不锈钢硬度的检测方法

不锈钢硬度的检测方法 不锈钢产品按交货形状分类可分为不锈钢板、不锈钢带、不锈钢管、不锈钢棒、不锈钢丝等。如果按照金相组织分类则可分为以下五种类型：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体－铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。各种不锈钢都是以退火、调质、固溶、淬火或回火等各种不同的热处理状态供货的。 1 不锈钢的力学性能 不锈钢材料的力学性能十分重要，它关系到以不锈钢为原料而进行的变形、冲压、切削等加工的性能和质量。因此，几乎所有的不锈钢材料都要求进行力学性能测试。力学性能测试方法主要分两类，一类是拉伸试验，一类是硬度试验。 拉伸试验是将不锈钢材料制成试样，在拉伸试验机上将试样拉至断裂，然后测定一项或几项力学性能，通常仅测定抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和断面收缩率。拉伸试验是金属材料最基本的力学性能试验方法，几乎所有的金属材料，只要对力学性能有要求，都规定了拉伸试验。特别是那些形状不便于进行硬度试验的材料，拉伸试验成为唯一的力学性能检测手段。 硬度试验是将一个硬质压头按规定条件缓慢压入试样表面、然后测试压痕深度或尺寸，以此确定材料硬度的大小。硬度试验是材料力学性能试验中最简单、最迅速、最易于实施的方法。硬度试验是非破坏性的，材料硬度值与抗拉强度值之间有近似的换算关系。材料的硬度值可以换算成抗拉强度值，这一点具有很大的实用意义。 由于拉伸试验不便于测试，并且由硬度换算到强度很方便，因此人们越来越多地只测试材料硬度而较少测试其强度。特别是由于硬度计制造技术的不断进步和推陈出新，一些原来无法直接测试硬度的材料，如不锈钢管材、不锈钢线材、极薄的不锈钢材板和不锈钢带材等，现在都已经可以直接测试硬度了。所以，存在一个硬度试验逐渐代替拉伸试验的趋势。 在不锈钢材料的国家标准中大多数都同时规定了拉伸试验和硬度试验。小部分不便于进行硬度试验的材料，例如不锈钢管材和线材只规定了拉伸试验。在不锈钢标准中，一般都规定了布、洛、维三种硬度试验方法，测定HB、HRB（或HRC）和HV硬度值，规定三种硬度值只测其一即可。 奥氏体不锈钢和奥氏体—铁素体不锈钢通常都以固溶状态供货，铁素体不锈钢通常以退火状态供货，标准中规定了这些材料硬度的上限值。马氏体不锈钢一部分以退火状态供货，标准中规定了硬度的上限值，另一部分马氏体不锈钢以淬火及回火状态供货，标准中规定了硬度的下限值。沉淀硬化型不锈钢当以固溶状态供货时，标准中规定了硬度的上限值，以时效状态供货时，标准中规定了硬度的下限值。总之，各种牌号不锈钢材料的硬度被规定为不高于某个硬度值或不低于某个硬度值。 中国标准GB/T 4239《不锈钢和耐热钢冷轧钢带》规定了不锈钢冷轧带材的力学性能，如表一~表六所示。标准中规定：硬度检验要根据带材的尺寸和状态选择其中一种方法。 表一 固溶处理的奥氏体不锈钢带的力学性能要求 牌号 拉伸试验 硬度试验 σ0.2 MPa σb MPa δ5 % HRB HV 不小于 不大于 1Cr17Mn6Ni5N 245 635 40 100 253 1Cr18Mn8Ni5N 245 590 40 95 218 2Cr13Mn9Ni4 - 590 40 - - 1Cr17Ni7 205 520 40 90 200 1Cr17Ni8 205 570 45 90 200 1Cr18Ni9 205 520 40 90 200 1Cr18Ni9Si3 205 520 40 95 218 0Cr18Ni9 205 520 40 90 200 00Cr19Ni10 175 480 40 90 200 0Cr19Ni9N 275 550 35 95 220 0Cr19Ni10NbN 345 685 35 100 260 00Cr18Ni10N 245 550 40 95 220 