CN113776971A - 一种使用里氏硬度法确定钢材种类的方法 - Google Patents

一种使用里氏硬度法确定钢材种类的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种使用里氏硬度法确定钢材种类的方法，包括：从同一批次的钢构件中随机选择N个钢构件作为待测钢构件；对于每一个待测钢构件：在待测钢构件的外表面上选择M个不同的位置进行打磨；对于每个打磨之处：使用里氏硬度法进行K次无损检测，得到K个里氏硬度值；从所述K个里氏硬度值去除L个里氏硬度值，然后再根据剩下的所有里氏硬度值计算得到该打磨之处的里氏硬度平均值；根据N个待测钢构件的所有打磨之处的里氏硬度平均值，计算得到里氏硬度总平均值；根据里氏硬度总平均值以及预设的硬度值区间，确定待测钢构件的钢材种类。应用本发明可以有效地提高检测结果的准确度，可以准确而方便地通过无损检测的方法来确定钢材的种类。

Description

一种使用里氏硬度法确定钢材种类的方法
技术领域
本申请涉及钢结构检测技术领域，尤其涉及一种使用里氏硬度法确定钢材种类的方法。
背景技术
钢结构检测是钢结构质量和安全控制的一种重要手段，其中，钢材强度或种类检测是钢结构检测中的一项重要指标，为工程质量评价、安全评估及加固改造提供重要依据。
在现有技术中，在对既有钢结构建筑的钢材种类、强度等进行检测时，所使用的方法主要有：局部破损实验法和无损检测方法。
其中，局部破损试验法是通过在现场取样来进行钢材力学性能试验和化学成分分析。因此，该局部破损试验法存在一些缺陷。首先，该局部破损试验法将对原有结构造成局部损伤，影响构件的承载性能。例如，对于承受动荷载的钢吊车梁等构件，局部损伤将严重影响钢构件的承载能力；其次，现场通常会受到通风、空调、供水、热力等管道影响，或受到钢网架等结构的影响，因此取样操作非常复杂，有时甚至根本无法进行取样操作；最后，少量取样难以代表整体的问题，例如，由于不清楚工程所用钢材是否为同一型号、批号的钢材，所以如果仅进行少量取样，则难以代表整个工程中所使用的所有钢材。因此，采用现场取样来检测钢材的力学具有较大的局限性。另外，在化学分析方面，对照1988年以后的国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591，Q235钢材和Q345钢材中的碳和锰的含量比较接近，因此仅通过C和Mn的含量无法判别钢材种类。
此外，在现有技术中的无损检测方法中，主要是采用表面硬度法。我国的《黑色金属硬度及强度换算值》GB/T 1172-1999中虽然提供了不同硬度与抗拉强度之间的换算关系，但是，在实际应用中，该换算关系对同一种钢材都存在较大的偏差，因此，使用上述的表面硬度法来判断钢材种类时，不能确保判断结果的准确性。
在实际工程中，常见的建筑用钢材牌号主要为Q235和Q345这两种钢材。有时会出现构件厂加工或者施工中用错钢材种类的情况，尤其是如果在原设计中应该使用的钢材牌号为Q345，而在实际工程中所使用的钢材牌号却是Q235，将会给整体结构安全埋下较大的安全隐患。
因此亟需一种可靠有效的无损检测方法来判定钢材的种类。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种使用里氏硬度法确定钢材种类的方法，从而可以有效地提高检测结果的准确度，可以准确而方便地通过无损检测的方法来确定钢材的种类。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种使用里氏硬度法确定钢材种类的方法，该方法包括：
从同一批次的钢构件中随机选择N个钢构件作为待测钢构件；
对于每一个待测钢构件均进行以下操作：在待测钢构件的外表面上选择M个不同的位置，并对所述M个位置分别进行打磨；
对于每个打磨之处均进行以下操作：使用里氏硬度法进行K次无损检测，得到K个里氏硬度值；
从所述K个里氏硬度值去除L个里氏硬度值，然后再根据剩下的所有里氏硬度值计算得到该打磨之处的里氏硬度平均值；
根据N个待测钢构件的所有打磨之处的里氏硬度平均值，计算得到里氏硬度总平均值；
根据里氏硬度总平均值以及预设的硬度值区间，确定待测钢构件的钢材种类。
较佳的，所述预设的硬度值区间为：
(下限值，第一阈值]、(第一阈值，第二阈值)和[第二阈值，上限值)。
较佳的，当所述里氏硬度总平均值落入硬度值区间[第二阈值，上限值)时，则确定该待测钢构件的钢材为Q345钢材；
当所述里氏硬度总平均值落入硬度值区间(下限值，第一阈值]时，则确定该待测钢构件的钢材为Q235钢材；
当所述里氏硬度总平均值落入硬度值区间(第一阈值，第二阈值)时，则对待测钢构件做拉伸试验，并测量得到待测钢构件的抗拉强度值和屈服强度；
当待测钢构件的抗拉强度值不小于第三阈值且屈服强度不小于第四阈值时，则确定该待测钢构件的钢材为Q345钢材；
当待测钢构件的抗拉强度值小于第三阈值且屈服强度小于第四阈值时，则确定该待测钢构件的钢材为Q235钢材。
较佳的，所述下限值为300里氏硬度值，所述上限值为650里氏硬度值。
