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| 标准编号 | GB/T 8363-2018 (GB/T8363-2018) | | 中文名称 | 钢材 落锤撕裂试验方法 | | 英文名称 | Steel -- Drop-weight tear tests method | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | H22 | | 国际标准分类 | 77.040.10 | | 字数估计 | 26,281 | | 发布日期 | 2018-02-06 | | 实施日期 | 2018-11-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 8363-2018
Steel-Drop-weight tear tests method
ICS 77.040.10
H22
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 8363-2007
钢材 落锤撕裂试验方法
2018-02-06发布
2018-11-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 试验原理 1
4 术语和定义 1
5 符号及说明 2
6 试样 2
7 试验设备及仪器 5
8 试验步骤 7
9 试验结果评定 8
10 试验结果的不确定度 11
11 试验报告 11
附录A(规范性附录) 控轧管线钢断口分离面上脆性断裂区的处理和异常断口的评定 13
附录B(资料性附录) DWTT仪器化系统(示波系统) 16
参考文献 20
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准代替GB/T 8363-2007《铁素体钢落锤撕裂试验方法》,与GB/T 8363-2007相比,主要技
术内容变化如下:
---根据标准的适用范围修改了标准名称;
---增加了术语及定义中有关总吸收能量、裂纹启裂能量、裂纹扩展能量的说明(见第4章);
---增加了符号及说明(见第5章);
---修改了人字型缺口底部半径要求的描述(见第6章);
---增加了试样支撑装置应具有防晃动要求(见第7章);
---将文中“净截面”修改为“评判区域”;
---增加了试样在气体介质下的保温时间(见第8章);
---增加了有关测定Et、测定Ei与Ep的描述(见第9章);
---增加了报告中有关减薄方法的描述要求;
---增加了第10章报告中对Et、Ei、Ep的修约要求;
---修改了规范性附录A中有关断口分离面上脆性区域的评判方法;
---在附录A中,增加了异常断口示意图;
---增加了资料性附录B“DWTT试验仪器化系统(示波系统)”;
---增加了参考文献。
本标准由中国钢铁工业协会提出。
本标准由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。
本标准起草单位:宝山钢铁股份有限公司、中国石油天然气集团公司管材研究所、深圳万测试验设
备有限公司、冶金工业信息标准研究院、江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院。
本标准主要起草人:方健、陈宏达、黄星、董莉、张建伟、孙小伟。
本标准所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 8363-1987;GB/T 8363-2007。
钢材 落锤撕裂试验方法
1 范围
本标准规定了钢材落锤撕裂试验方法的试验原理、术语和定义、符号及说明、试样、试验设备及仪
器、试验步骤、试验结果的不确定度和试验报告。
本标准适用于厚度3mm~40mm的钢板和管材的落锤撕裂试验和结果评定。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2975钢及钢产品 力学性能试验取样位置和试样制备
3 试验原理
用一定高度的落锤或摆锤一次性冲断处于简支梁状态的试样,测试钢材的落锤撕裂性能,如剪切面
积百分数、总吸收能量、裂纹启裂能量等。
4 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
4.1
