硬度计在冷轧薄钢板、钢带的硬度检测及应用
硬度计在冷轧薄钢板、钢带的硬度检测及应用
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《上等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级用于浓度冲压，Z级用于*浓度冲压。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世界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*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勤。
| 调质区分 | 符号 | 抗拉强度/MPa | 伸长率/%*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**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**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) *大 |
屈服强度Re1)/MPa *小 |
抗拉强度Rm1)/MPa *小 |
伸长率A1)/%*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，*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。维氏硬度试验用于冷轧薄板毫无总是洛氏硬度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。
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