较佳的，所述第一阈值为394里氏硬度值，所述第二阈值为419里氏硬度值。
较佳的，所述第一阈值为389里氏硬度值，所述第二阈值为423里氏硬度值。
较佳的，所述第三阈值为500兆帕，所述第四阈值为345兆帕。
较佳的，需要去除的L个里氏硬度值为所述K个里氏硬度值中的两个最大值和两个最小值。
较佳的，所述N为大于或等于10的整数；
所述M为大于或等于3的整数；
所述K为大于或等于3的整数；
所述L为大于或等于3的整数。
较佳的，所述待测钢构件上打磨之处的厚度不小于12毫米；
在打磨之后时，打磨之处的表面粗糙度不大于1.6微米。
如上可见，在本发明中的使用里氏硬度法确定钢材种类的方法中，由于先从同一批次的钢构件中随机选择N个钢构件作为待测钢构件，再对每一个待测钢构件都选择M个位置进行打磨，随后使用里氏硬度法对每个打磨之处都进行K次无损检测，得到K个里氏硬度值，并计算得到打磨之处的里氏硬度平均值，接着根据所有打磨之处的里氏硬度平均值得到里氏硬度总平均值，最后再根据里氏硬度总平均值以及预设的硬度值区间，确定待测钢构件的钢材种类，从而可以有效地提高检测结果的准确度，可以准确而方便地通过无损检测的方法来确定钢材的种类。
附图说明
图1为本发明实施例中的使用里氏硬度法确定钢材种类的方法的流程图。
图2为本发明实施例中的Q235钢材的里氏硬度平均值的分布示意图。
图3为本发明实施例中的Q345钢材的里氏硬度平均值的分布示意图。
图4为本发明实施例中随机抽取10个构件抽取100次里氏硬度平均值的分布示意图。
图5为本发明实施例中随机抽取20个构件抽取100次里氏硬度平均值的分布示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中的使用里氏硬度法确定钢材种类的方法的流程图。如图1所示，本发明实施例中的使用里氏硬度法确定钢材种类的方法包括如下所述步骤：
步骤11，从同一批次的钢构件中随机选择N个钢构件作为待测钢构件。
在本步骤中，可以在同一批次的钢构件中进行随机选择，并将所选择的多个(例如，N个)钢构件作为待测钢构件。
在本发明的技术方案中，所述N为自然数。因此，可以根据实际应用场景的需要，预先设置上述N的取值。
例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述N可以是大于或等于10的整数。
举例来说，在本发明的一个具体实施例中，所述N的取值可以是10，也可以是20，还可以是其他合适的取值，在此不再赘述。
步骤12，对于每一个待测钢构件均进行以下操作：在待测钢构件的外表面上选择M个不同的位置，并对所述M个位置分别进行打磨。
在本发明的技术方案中，对于每一个待测钢构件，都将在其外表面上预先选择M个不同的位置，然后在所选择的M个位置分别进行打磨。
在本发明的技术方案中，所述M为自然数。因此，可以根据实际应用场景的需要，预先设置上述M的取值。
例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述M可以是大于或等于3的整数。
举例来说，在本发明的一个具体实施例中，所述M的取值可以是3、4或者5，也可以是其他合适的取值，在此不再赘述。
另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，在进行打磨时，所述待测钢构件上打磨之处的厚度不小于12毫米(mm)。
另外，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，在打磨之后时，打磨之处的表面粗糙度不大于1.6微米(μm)。
步骤13，对于每个打磨之处均进行以下操作：使用里氏硬度法进行K次无损检测，得到K个里氏硬度值(HLD)。
在本发明的技术方案中，对于每一个打磨之处，均使用里氏硬度法进行K次无损检测，以得到K个里氏硬度值(HLD)。
在本发明的技术方案中，所述K为自然数。因此，可以根据实际应用场景的需要，预先设置上述K的取值。
例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述K可以是大于或等于3的整数。
举例来说，在本发明的一个具体实施例中，所述K的取值可以是3、4或者5，也可以是其他合适的取值，在此不再赘述。
步骤14，从所述K个里氏硬度值去除L个里氏硬度值，然后再根据剩下的所有里氏硬度值计算得到该打磨之处的里氏硬度平均值。
在本步骤中，将从所得到的K个里氏硬度值去除一定数量的(例如，L个)里氏硬度值，然后再根据剩下的所有里氏硬度值计算平均值，从而得到该打磨之处的里氏硬度平均值。
在本发明的技术方案中，所述L为自然数。因此，可以根据实际应用场景的需要，预先设置需要去除的L个里氏硬度值。
例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，需要去除的L个里氏硬度值可以是所述K个里氏硬度值中的两个最大值和两个最小值，也可以是其他需要去除的里氏硬度值，在此不再赘述。