落锤撕裂试验 drop-weightteartest;DWTT
用一定高度的落锤或摆锤一次性冲断处于简支梁状态的试样,并评定相关性能结果的试验。
4.2
管直径与壁厚比 diameter-to-thicknessratio
钢管直径D 与壁厚t的比值,简称D/t。
4.3
剪切断裂区 shear-fracturesurfaces
按本方法冲断的试样断裂面上呈暗灰色纤维状的断裂区。
4.4
解理断裂区 cleavage-fracturesurfaces
按本方法冲断的试样断裂面上呈发亮结晶状的断裂区。
4.5
按本方法测量的韧性断裂区面积与用于评定的评判区域面积之比(评判区域面积的定义见9.2),用
百分数表示,记作SA%。
4.6
压制缺口 pressednotch
用专用压头在试样上单边压制的V型缺口。
4.7
人字型缺口 chevronnotch
用机加工方式在试样上单边加工的人字型缺口。
4.8
总吸收能量 totalabsorbedenergy
Et
将DWTT试样冲断所消耗的总能量。
4.9
Ei
DWTT试样启裂时所消耗的能量。
注:通常情况下将力-位移曲线上最大力点作为名义启裂点
4.10
Ep
DWTT试样启裂至断裂过程所消耗的能量。
5 符号及说明
本标准所使用的符号及说明见表1。
表1 符号及说明
符号 说明 单位
t 试样厚度或壁厚 mm
Et 总吸收能量 kJ
Ei 裂纹启裂能量 kJ
Ep 裂纹扩展能量 kJ
6 试样
6.1 试样的取样部位和方向
6.1.1 在钢板上取样时,取样部位和方向应按相关产品标准、协议的规定或参照GB/T 2975执行。样
坯应取自其他力学性能试样的附近。在钢管上取样时,按有关标准或协议规定,如无规定时,按图1所
示取样。
a) 直缝焊钢管 b) 螺旋焊钢管
说明:
1---焊缝。
图1 在钢管上取样部位示意图
6.1.2 在钢管上取样时,可用全压平或不全压平试样。通常,D/t≥40时,使用全压平试样,D/t< 40
时,使用不全压平试样,在试样中部25mm~51mm长的部位保留钢管的原始曲率。如压平时样坯发
生扭曲,则应舍弃该样坯,重新取样。如全压平试样和不全压平试样的试验结果有明显差异,或仲裁试
验,则应采用不全压平试样。
注:试样全压平会导致断裂剪切面积百分数减小。
6.2 取样数量
试样数量应根据有关标准或协议规定,如无规定,一般取2个试样。
6.3 试样尺寸及公差
无论采用何种方法从钢板或钢管上切取试样,应通过机械加工去除剪切变形区或热影响区。试样
尺寸及公差见图2。
单位为毫米
说明:
A---截面线。
图2 压制缺口试样
6.4 缺口几何形状
缺口几何形状可采用压制缺口或人字型缺口。低韧性管线钢与其他钢材应选用压制缺口,高韧性
管线钢优先选用人字型缺口。人字型缺口可降低DWTT吸收能量,在一定程度上减小高韧性管线钢
经常发生的如附录A中定义的异常断口的概率。压制缺口和人字缺口要求如下:
a) 压制缺口是用刃口角度为45°±2°的特制钢压刀在试样上压制出图2所示的V型缺口。不准
许采用其他机械加工方法。压制缺口前应对压刀刀刃及角度进行检查,刀刃不应有缺陷,压入
深度应符合图2所示的公差范围。
注:如需要试验的试样较多,可以使用控制压入深度的装置。
b) 人字型缺口可以用线切割或锯切成如图3所示的形状,缺口底部半径没有要求(缺口底部可呈
圆形或平底)。
单位为毫米
说明:
A---截面线。
图3 人字型缺口试样
6.5 试样厚度
如钢板的厚度或钢管的壁厚不大于19.0mm,应用原板厚或原壁厚试样。如厚度或壁厚大于
19.0mm,可依据试验机的最大能量采用下列任意一种方式:
a) 原板厚或原壁厚试样;
b) 减薄试样,可对试样的一个或两个表面进行机械加工,将试样厚度减薄至19.0mm±
0.12mm。若采用减薄试样,则实际的试验温度应低于规定试验温度,其降低量如表2所示,但
试验报告仍按规定的试验温度填写。报告中应标注减薄方法(单面减薄或双面减薄)[1]。
注:不同减薄方法可能会影响试验结果。
表2 试验温度降低量
钢板厚度或钢管壁厚度
mm
试验温度降低量
>19.0~22.2
>22.2~28.6
>28.6~40.0
7 试验设备及仪器
7.1 试验机可为摆锤式或落锤式。为了保证将试样一次冲断,试验机应具有足够的能量。
7.2 试验机冲击能量的选用可参照图4给出的夏比V型缺口标准冲击试样冲击总吸收能量与部分压
