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冷轧薄钢板的硬度检测
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《优质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级用于深度冲压，Z级用于最深度冲压。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 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
|
硬度最大 | |
|---|---|---|---|
|
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。
| 调质区分 | 符号 | 抗拉强度/MPa | 伸长率/%最小 |
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、薄板和钢带第一部分：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（铝镇静稳定化超深冲）、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)最大
|
屈服强度Re1)/MPa最小
|
抗拉强度Rm1)/MPa最小
|
伸长率A1)/%最小
|
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，最大硬度可以提高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。维氏硬度试验可用于冷轧薄板，但洛氏硬度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。
笔者所在的沈阳市天星试验仪器有限公司生产了一种便携式表面洛氏硬度计，它非常适合测试薄板和钢带材料，它可以在生产现场、销售现场或材料仓库快速进行冷轧薄板材料的洛氏硬度检测，完成一次测量仅需要10秒钟时间，检测的板材厚度范围为0.05-50mm。这种仪器可以用在冷轧薄板带的生产线上，对产品的热处理效果进行在线的质量控制。这种仪器更适用于冲压产品的生产厂家。可以用它对购入的板材硬度进行复检，可以携带它去钢材市场选购材料，也可以利用它对自己厂生产的冲压产品进行硬度检测。
这种仪器如果配上一个支承座，还可以放到办公桌上使用。可以对成批的成品或半成品工件做逐件检测。它的测试精度与台式洛氏硬度计相同。
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冷轧薄板带材料的硬度。
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。