在本发明的技术方案中，对于每一个打磨之处都执行上述的步骤13和14。由于每一个待测钢构件上有M个打磨之处，因此从每一个待测钢构件上都可以得到M个里氏硬度平均值。
步骤15，根据N个待测钢构件的所有打磨之处的里氏硬度平均值，计算得到里氏硬度总平均值。
在本发明的技术方案中，在选择了N个钢构件作为待测钢构件之后，对于每一个待测钢构件，都将执行上述的步骤12～14，因此每一个待测钢构件都能得到M个里氏硬度平均值。由于选择了N个待测钢构件，因此一共可以得到M×N个里氏硬度平均值。
所以，在本步骤中，可以对上述M×N个里氏硬度平均值进行计算，求取平均值，从而得到里氏硬度总平均值。
步骤16，根据里氏硬度总平均值以及预设的硬度值区间，确定待测钢构件的钢材种类。
在本发明的技术方案中，可以预先设置相应的硬度值区间。
为了设置比较合适的硬度值区间，发明人进行了大量的试验和模拟计算，并将计算结果与具体的试验结果进行比较和分析，最后得到了比较合适的硬度值区间。
例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述预设的硬度值区间可以是：(下限值，第一阈值]、(第一阈值，第二阈值)和[第二阈值，上限值)。
举例来说，作为示例，在本发明的一个具体实施例中：
当所述里氏硬度总平均值落入硬度值区间[第二阈值，上限值)时，则确定该待测钢构件的钢材为Q345钢材；
当所述里氏硬度总平均值落入硬度值区间(下限值，第一阈值]时，则确定该待测钢构件的钢材为Q235钢材；
当所述里氏硬度总平均值落入硬度值区间(第一阈值，第二阈值)时，则对待测钢构件做拉伸试验，并测量得到待测钢构件的抗拉强度值和屈服强度；
当待测钢构件的抗拉强度值不小于第三阈值且屈服强度不小于第四阈值时，则确定该待测钢构件的钢材为Q345钢材；
当待测钢构件的抗拉强度值小于第三阈值且屈服强度小于第四阈值时，则确定该待测钢构件的钢材为Q235钢材。
在本发明的技术方案中，可以根据实际应用场景的需要，预先设置下限值、上限值、第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值的具体取值。
例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述下限值可以为300HLD，所述上限值可以为650HLD。
再例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述第一阈值可以为394HLD，所述第二阈值可以为419HLD。
再例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述第一阈值可以为389HLD，所述第二阈值可以为423HLD。
再例如，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述第三阈值可以为500兆帕(Mpa)，所述第四阈值可以为345兆帕(Mpa)。
举例来说，作为示例，在本发明的一个具体实施例中，所述预设的硬度值区间可以是：(300HLD，394HLD]、(394HLD，419HLD)和[419HLD，650HLD)；也可以是(300HLD，389HLD]、(389HLD，423HLD)和[423HLD，650HLD)，还可以是其他合适的硬度值区间，在此不再赘述。
举例来说，作为示例，在本发明的一个具体实施例中：
当所述里氏硬度总平均值大于或等于419HLD(例如，里氏硬度总平均值落入硬度值区间[419HLD，650HLD))时，则确定该待测钢构件的钢材为Q345钢材；
当所述里氏硬度总平均值小于或等于394HLD(例如，里氏硬度总平均值落入硬度值区间(300HLD，394HLD])时，则确定该待测钢构件的钢材为Q235钢材；
当所述里氏硬度总平均值大于394HLD且小于419HLD(例如，里氏硬度总平均值落入硬度值区间(394HLD，419HLD))时，则对待测钢构件做拉伸试验，并测量得到待测钢构件的抗拉强度值和屈服强度；
当待测钢构件的抗拉强度值不小于500Mpa且屈服强度不小于345MPa时，则确定该待测钢构件的钢材为Q345钢材；
当待测钢构件的抗拉强度值小于500MPa且屈服强度小于345MPa时，则确定该待测钢构件的钢材为Q235钢材。
为了验证本发明中的上述技术方案的正确性和准确性，发明人进行了以下的一系列试验：
例如，先获取Q235钢材的122个构件的里氏硬度值和Q345钢材的500个构件的里氏硬度值，然后分别每次随机抽10个和20个构件，抽取100次，取每次的平均值(即里氏硬度总平均值)，Q235钢材和Q345钢材的里氏硬度平均值的分布如图2和图3所示。
当随机抽取10个构件时，Q235钢材的10个构件的100次的里氏硬度平均值的总平均值(即里氏硬度总平均值)为378HLD，标准差为10.1；Q345钢材的10个构件的100次的里氏硬度平均值的总平均值(即里氏硬度总平均值)为430HLD，标准差为6.7。
