硬度計在冷軋薄鋼板、鋼帶的硬度檢測及應用
硬度計在冷軋薄鋼板、鋼帶的硬度檢測及應用
冷軋薄鋼板，簡稱冷軋鋼板、冷軋薄板、冷軋板、冷板等。它還包括不銹鋼板、彈簧鋼板、硬鋼片、鍍鋅板、鍍錫板、鍍鋁板等。冷軋薄鋼帶，簡稱冷軋鋼帶、冷軋帶鋼、鋼帶、帶鋼、薄鋼帶、冷軋卷等。還包括不銹鋼帶、鍍鋅鋼帶、鍍錫鋼帶等。
冷軋薄鋼板、鋼帶（以下簡稱冷軋薄板）主要用于零件的沖壓加工，而冷軋薄板的力學性能十分重要，它直接關系到板材的沖壓性能。冷軋薄板是以不同的熱處理狀態分級的，不同硬度的材料，用于不同的加工方法，國家標準GB/T 13237-1991《上等碳素結構鋼冷軋薄鋼板和鋼帶》將冷軋薄板大致分為三級，P級用于普通沖壓，S級用于濃度沖壓，Z級用于*濃度沖壓。中國冶金標準YB/T 5059-1993《低碳鋼冷軋鋼帶》將薄鋼板按硬度分為五級，即：TR（特級）、R（軟）、BR（半軟）、DY（低硬）和Y（冷硬）。其實通過一定的冷軋變形程度和冷軋后熱處理的恰當配合，可以在廣泛的范圍內滿足用戶關于材料力學性能方面的要求。冷軋薄板根據用戶加工上的要求可以分成更多的級別。例如：日本工業標準JIS G3141-1996《冷軋碳素鋼鋼板和鋼帶》的分類除分為一般用（spcc）、沖壓用）(spcd)和深沖壓用（spce）三類外，還細分為退火、標準調質、1/8硬、1/4硬、1/2硬、全硬等級別。
在冷軋薄板力學性能的檢測方面，一些標準只規定了拉伸試驗，另一些標準除拉伸試驗外還規定了硬度試驗。
中國標準GB/T世界13237-1991就只規定了拉伸試驗，技術要求如表一所示：
| 牌號 | 抗拉強度/MPa | 伸長率不小于 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 拉延級別 | |||||
| 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 |
日本標準JIS G3141-1996《冷軋碳素鋼鋼板和鋼帶》（該標準中包含了冷軋薄鋼板和鋼帶）規定了拉伸試驗，也規定了硬度試驗，該標準的力學性能要求如下：
表二：標準調質和退火的鋼板、鋼帶的拉伸試驗質
| 牌號 | 抗拉強度/MPa 不小于 | 伸長率/%不小于 | 試樣 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 按以下公稱厚度/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號試樣軋制方向 |
表三：標準調質和退火的鋼板、鋼帶的硬度值。
| 調質區分 | 符號 | 硬度*大 | |
|---|---|---|---|
| HRB | HV | ||
| 退火 | A | 57 | 105 |
| 標準調質 | S | 65 | 115 |
注：厚度小于0.6mm的鋼板和鋼帶，原則上不進行拉伸試驗。
表四：1/8硬、1/4硬、1/2硬和全硬材料的拉伸試驗值勤。
| 調質區分 | 符號 | 抗拉強度/MPa | 伸長率/%*小 | 試樣 |
|---|---|---|---|---|
| 1/8硬 | 8 | 294～410 | 25 | 5號試樣軋制方向 |
| 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硬和全硬狀態的硬度值。
| 調質區分 | 符號 | 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，僅選用其中之一。
英國標準BS 1449/1.9-1991《厚板、薄板和鋼帶**部分：碳素鋼和碳錳鋼厚板、薄板和鋼帶——具有成形性能的冷軋窄鋼帶技術條件》對冷軋板分級為CS1（鋁**穩定化超深沖）、CS2（超深沖）、CS3（深沖）、CS4（折邊）、CS15（商品級）。這項標準的力學性能要求如表六所示：
表六：鋼材交貨時的力學性能
|
軋制狀態和 級別 |
退火（A）或平整冷軋（SP） 狀態 |
硬度 HV1)2) *大 |
屈服強度Re1)/MPa *小 |
抗拉強度Rm1)/MPa *小 |
伸長率A1)/%*小 |
彎心直徑1) （180°彎曲） |
|
| 原始標距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）窄鋼帶交貨應符合，或者硬度和彎曲試驗，或者拉伸和彎曲試驗，但硬度和拉伸試驗不應同時進行。
2） 對于SP（平整冷軋）狀態，與鍍層精整（PL）或鏡面光潔度（MF），或以“無拉伸痕”交貨的鋼材組合，*大硬度可以提高5個HV或抗拉強度可以提高20MPa。
3） 牌號CS2、CS3和CS4的硬度值僅適用于沸騰鋼。
如上所述冷軋薄板的力學性能可以通過拉伸試驗來檢測，也可以通過硬度試驗來檢測。由于硬度試驗設備簡單、易于掌握，試驗效率高，并且金屬硬度與強度之間有一定的對應關系，所以硬度檢測是確定材料力學性能的更方便的方法。冷軋薄板的硬度檢測可以用于冷軋板生產過程的質量控制，更適于生產沖壓產品的廠家對原材料進行力學性能的復檢。
日本工業標準JIS G3141-1996規定的硬度試驗是洛氏硬度HRB和維氏硬度HV。維氏硬度試驗用于冷軋薄板毫無總是洛氏硬度HRB卻不適用于測試薄板材料。因為當板材厚度小于2mm時，測試HRB硬度可能會因為發生“測砧效應”而使測量的硬度值失準。對于薄板材料，可以測試表面洛氏硬度HRN或HRT，然后換算成HRB或HV硬度。
目前冷軋薄帶材料正在向超薄方向發展，據報道，上海寶鋼已扎制出厚度為0.08mm的冷軋薄板帶材。采用本所生產的PHR-1S型表面洛氏硬度計，配一個金剛點砧座，就可測試薄至0.05mm冷軋薄板帶材料的硬度。
這種應用完全可以取代維氏硬度計，使冷軋薄板材料的力學性能檢測實現快速、簡便、經濟