制缺口DWTT以及人字型缺口DWTT吸收能量之间的近似关系曲线。
图4 夏比V型缺口标准冲击试样总吸收能量与压制缺口、人字型缺口DWTT总吸收能量的近似关系
7.3 试验机应有坚实的地基和稳固的主体结构,锤体部分的所有配重与零部件应始终处于紧固状态。
7.4 当测定DWTT总吸收能量时,试验机应满足下列要求:
a) 初始位能与试验机标称值的相对误差在±1% 以内;
b) 空打冲击能量的损失应在额定量程值的0.5% 以内。
7.5 试验机的冲击速度应在5m/s~9m/s范围内。
7.6 锤刃应有足够的硬度(HRC >56)。锤刃曲率半径及其公差应符合图5的要求,锤头打击试样时,
其锤刃中心线应与支座跨距中心一致,偏差不大于±1.5mm。
单位为毫米
图5 DWTT试样支承装置及锤刃尺寸
7.7 试样支承装置应符合下列要求:
a) 试样的支座应有足够的硬度(HRC >56),尺寸及公差应符合图5的规定;
b) 两支座应平行、等高。支座跨距应符合图5的规定;
c) 使用落锤试验机时,支承装置应有防止试样晃动、倾倒的附件。
注:试样支承装置应具有足够的空间确保试样被一次冲断并不受妨碍地顺利通过支座,这需综合考虑锤刃曲率半
径、支座半径实际公差的选取以及支座跨距的调整、试样宽度实际公差的选取,使两支座内侧的距离减去锤刃
直径以及2倍试样宽度的值不小于5mm。
7.8 测温仪器的示值误差不大于±0.5℃,数显式的分辨力应不大于0.1℃,刻度式的最小分度应不大
于1℃。
8 试验步骤
8.1 试样的加热与冷却有以下两种方式:
a) 液体介质:在-75℃~+100℃的温度范围内,应将试样完全浸入装有适宜液体的保温装置
内,试样之间的间距以及试样距保温装置边缘或底部的距离应至少为25mm或至少等于试样
厚度,取数值较大者。液体温度应在试验目标温度±1℃以内。试样在试验温度中的最短保
温时间在表3中给出。为保证温度均匀,应使保温装置内的液体保持连续流动。
表3 液体介质时试样的最短保温时间
试样厚度t
mm
最短保温时间
min
t< 12.7 15
≥12.7~< 25.4 25
≥25.4~< 38.1 45
≥38.1~≤40 48
b) 气体介质:将试样置于密闭的容器内,试样之间和试样与容器壁(底部和侧壁)之间至少应有
50mm或两倍试样厚度的间距,取较大者。容器内应采取措施,使气体介质循环流动以保证
温度均匀,容器内所有有效空间的温度与试验目标温度±1℃以内。最短的保温时间应按照
表4的规定。
表4 气体介质时试样的最短保温时间
试样厚度t
mm
最短保温时间
min
强制对流 自然对流
< 12.7 80 140
≥12.7~25.4 120 230
>25.4~38.1 150 310
8.2 从保温装置中取出试样装入试验机并迅速打断。试样自离开保温装置至打断的时间不应超过
10s,若超过10s仍未冲击,则应将试样放回保温装置中至少再保温10min。不准许用与试验温度有
明显差异的器械接触试样中心部分。
8.3 安装试样时,应采取适当措施使试样缺口中心线与支座跨距中心一致,允许偏差±1.5mm,并应
使试样缺口中心线与锤刃中心线一致,允许偏差±1.5mm。
8.4 若试验温度超出8.1规定的范围,保温装置内介质温度与要求的试验温度的允许偏差为±1℃,或
协议规定。
9 试验结果评定
9.1 总则
DWTT试验结果包括评定断口的剪切面积百分数(SA%)或同时测定DWTT试样总吸收能量
(Et)、裂纹启裂能量(Ei)与裂纹扩展能量(Ep)。
9.2 评定SA%
9.2.1 概述
DWTT试样断口形貌通常有两种,一种是试样断口横截面上全部为韧性断裂区或脆性断裂区,另
一种是从缺口根部开始呈现脆性断裂区,从缺口根部至锤击侧由脆性断裂转变为韧性断裂。
9.2.2 确定断口的评判区域
试样断口的评定是测量评判区域上剪切面积百分数。厚度t≤19.0mm的试样按图6所示确定断
口的评判区域,即在试样横截面上从压制缺口根部或人字型缺口的尖端起扣除一个试样厚度并从锤击
侧扣除一个试样厚度后的截面;厚度t >19.0mm的试样,评判区域是在试样横截面上从压制缺口根部
或人字型缺口的尖端起和从锤击侧各扣除19.0mm后的截面。
说明:
1---压制缺口或人字型缺口;
2---断口的评判区域。
图6 断口的评判区域
9.2.3 确定韧性断裂区与脆性断裂区
9.2.3.1 在断口的评判区域内,按4.3和4.4定义确定韧性断裂区和脆性断裂区。
