宝鸡石油钢管有限责任公司检测中心 李雪鹏
摘要:以管线钢维氏硬度检验中的问题为例,针对硬度检验中出现的“托尾”问题,探讨了“托尾”种类和对检测的影响的类型,进而推导影响硬度测量灵敏度公式，通过公式分析了与托尾最大宽度L和材质的关系，借助（上海恒一）FM700硬度计辅助测量，提出用几何方法修正计算拖尾压痕相关方法和判定此类拖尾压痕所采用的检验意见。
绪论0
在管线钢检验中,采用维氏硬度实验方法检验焊缝接头和卷板,目的是检验材料是否的存在脆性组织.而在日常的试验中，受到检测位置和检测次数受实验方法和规范限制，需要对拖尾压痕作测量评价，而相关文献对于托尾压痕测量误差及修正无明确表述,因此压痕拖尾现象给日常硬度检验带来不小的困扰。
1、维氏硬度测量原理。
GB/T4340.1维氏硬度实验方法是钢管检验中采用的测量方法，它通过测量菱形压痕对角线，从而得到检测试样的硬度值，在不同类型的硬度方法中 ，有着准确度高的特点。实验原理和方法如下
2、拖尾产生原因和类型。
拖尾源于试样和实验环境，通常有以下三个因素（1）试样上下底面不平行，下底面存在圆弧面，（2）材料回弹系数高，卸载后的回弹效应明显。3压头加载和卸载速度较快，压头打滑。常见的拖尾分为边盐拖尾和顶点拖尾两种，如下图：
边沿拖尾不影响对角线d测量，对硬度测量无影响,顶点拖尾影响d值测量，对硬度测量产生一定影响。后面拖尾修正计算一律指顶点拖尾，不再具体说明。
3、顶点拖尾的影响程度分析。
一般测量认为拖尾对维氏硬度测量影响不明显，进而忽略拖尾侵蚀压痕部分测量（如原图所示），进而造成△d测量缺失（如示意图所示），L拖尾与压痕重合部分的最大宽度。
顶点拖尾时，拖尾的最大宽度L影响△d大小，进而影响硬度值计算。虽然硬度时伴随XY变形，但根据GB/T4340.1-2009实验方法规定，在平面上压痕两对角线长度之差，不超过对角线长度平均值5%，压痕近似于正方形，根据几何相似关系推导，得△d0.5L。日常检验中，拖尾宽度在9.3μm～47.2μm区间变化，下表为日常出现的11条顶点拖尾的最大宽度：
的11条顶点拖尾的最大宽度：
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材质
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序号
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拖尾宽度L（μm）
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△d（μm）
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X60
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1
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9.3
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4.65
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2
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11.3
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5.65
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3
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13.4
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6.7
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|
4
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16.2
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8.1
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5
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16.6
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8.3
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|
6
|
18
|
9
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|
7
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18.6
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9.3
|
|
8
|
19.4
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9.7
|
|
9
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20.7
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10.35
|
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10
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20.9
|
10.45
|
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11
|
21.3
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10.65
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计算表中分布
根据国标GB/T4340.1规定，F的试验力为下表所示：
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实验力范围/N
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硬度符号
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试验名称
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F≥49.3
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≥HV5
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维氏硬度试验
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1.961≤F≤49.3
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HV0.2~＜HV5
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小力值维氏硬度试验
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0.09807≤F≤1.961
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HV0.01~＜HV0.2
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显微维氏硬度
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管线钢检验目前采用HV10和HV1.0两种，其中螺旋埋弧焊管检验采用HV10对应F为98.07N。
由国标GB/T4340.1得出硬度公式
从公式可以看出，当试样较硬时，对角线平均值d就偏小，受L影响就越明显，误差就越大，总体测量值较真实测量值高。
5、顶点拖尾压痕修正计算。
利用拖尾宽度L，计算△d的量，通过d1+△d补偿拖尾侵蚀的量，修正为对角线真实值，得到对应的修正后的硬度值。下图为一组拖尾压痕的测量值和修正值比较表图。
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d1(μm)
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d2(μm)
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△d平均(μm)
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测量值
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修正值
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△H
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283.4
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285.0
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8.86
|
229.6
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222.6
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7.0
|
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275.0
|
279.9
|
8.86
|
240.9
|
233.4
|
7.5
|
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274.1
|
272.8
|
8.86
|
248.0
|
240.1
|
7.9
|
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267.1
|
266.4
|
8.86
|
260.6
|
252.1
|
8.5
|
|
260.0
|
259.1
|
8.86
|
275.3
|
266.1
|
9.2
|
|
258.8
|
257.6
|
8.86
|
278.2
|
268.8
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9.3
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测量值于修正值比较
不同测量值对应的△H
通过比较，发现修正值低于原测量值,材料越硬, 常见的管线钢X60~X80修正量△H数值在10HV10以内，
示例计算如下：L=20.8μm, △d=10.4μm，采用GB/T8170-2008数值修约规则，
d1=271.8μm,d2=270.8μm,
测量值H =251.9 HV10≈252 HV10，
d1'= d1+△d=281.2μm
修正值H'=243.4HV10≈252 HV10，△H=H- H'=9HV10.
求取相对误差限:δ=∣ (H- H')/ H'∣≈3.57%
6、今后检验中如何减少拖尾和减少其误差对判定的影响。
维氏硬度值是钢产品验收中的常用指标，它是材料软硬程度的反映，数值主要取决于材料自身的性质，但受到测量因素影响，当顶点拖尾产生时会导致测量值偏高，虽然影响程度不大，但会对临界判定产生一定影响。因此，钢才硬度试验中，要做好试验样的加工检查，确保试样平行度和平整度，与此同时，在临界判定中，考虑拖尾压痕的影响，留有一定弹性尺度，避免错判。
李雪鹏 （陕西宝鸡）金属材料工程师，长期从事金属材料理化检验工作