GB/228.1-2010的要求進行控制?？梢栽诶煸囼炛袦y試各種機械性能，主要檢測抗拉強度（m）、屈服強度（el）和斷后伸長率（）。在試驗期間，測試了7種不同直徑的圓棒樣品，并對同一樣品同直徑的6個試樣拉伸結果取其平均值，試驗后的拉伸結果見表2。

表2 試驗材料力學性能

試樣尺寸 Rm MPa試樣1 試樣2 Rel MPa A，% Rm MPa Rel MPa A．%528 374 28 547 410 28 φ18mm 525 395 27 557 409 27 542 362 28 537 396 27.5 525 360 26.5 559 416 26.5 540 380 28.5 539 397 25.5 533 371 28.5 571 413 25.5均值 532 374 27.8 552 407 26.7 536 379 28 569 408 26 φ20mm 529 372 29.5 573 407 29.5 534 374 29.5 573 418 26 527 372 25.5 567 393 26 536 367 26.5 540 403 25.5 543 357 26 538 378 25均值 534 370 27.5 560 401 26.3 535 372 26 563 412 25.5 φ22mm 543 383 27.5 561 401 27.5 520 355 27 547 403 25 556 383 27.5 559 405 27.5 547 397 26.5 571 410 26 526 382 27 536 395 25均值 538 379 26.9 556 404 26 537 385 27 573 416 25 φ25mm 542 390 26 574 418 25.5 531 387 28.5 572 416 24.5 532 373 26 528 408 25.5 553 376 24 549 417 25 523 402 25 532 410 24.5均值 536 386 26 555 414 25

根據表2中同一試樣同直徑的6個試樣拉伸結果的平均值繪制出圓棒試樣的力學性能（抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率）隨著試樣直徑變化見趨勢圖1、2、3。

圖1 抗拉強度隨試樣直徑變化圖

圖2 屈服強度隨試樣直徑變化圖

圖3 斷后伸長率隨試樣直徑變化圖

從表2中的數據及圖1、2、3可以看出隨著圓棒試樣直徑的減小其抗拉強度沒有明顯的變化；屈服強度（eL）隨著試樣直徑的減小有著緩慢降低的趨勢，其中圓棒試樣直徑為φ 10mm和φ20mm相對于其余直徑試樣屈服強度要低；斷后伸長率隨著圓棒試樣直徑的減小逐漸增大的趨勢。其試驗所得數據變化趨勢與日前研究者研究分析得出的隨著試樣直徑的變大塑性有稍微下降趨勢的結論基本一致。

3.3 夾雜物及金相組織分析

試樣1和試樣2的夾雜物評級和金相組織見表3。圖4、5分別為試樣1、2的1/4、1/2處的金相組織。

表3 取樣鋼板的金相分析

圖4 試樣1和試樣2的1/4處金相組織圖

圖5 試樣1和試樣2的1/2處金相組織圖

由于鋼板在冷熱變形加工的過程中，變形量處處不會均勻，金屬材料內部金屬組織和各種缺陷的分布也不均勻[4]。鋼板在軋制的過程中，一般要經過控冷處理，用冷卻水作用于鋼板表面，使其上下表面同時冷卻處理，表面降溫速度大于中部，所以鋼板表層組織要比芯部更細小，即鋼板表層到芯部晶粒逐漸變細小，故表層強度比芯部要高[5]。在加工圓棒試樣的過程中去除鋼板表層加工成所需直徑的拉伸試樣，必然會去除一部分表層金屬，會影響拉伸試驗的結果。因此，同一位置加工的圓棒拉伸試樣拉伸結果隨著試樣直徑的減小，其強度有降低的趨勢。

在鋼板軋制的過程中，其中心溫度一直高于表層溫度，在軋制與冷卻的過程中由于表層溫度的減小阻止了晶粒長大，而鋼板中心溫度大于表層，晶粒長大的速度要大于表層，所以鋼板的中心晶粒大于表層晶粒。鋼板從表層到中心部位的晶粒度結果如表4所示。

表4 鋼板表層到中心部位晶粒度的大小

通過金相分析發(fā)現，試驗所得強度變化與晶粒度相關度不大，其趨勢變化與所查文獻中所得理論結果有所不同，其原因主要是不同直徑圓棒試樣加工位置選擇都在鋼板厚度1/4處，并且八鋼生產的鋼板在同一位置的晶粒較均勻，筆者認為所選試樣的晶粒度對拉伸試驗結果沒有大的影響。

4 結論

（1）金屬材料拉伸試驗結果的影響因素較多，通過將Q345厚板材料加工成不同直徑圓棒試樣，對力學性能的影響趨勢進行試驗檢測分析。結果表明，圓棒試樣直徑的減小，圓棒試樣的抗拉強度值變換基本不大，而屈服強度（e）l有著緩慢降低的趨勢，其斷后伸長率隨著圓棒試樣直徑的減小有逐漸增大的趨勢。

（2）目前對鋼板加工成圓棒試樣的尺寸一般在標準中未明確規(guī)定，當受制拉力試驗機能力不足及減少用戶質量異議的情況時，建議將鋼板拉伸試樣加工成圓棒試樣時優(yōu)先加工的順序為φ20mm、φ10mm。