9.2.3.2 试样如出现图7所示的断口形貌,应将评判区域上出现韧性断裂和脆性断裂相间区域中的韧
性断裂部分也作为脆性断裂处理。
说明:
1---脆性断裂区;
2---评定SA%时只包括断口边缘部分的韧性断裂区。
图7 韧性和脆性断裂区相间的断口形貌
9.2.4 计算剪切面积百分数
对于控轧管线钢断口分离面上脆性断裂区的处理和异常断口的评定,应按附录A的规定执行。可
采用以下方法计算剪切面积百分数:
a) 求积法:在附有标尺的断口照片或光学投影图上用求积仪测出脆性断裂区的面积,用评定断口
的评判区域面积减去脆性断裂区面积,再除以评判区域面积,并用百分数表示。这种方法一般
用于仲裁或有争议及用其他方法难以确定的情况。
b) 比对法:将击断的试样断口与一组和试样厚度相同且经过标定的断口照片或实物断口相对
比,得到剪切面积百分数。断口照片和实物断口的标定按求积法的规定进行。
c) 测量法:根据图8给出的三种典型的试样断口形貌,用下列方法确定剪切面积百分数。
---若断口形貌介于图8a)~图8b),测量“t”线之间脆性断裂区的宽度A 和长度B,厚度t
< 19.0mm的试样按式(1)计算剪切面积百分数,厚度t≥19.0mm的试样按式(2)计算剪
切面积百分数。由式(1)与式(2)计算出的剪切面积百分数通常在45%~100%。
SA%=
(71-2t)t-0.75AB
(71-2t)t ×
100 (1)
SA%=
33t-0.75AB
33t ×100
(2)
式中:
SA%---剪切面积百分数;
t ---试样厚度,单位为毫米(mm);
A ---缺口根部“t”线处脆性断裂区宽度,单位为毫米(mm);
B --- “t”线间脆性断裂区长度,单位为毫米(mm)。
注:对于不同厚度的试样,可预先制好SA%与A、B关系曲线图,测量A和B的尺寸后,由SA%与A、B关系曲线图
确定剪切面积百分数。图9是10mm厚的试样SA%与A、B关系曲线图实例。
a) SA%=100
b) SA%≈45
c) 脆性断裂区纵贯全断面
说明:
1---t,即试样厚度;
2---“t”线;
A---剖面线;
4---A1 宽度[见式(3)];
5---A2 宽度[见式(3)];
6---A3 宽度[见式(3)]。
图8 典型的DWTT试样断口形貌
---若断口呈图8c)形貌,则在两条“t”线处和两条“t”线之间的中点处测量脆性断裂区的宽度
A1、A2、A3,按式(3)计算剪切面积百分数。
SA%=
t-(A1+A2+A3)/3
t ×100
(3)
式中:
SA%---剪切面积百分数;
t ---试样厚度,单位为毫米(mm);
A1 ---缺口根部“t”线处脆性断裂区宽度,单位为毫米(mm);
A2 ---锤击侧“t”线处脆性断裂区宽度,单位为毫米(mm);
A3 ---两条“t”线之间的中点处“t”线处脆性断裂区宽度,单位为毫米(mm)。
图9 10mm厚的试样SA%与A、B关系曲线图
注:也可采用与上述三种方法等效的其他方法(如采用光学断口分析仪、机器视觉系统等)测定剪切面积百分数。
9.3 测定Et
9.3.1 由机械能守恒原理,采用摆锤式试验机时根据摆锤初始释放角与止摆角的位置,由指针或数显
直接示出Et,采用落锤式试验机时需测定试样冲击断裂前后的动能与势能变化量,计算获得Et。
9.3.2 采用摆锤式试验机时,试验前应检查摆锤空打的回零差或空载能耗。
注:采用摆锤式试验机,总吸收能量Et宜在试验机实际势能的20%~80%。
9.4 测定Ei与Ep
可通过仪器化系统(示波系统),记录DWTT试样冲击断裂过程中力-位移关系曲线,经积分获得
Ei与Ep,参见附录B。
9.5 试验无效
由于试验机能量不足或冲击时试样翘曲,导致试样经一次冲击未完全断裂时试验无效。
注:试样厚度小于5mm时容易翘曲。
10 试验结果的不确定度
10.1 影响试验结果不确定度的因素包括试样类型、试样尺寸、尺寸测量不确定度、试样对中状态、试验
温度、材料性能、试验机有关参数和断口评定方法等。
10.2 对于上述因素对试验结果不确定度的影响,仍缺少充分的数据分析,因此目前尚不能评定试验结
果的不确定度。
11 试验报告
11.1 试验报告应包括如下内容:
a) 本标准编号;
b) 材料的特征描述;
c) 试样编号;
d) 试样在产品中的部位和方向;
e) 试样公称厚度(或试样实际厚度);
f) 试样类型;
g) 试样减薄方式;
h) 试验温度;
