王勇,宋鴻印,賈海偉,李健，項美輝

（新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部）

0 前言

拉伸試驗是材料力學性能測試中最常用和最經(jīng)典的試驗方法之一，試驗過程中的彈性變形、塑性變形、斷裂等檢測階段真實地反映了材料抵抗外力作用的全過程。通過拉伸試驗?zāi)軌虻玫讲牧系幕玖W性能指標，如彈性模量、泊松比、屈服強度、規(guī)定非比例延伸強度、抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率、應(yīng)變硬化指數(shù)和塑性應(yīng)變比等[1]。試驗所獲得材料的強度和變形性指標，對于新材料的研發(fā)、選材和設(shè)計、材料的采購和驗收、產(chǎn)品質(zhì)量的控制、使用的安全性都有很高的參考和應(yīng)用價值，因此在產(chǎn)品標準中一般將拉伸試驗檢測作為 必 測 項[2-3]。

影響金屬材料的拉伸試驗結(jié)果的因素較多，在鋼板的產(chǎn)品標準中對鋼板板狀試樣的寬度沒有具體要求但對鋼板的力學性能指標要求基本相同。而在實際的檢測過程中，有些檢測機構(gòu)會根據(jù)拉伸試驗機的能力會加工成不同寬度的板狀拉伸試樣。文章重點探討板狀試樣寬度的變化對力學性能結(jié)果的影響，以找出能夠反映或接近鋼板真實力學性能的規(guī)律。

1 材料與試驗

試驗材料為八鋼公司中厚板廠生產(chǎn)的Q355D鋼板,其化學成分和力學性能均符合GB/T 1591-2018標準要求，鋼板厚度分別為H 14mm、H 18mm、H 23mm，按照GB/T 2975-2018中要求，拉伸試樣在鋼板寬度1/4處截取樣坯。將試樣加工成6組寬度（平行長度部分寬度分別為1 5 m m、18mm、20mm、22mm、25mm、30mm）的板狀試樣，試樣形狀如圖1所示。為了使試驗結(jié)果具有可對比性，在同一規(guī)格厚度、相同爐號的鋼板上取不同寬度的所有板狀試樣，在相同的加工條件下制作制樣。拉伸試驗在600kN微機控制電液伺服萬能材料試驗機上進行，按照GB/T 228.1—2010標準中給出的試驗方法采用短比例試樣進行試驗。

利用DMI5000M倒置式光學顯微鏡對取樣鋼板進行金相組織和夾雜物含量的觀察與分析，采用光譜分析方法進行化學成分檢測。

圖1 板狀試樣形狀圖

2 結(jié)果與分析

對選用的材料Q355D鋼板H 14mm、H 18mm、H 23mm的試樣分別編號為1、2、3，試樣1、試樣2和試樣3分別有6組試樣（寬度分別為1 5 m m、18mm、20mm、22mm、25mm、30mm），對試樣的化學成分、金相組織及夾雜物、力學性能進行檢測。

2.1 化學成分檢測結(jié)果

取樣鋼板（Q355D）的化學成分見表1，其化

表1 試驗用鋼的化學成分（質(zhì)量分數(shù)） %

2.2 金相組織及夾雜物檢測結(jié)果

試樣1和試樣2的晶粒度、夾雜物評級和金相組織見表2。 圖2分別為試樣1、試樣2和試樣3的金相組織。

圖2 Q355D鋼板三個不同厚度試樣的金相組織

表2 取樣鋼板的金相分析

2.3 力學性能檢測結(jié)果

在拉伸試驗中，拉伸速率按照GB/T 228.1-2010的要求采用方法B（應(yīng)力速率控制的試驗速率）進行控制，其應(yīng)力速率為20MPa/s。拉伸試驗主要檢測抗拉強度 （Rm） 、上屈服強度（Reh）和斷后伸長率（A）這三個指標。在試驗期間，測試了6種不同寬度的板狀試樣，并對同一試樣同寬度的6個試樣拉伸結(jié)果取其平均值，力學性能檢測結(jié)果見表3，鋼板力學性能符合GB/T 1591-2018標準的相關(guān)要求。

表3 拉伸試驗結(jié)果

依據(jù)表3三個試樣的6個不同寬度試樣拉伸結(jié)果的平均值繪制板狀試樣的力學性能（抗拉強度、上屈服強度、斷后伸長率）隨著試樣寬度變化的趨勢圖見圖3。

圖3 Q355D鋼板拉伸試驗主要指標變化

2.4 結(jié)果分析

表3及圖3試驗結(jié)果表明，板狀拉伸試樣的寬度尺寸對拉伸試驗結(jié)果有一些影響：隨著試樣寬度的減小其抗拉強度沒有明顯的變化；斷后伸長率隨著板狀試樣寬度的減小有逐漸增大的趨勢；上屈服強度（ReH）隨著試樣寬度的減小有著降低的趨勢，但降低趨勢規(guī)律性較弱，且其中板狀試樣寬度為20mm相對于其余寬度試樣要低。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，由力學原理可知：在橫截面積發(fā)生變化的地方，必然要在其局部引起應(yīng)力集中現(xiàn)象,而且還要影響附近區(qū)域的應(yīng)力分布規(guī)律[4]，并且隨著試樣寬度的增加，派生應(yīng)力增加，試樣由單向拉伸逐漸轉(zhuǎn)向平面應(yīng)力狀態(tài)，從而使參加流變的材料逐漸增多，會導(dǎo)致屈服有所變化[5]。分析表明試樣寬度的變化對上屈服強度受有一定影響。

3 結(jié)論

影響拉伸試驗結(jié)果的因素較多，采用化學成分和力學性能合格的Q355D鋼板材料為研究對象，研究在不同寬度的板狀試樣對鋼板的拉伸性能的影響趨勢。

（1）結(jié)果表明：隨著試樣寬度的減小其抗拉強度沒有明顯的變化；斷后伸長率隨著板狀試樣寬度的減小有逐漸增大的趨勢；屈服強度（ReH）隨著試樣寬度的減小有著降低的趨勢，其中板狀試樣寬度為20mm的屈服強度相對于其余寬度試樣的變化要小。

（2）在標準中對鋼板加工成板狀試樣的寬度尺寸一般未明確規(guī)定，建議選擇板狀試樣寬度時，可根據(jù)拉伸試驗機能力以及鋼板要求選取合適的寬度。當鋼板力學性能中屈服強度要求為上屈服強度時，可優(yōu)先選擇試樣寬度為20mm。