因此，通过计算可知，当所述预设的硬度值区间为：(300HLD，394HLD]、(394HLD，419HLD)和[419HLD，650HLD)时，使用本发明中的方法来确定钢材种类的准确率将大于95％。
当随机抽取20个构件时，Q235钢材的里氏硬度20个构件平均值的100次的平均值为378HLD，标准差为3.9；Q345钢材的里氏硬度20个构件平均值的100次的平均值为430HLD，标准差为4.2。
因此，通过计算可知，当所述预设的硬度值区间为：(300HLD，389HLD]、(389HLD，423HLD)和[423HLD，650HLD)时，使用本发明中的方法来确定钢材种类的准确率将大于95％。
另外，如图4和图5所示可知，不论是随机抽取10个构件，还是随机抽取20个构件，Q235钢材和Q345钢材的里氏硬度值均存在明显差异。由此可知，在既有钢结构现场检测同批次钢构件的钢材种类时，只要随机进行10个以上构件的里氏硬度测试，就能比较准确地判别钢材种类。
因此，通过上述的步骤11～16，即可准确地确定待测钢构件的钢材种类。
综上所述，在本发明的技术方案中，由于先从同一批次的钢构件中随机选择N个钢构件作为待测钢构件，再对每一个待测钢构件都选择M个位置进行打磨，随后使用里氏硬度法对每个打磨之处都进行K次无损检测，得到K个里氏硬度值，并计算得到打磨之处的里氏硬度平均值，接着根据所有打磨之处的里氏硬度平均值得到里氏硬度总平均值，最后再根据里氏硬度总平均值以及预设的硬度值区间，确定待测钢构件的钢材种类，从而可以有效地提高检测结果的准确度，可以准确而方便地通过无损检测的方法来确定钢材的种类。因此可知，本发明中的上述使用里氏硬度法确定钢材种类的方法对结构损伤小，检测范围广，而且判定结果比较准确。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种使用里氏硬度法确定钢材种类的方法，其特征在于，该方法包括：
从同一批次的钢构件中随机选择N个钢构件作为待测钢构件；
对于每一个待测钢构件均进行以下操作：在待测钢构件的外表面上选择M个不同的位置，并对所述M个位置分别进行打磨；
对于每个打磨之处均进行以下操作：使用里氏硬度法进行K次无损检测，得到K个里氏硬度值；
从所述K个里氏硬度值去除L个里氏硬度值，然后再根据剩下的所有里氏硬度值计算得到该打磨之处的里氏硬度平均值；
根据N个待测钢构件的所有打磨之处的里氏硬度平均值，计算得到里氏硬度总平均值；
根据里氏硬度总平均值以及预设的硬度值区间，确定待测钢构件的钢材种类。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的硬度值区间为：
(下限值，第一阈值]、(第一阈值，第二阈值)和[第二阈值，上限值)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
当所述里氏硬度总平均值落入硬度值区间[第二阈值，上限值)时，则确定该待测钢构件的钢材为Q345钢材；
当所述里氏硬度总平均值落入硬度值区间(下限值，第一阈值]时，则确定该待测钢构件的钢材为Q235钢材；
当所述里氏硬度总平均值落入硬度值区间(第一阈值，第二阈值)时，则对待测钢构件做拉伸试验，并测量得到待测钢构件的抗拉强度值和屈服强度；
当待测钢构件的抗拉强度值不小于第三阈值且屈服强度不小于第四阈值时，则确定该待测钢构件的钢材为Q345钢材；
当待测钢构件的抗拉强度值小于第三阈值且屈服强度小于第四阈值时，则确定该待测钢构件的钢材为Q235钢材。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述下限值为300里氏硬度值，所述上限值为650里氏硬度值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述第一阈值为394里氏硬度值，所述第二阈值为419里氏硬度值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述第一阈值为389里氏硬度值，所述第二阈值为423里氏硬度值。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：
所述第三阈值为500兆帕，所述第四阈值为345兆帕。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
需要去除的L个里氏硬度值为所述K个里氏硬度值中的两个最大值和两个最小值。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于：
所述N为大于或等于10的整数；
所述M为大于或等于3的整数；
所述K为大于或等于3的整数；
所述L为大于或等于3的整数。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述待测钢构件上打磨之处的厚度不小于12毫米；
在打磨之后时，打磨之处的表面粗糙度不大于1.6微米。
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