i) 断口的剪切面积百分数SA%,修约至整数。
11.2 试验报告也可包括如下内容:
a) Et,修约至0.1kJ;
b) Ei,修约至0.1kJ;
c) Ep,修约至0.1kJ。
附 录 A
(规范性附录)
控轧管线钢断口分离面上脆性断裂区的处理和异常断口的评定
A.1 控轧管线钢断口分离面上脆性断裂区的处理
控轧管线钢试样断口可能会出现具有脆性断裂特征的分离面,如图A.1所示。当正视试样断口,
分离面平行于试样轧制面时,分离面上的脆性断裂区不计;当分离面与试样轧制面有一定角度时,分离
面上的脆性断裂区其投影面积按脆性断裂计入剪切面积百分数中。
说明:
1---脆性区域;
2---韧性区域。
图A.1 控轧管线钢断口分离面上的脆性断裂区处理示意图
A.2 异常断口的评定
A.2.1 异常断口
在高韧性及高强度管线钢的厚试样中经常会出现异常断口。异常断口是指在缺口根部附近呈现韧
性断裂区,从缺口根部至锤击侧由韧性断裂逐渐转变为脆性断裂的断口(图A.2)。
a) 异常断口 b) 正常断口
说明:
1---压制缺口;
2---韧性区域;
3---脆性区域。
图A.2 异常断口示意图
A.2.2 异常断口的评定
A.2.2.1 出现异常断口的试样,应作为有效试样,并按下述方法进行评定。如评定的SA%未达到规定
值,可按A.2.2.2~A.2.2.5重新进行评定。
a) 评定断口的评判区域:从试样缺口根部和锤击侧各扣除一个试样厚度(厚度大于19mm时,各
扣除19mm)后的区域;
b) 所有在评判区域内的脆性区均按实际面积计算,不连续的区域先独立计算,再累加。
A.2.2.2 对于锤击侧孤立存在脆性区的异常断口试样,按如下方法评定:
a) 评定断口的评判区域:从试样缺口根部和锤击侧各扣除一个试样厚度(厚度大于19mm时,各
扣除19mm)后的区域;
b) 当孤立脆性区的分布不超过从锤击侧算起的25mm范围时,可忽略不计;超过25mm范围
时,在评判区域内的脆性面积按实际面积计算。[图A.3a)、图A.3b)]
a) 异常断口
(脆性区不大于25mm)
b) 异常断口
(脆性区大于25mm)
说明:
1---锤击侧。
图A.3 锤击侧孤立存在脆性区异常断口示意图
A.2.2.3 其他异常断口试样,按如下方法评定:
a) 评定断口的评判区域:在锤击侧扣除1.5倍试样厚度(厚度大于19mm时,扣除28.5mm)、缺
口根部扣除5mm后的区域;
b) 所有在评判区域内的脆性区均按实际面积计算,不连续的区域先独立计算,再累加。
A.2.2.4 如压制缺口试样呈现异常断口且按上述方法进行评定,SA%未达到规定值,应改用人字型缺
口或预制疲劳裂纹试样重新试验,如试样仍呈现异常断口,按A.2.2.1~A.2.2.3进行评定。
A.2.2.5 如人字型缺口试样呈现异常断口且按上述方法进行评定,SA%未达到规定值,允许协商采用
图A.4所示的辅助试样---人字型缺口背后开切口加垫片试样重新试验,如人字型缺口背后开切口加
垫片试样仍呈现异常断口,按A.2.2.1~A.2.2.3进行评定。
A.2.2.6 其他评判异常断口的方法,参见SY/T 6476[2]。
单位为毫米
t≤19mm时,a=t;t >19mm时,a=19mm。
注:可利用线切割加工后的3×t×a小块,塞在原来位置(可垫纸张等)作为垫片使用。
图A.4 辅助试样-人字型缺口背后开切口加垫片试样
附 录 B
(资料性附录)
DWTT仪器化系统(示波系统)
B.1 概述
在高能量摆锤或落锤式DWTT试验机上配置测力传感器(也可以同时配置位移传感器),获得钢
材大尺寸试样在锤击断裂过程中力、位移与能量的关系。其中,通过力与位移的积分即可得到DWTT
试样的总吸收能量、裂纹启裂能量与裂纹扩展能量等。此外,基于弹塑性断裂力学原理,仪器化系统得
到的力-位移关系可用于评价高强度高韧性管线钢的韧断行为与断裂特征,如获得裂纹尖端张开角
(CTOA)等指标[3,4]。
B.2 力的测量系统
B.2.1 试验机测量系统应能测定力-时间、力-位移曲线及计算冲断(冲击)试样过程中力的特征值、位移
特征值及能量特征值。
B.2.2 力传感器应为两个相同的应变片粘贴到冲击刀刃的相对边上,并且与两个补偿应变片组成全桥
电路。补偿应变片不应贴到试验机任何受冲击或震动的部位。
B.2.3 由力......
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