1Cr18Ni12 175 480 40 90 200 0Cr23Ni13 206 520 40 90 200 0Cr25Ni20 205 520 40 90 200 0Cr17Ni12Mo2 205 520 40 90 200 00Cr17Ni14Mo2 175 480 40 90 200 0Cr17Ni12Mo2N 275 550 35 95 200 00Cr17Ni13Mo2N 245 550 40 95 200 0Cr18Ni12Mo2Cu2 205 520 40 90 200 00Cr18Ni14Mo2Cu2 175 480 40 90 200 0Cr19Ni13Mo3 205 520 40 90 200 00Cr19Ni13Mo3 175 480 40 90 200 0Cr18Ni16Mo5 175 480 40 90 200 0Cr18Ni10Ti 205 540 40 90 200 1Cr18Ni9Ti 205 540 40 90 200 0Cr18Ni11Nb 205 520 40 90 200 0Cr18Ni13Si4 205 520 40 95 218 表二 固溶处理奥氏体——铁素体型不锈钢带的力学性能要求 牌号 拉伸试验 硬度试验 σ0.2 MPa σb MPa δ5 % HRC HV 不小于 不大于 0Cr26Ni5Mo2 390 590 18 29 292 00Cr24Ni6Mo3N 450 620 18 32 320 表三 退火处理的铁素体型不锈钢带的力学性能要求 牌号 拉伸试验 硬度试验 弯曲试验 σ0.2 MPa σb MPa δ5 % HRB HV 180° 不小于 不大于 0Cr13A1 175 410 20 88 200 d=a 00Cr12 195 365 22 88 200 d=2a 1Cr15 205 450 22 88 200 d=2a 1Cr17 205 450 22 88 200 d=2a 00Cr17 175 365 22 88 200 d=2a 1Cr17Mo 205 450 22 88 200 d=2a 00Cr17Mo 245 410 20 96 230 d=2a 00Cr18Mo2 245 410 20 96 230 d=2a 00Cr30Mo2 295 450 22 95 220 d=2a 00Cr27Mo 245 410 22 90 200 d=2a 注：d—弯心直径；a—钢带厚度。 表四 退火处理的马氏体不锈钢带的力学性能要求 牌号 拉伸试验 硬度试验 弯曲试验 σ0.2 MPa σb MPa δ5 % HRB HV 180° 不小于 不大于 1Cr12 205 440 20 93 210 d=2a 0Cr13 205 410 20 88 210 d=2a 1Cr13 205 440 20 93 200 d=2a 2Cr13 225 520 18 97 234 - 3Cr13 225 540 18 99 247 - 3Cr16 225 520 18 100 253 - 7Cr17 245 590 15 HRC≤25 269 - 注： d—弯心直径；a—钢带厚度。 表五 淬火回火处理的马氏体不锈钢带的力学性能要求 牌号 HRC 3Cr13 ≥40 7Cr17 ≥40 表六 固溶处理的沉淀硬化不锈钢板带的力学性能要求 牌号 热处理 种类 拉伸试验 硬度试验 σ0.2 MPa σb MPa δ5 % HRC HRB HV 0Cr17Ni7A1 固溶 ≤380 ≤1030 ≥20 - ≤92 ≤200 565℃时效 ≥960 ≥1140 a≤3.0mm ≥3 a>3.0mm ≥5 ≥35 - ≥345 510℃时效 ≥1030 ≥1225 a≤3.0mm 不规定 a>3.0mm ≥4 ≥40 - ≥392 注：a—钢带厚度。 2 不锈钢材料按热处理状态（或硬度）的分级 在全世界的不锈钢产品中７５％是不锈钢板和不锈钢带材，其中冷轧不锈钢板和不锈钢带又占８０％以上。不锈钢板带材料主要用于冲压加工，有一些还被用于制造焊接不锈钢管，这些加工都要求材料具有合适的硬度，只有这样才能保证材料的冲压性能和变形性能。 在中国的不锈钢标准中，不锈钢板和不锈钢带材料基本上没有按硬度（调质度）进行分级，这一点与国外标准是有差距的，使冲压加工在材料的采用上缺乏选择空间。其实通过一定的冷轧变形程度和冷轧后热处理程度的适当配合，可以在广泛的范围内满足用户在材料力学性能方面的要求，冷轧不锈钢板和不锈钢带材料可以根据用户在加工上的要求按硬度分成更多的级别。 美国标准ASTM A666－1966b《退火或冷加工奥氏体不锈钢薄板、钢带、厚板和扁钢》中就将不锈钢板和不锈钢带材按硬度分为退火、1/16硬、1/8硬、1/4硬、1/2硬和全硬等级别，对于每一硬度级别的材料，都分别规定了力学性能方面的要求，如表七所示。 表七 力学性能要求 牌 号 抗拉强度 最小MPa 屈服强度 最小MPa 伸长率,50mm或2in,最小,% 硬度，最大 HB HRB 退 火 201-2 201-2 202 - 205 301 302 304 304L 304N 304LN 316 316L 316N XM-11 XM-14 S201001级 S201002级 S20200 S20400 S20500 S30100 S30200 S30400 S30403 S30451 S30453 S31600 S31603 S31651 S21904 薄板 钢带 厚板 S21460 655 655 620 655 790 515 515 515 485 550 515 515 485 550 690 620 725 260 310 260 330 450 205 205 205 170 240 205 205 170 240 415 345 380 40 40 40 35 40 40 40 40 40 30 40 40 40 35 40 45 40 217 241 241 241 255 217 201 201 201 217 217 217 217 217 - - - 95 100 - 100 100 95 92 92 92 95 95 95 95 95 - - - 牌 号 抗拉强度 最小MPa 屈服强度 最小MPa 伸长率，50mm或2in，最小，% <0.015in 0.015~0.030in >0.030in 1/16硬 201 205 301 302 304 304L 304N 304LN 316 316L 316N S20100 PSS FB S20500 S30100 S30200 PSS FB S30400 PSS FB S30403 S30451 S30453 S31600 PSS FB S31603 S31651 655 515 790 620 585 620 550 620 550 620 620 585 620 585 620 310 275 450 310 310 310 310 310 310 310 310 310 310 310 310 40 - 40 40 40 - 35 - 40 40 40 35 - 35 35 40 - 40 40 40 - 35 - 40 40 40 35 - 35 35 40 40 40 40 40 40 35 40 40 40 40 35 40 35 35 1/8硬 201 205 301 302 304 304L 304N 304LN 316 316L 316N S20100 S20500 S30100 S30200 S30400 S30403 S30451 S30453 S31600 S31603 S31651 390 790 690 690 690 690 690 690 690 690 690 380 450 380 380 380 380 380 380 380 380 380 45 40 40 35 35 30 37 33 30 25 32 45 40 40 35 35 30 37 33 30 25 32 45 40 40 35 35 30 37 33 30 25 32 1/4硬 201 202 - 205 301 302 304 304L 304N 304LN 316 316L 316N XM-11 S20100 S20200 S20400 S20500 S30100 S30200 S30400 S30403 S30451 S30453 S31600 S31603 S31651 S21904 860 860 965 860 860 860 860 860 860 860 860 860 860 895 515 515 960 515 515 515 515 515 515 515 515 515 515 795 25 12 20 45 25 10 10 8 12 10 10 8 12 15 25 12 20 45 25 10 10 8 12 10 10 8 12 15 25 - 20 45 25 10 12 10 12 12 10 8 12 - 1/2硬 201 205 301 302 304 304L 304N S20100 S20500 S30100 S30200 S30400 S30403 S30451 1035 1035 1035 1035 1035 1035 1035 760 760 760 760 760 760 760 15 15 15 9 6 5 6 18 18 18 10 7 6 6 18 18 18 10 7 6 8 1/2硬 304LN 316 316L 316L S30453 S31600 S31603 S31651 1035 1035 1035 1035 760 760 760 760 6 6 5 6 7 7 6 8 7 7 6 8 3/4硬 201 205 301 302 S20100 S20500 S30100 S30200 1205 1205 1205 1205 930 930 930 930 10 15 10 5 12 15 12 6 12 15 12 6 全硬 201 S20100 1275 965 8 9 9 205 301 302 S20500 S30100 S30200 1275 1275 1275 965 965 965 10 8 3 10 9 4 10 9 4 　 　 　 　 　 　 　 　 在美国标准ASTM A276－1996《不锈钢棒材和型钢》中。对于不锈钢棒材也按不同的热处理状态分为若干个硬度级别，例如：Ａ（退火）、Ｈ（低温淬火＋回火）、Ｔ（高温淬火＋回火）、Ｓ（相对较小的冷加工）、Ｂ（相对较大的冷加工）等，不同状态的棒材都规定了不同的拉伸试验和硬度试验数值。 3 不锈钢硬度的检测方法 在美国的金属材料标准中，关于硬度试验，有一个突出的特点，就是优先采用洛氏硬度试验，辅之以布氏硬度试验，很少采用维氏硬度试验，美国方面认为，维氏硬度试验主要应该用于金属研究和薄小零件的测试。 中国和日本的标准都是三种硬度试验同时采用，用户可根据材料的厚度和状态以及自身条件选用其中一种来测试不锈钢材料。 日本不锈钢标准中关于拉伸试验和硬度试验方面的规定与中国相应标准相同，数值相近，这里能看到中国标准参照采用日本标准的痕迹。 在不锈钢硬度检测方面，洛氏硬度计是一个值得优先采用的仪器，它设备简单，易于操作，无需专业检验员，可以直接读出硬度值，试验效率高，十分适合工厂使用。 关于采用洛氏硬度计进行不锈钢硬度的检测，在不锈钢标准中一般只规定了HRC和HRB两个标尺。对于退火的不锈钢材料，一般都对应于每一个牌号的不锈钢品种规定了硬度值应不大于某一个HRB值，一般在88－96HRB范围内。而对于淬火回火的马氏体不锈钢，一般都对应于每一个牌号的不锈钢品种，规定了硬度值不小于某一个HRC值，一般在32－46HRC范围内。 在不锈钢标准中只规定了采用洛氏硬度计HRB和HRC标尺。其实表面洛氏硬度计也完全可以应用于检测不锈钢。因为它的原理与洛氏硬度计完全相同，只是试验力较小而已。并且其硬度值可以很方便地换算成HRB、HRC或者布氏硬度HB、维氏硬度HV。相应的换算表在本公司的网站中可以找到，这些换算表来源于美国标准ASTM或国际标准ISO。对于薄壁细不锈钢管、薄不锈钢板、薄不锈钢带、细不锈钢线等，采用表面洛氏硬度计会非常方便。特别是本公司最新研制的便携式表面洛氏硬度计、管材洛氏硬度计，可以对薄至0.05mm的不锈钢板、不锈钢带以及细到Ø４.8mm的不锈钢管进行快速、准确的硬度检测，使得过去在国内难以解决的问题迎刃而解。 下面分别介绍各种不同形状不锈钢的硬度检测方法。 3.1不锈钢板、不锈钢带 不锈钢板包括热轧板和冷轧板。厚度大于1.2mm的不锈钢板带的硬度测试采用洛氏硬度计，测试HRB、HRC硬度。厚度在0.2～1.2mm 的不锈钢板带采用表面洛氏硬度计测试HRT或HRN硬度。厚度小于0..2mm的不锈钢板带，采用表面洛氏硬度计配合金刚石点砧座，测试HR30Tm硬度。 对于厚度0.3～6mm的退火不锈钢板、不锈钢带，也可以采用W-B92型韦氏硬度计，这种仪器测试快速，简便，可以在生产线上对运动中的钢带进行测试。十分适于对退火不锈钢材料进行现场合格检验。 3.2不锈钢管 不锈钢管包括接焊不锈钢管和冷拔不锈钢管。内径大于Ø30mm，壁厚大于１.２mm的不锈钢管，采用洛氏硬度计，测试HRB、HRC硬度。内径大于Ø30mm，壁厚小于１.２mm的不锈钢管，采用表面洛氏硬度计，测试HRT或HRN硬度。内径小于Ø30mm，大于Ø４.8mm的不锈钢管，采用管材专用洛氏硬度计，测试HR15T硬度。当管材内径大于Ø30mm时，还可以用洛氏或表面洛氏硬度计测试管材内表面的硬度。 对于内径在Ø６.0mm以上，壁厚在6mm以下的退火不锈钢管材，可以采用Ｗ－B92型韦氏硬度计，它测试非常快速、简便，适于对不锈钢管材做快速无损的合格检验。 3.3不锈钢棒 对于直径小于Ø180mm的不锈钢棒可以采用洛氏硬度计，测试HRB或HRC硬度。 3.4不锈钢丝 对于直径大于Ø２.0mm的不锈钢丝，可以采用表面洛氏硬度计测试HRT或HRN硬度。 3.5关于曲面材料硬度值的修正 对于不锈钢管、棒、丝材料，由于试样曲率半径不同，测量的洛氏硬度值会产生一些偏差，曲率半径越小，偏差就会越大。因此国家标准规定，要根据试样的曲率半径对测量值进行修正，凸柱面的试样要加上一个数值，凹柱面的试样要减去一个数值，相应的硬度值修正表在国家标准和仪器的使用说明书都可以找到。修正后的硬度值都被折算到相同条件下平面试样的硬度值，这样的数值就可以做相互比较了。 4 关于不锈钢带生产过程中的在线硬度检测 在不锈钢带的生产过程中，有一个十分重要的工序，这就是退火处理。不锈钢的退火处理通常是在连续退火机组上进行的，不锈钢带以某一速度连续运动，不锈钢的硬度主要依*改变运动速度或调节退火炉温度来调整。不锈钢带材的硬度是一项十分重要的质量指标。它关系到以不锈钢带为原料的冲压、焊管及其他变形或不变形加工的产品质量和工作效率。如何能在不停机的条件下，在生产现场快速无损地检测不锈钢带的硬度，通过现场调整工艺参数保证最终产品的硬度在规定范围之内。这是不锈钢带生产，以及冷轧钢带生产中一项亟待解决的难题。 沈阳天星试验仪器有限公司最新生产的Ｗ－B92型韦氏硬度计较好地解决了这一问题。这种仪器有20个刻度，它采用洛氏硬度值为55HRB的校准洛氏硬度块来校正仪器，这一硬度值被设定在仪器5HW的位置，这种仪器可以当作一台简单的HRB洛氏硬度计来使用。它可以有效地区分退火不锈钢带的软态、1/8硬、1/4硬、1/2硬及全硬状态。仪器重量不到１kg，它象一把钳子一样（俗称钳式硬度计或硬度钳），在钢带上卡一下即可。测试后在钢带上只留下一个极小的压痕，这个压痕既不影响外观，又不影响使用，可认为是无损检测。整个操作过程只需要１秒钟时间。这种仪器的采用可以有效地解决不锈钢带硬度的在线检测，在线控制问题。可以有效地提高不锈钢带产品的合格率，降低不锈钢带产品硬度的分散性，提高工厂的质量管理水平。我们相信这种新改进的W-B92型韦氏硬度计，在不锈钢加工行业一定会受到广泛的欢迎。