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GB/T 29459.2-2025 在役承压设备金属材料小冲杆试验方法 第2部分:室温下拉伸性能试验方法

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资料介绍

  ICS 77. 040. 10 CCS H 22

  中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

  GB/T 29459.2—2025代替 GB/T29459.2—2012

  在役承压设备金属材料小冲杆试验方法

  第 2 部分:室温下拉伸性能试验方法

  Smallpunchtestmethodsofmetallicmaterialsforin-servicepressureequipment—

  Part2:Method oftestfortensilepropertiesatroom temperature

  2025-12-02发布 2025-12-02实施

  国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

  

  发

  

  布

  GB/T 29459.2—2025

  目 次

  前言 Ⅲ

  引言 Ⅳ

  1 范围 1

  2 规范性引用文件 1

  3 术语 、定义和符号 1

  4 试验要求 3

  5 数据转换方法 4

  6 试验报告 8

  附录 A (资料性) 经验转换方法涉及的试验材料 9

  附录 B (规范性) 数据有效性判定 11

  附录 C (资料性) 试验报告示例 13

  参考文献 14

  Ⅰ

  GB/T 29459.2—2025

  前 言

  本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

  本文件是 GB/T 29459《在役承压设备金属材料小冲杆试验方法》的第 2 部分 。 GB/T 29459 已经发布了以下部分 :

  — 第 1部分 :总则 ;

  — 第 2部分 :室温下拉伸性能试验方法 ;

  — 第 3部分 :断裂韧度试验方法 。

  本文件代替 GB/T 29459. 2—2012《在役承压设备金属材料小冲杆试验方法 第 2 部分 : 室温下拉伸性能的试验方法》,与 GB/T 29459. 2—2012相比 ,除结构调整和编辑性改动外 ,主要技术变化如下 :

  a) 增加了术语 “最大载荷对应挠度”“启裂挠度”“屈服载荷 ”及其定义(见 3. 1. 1~ 3. 1. 3) ;

  b) 更改了符号的相关内容(见 3. 2,2012年版的第 3 章) ;

  c) 删除了试验环境的要求(见 2012年版的 4. 2) ;

  d) 删除了试验加载过程(见 2012年版的 4. 3) ;

  e) 增加了试样尺寸的要求(见 4. 2) ;

  f) 增加了试验温度的要求(见 4. 3) ;

  g) 增加了试样安装的要求(见 4. 4) ;

  h) 增加了预加载的要求(见 4. 5) ;

  i) 更改了加载速率的要求(见 4. 6,2012年版的 4. 4) ;

  j) 更改了试验过程数据采集的方式(见 4. 7,2012年版的 5. 1) ;

  k) 增加了试验终止的要求(见 4. 8) ;

  l) 更改了数据处理的要求(见 5. 2,2012年版的第 6章) ;

  m) 增加了半经验半解析方法(见 5. 3) ;

  n) 增加了经验转换方法涉及的试验材料(见附录 A) ;

  o) 增加了数据有效性判定(见附录 B) ;

  p) 增加了试验报告示例(见附录 C) 。

  请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

  本文件由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC262)提出并归 口 。

  本文件起草单位 : 中国特种设备检测研究院 、华东理工大学 、中国石油大学(华东) 、福建理工大学 、中国石化工程建设有限公司 、湖北特种设备检验检测研究院 、上海市特种设备监督检验技术研究院有限公司 、兰州兰石重型装备股份有限公司 、机械工业兰州石油化工设备检测所有限公司 、中国石化上海高桥石油化工有限公司 、中石化(天津)石油化工有限公司 、上海蓝滨石化设备有限责任公司 、哈尔滨锅炉厂有限责任公司 、武汉市润之达石化设备有限公司 、中国石油化工股份有限公司济南分公司 、北京广厦环能科技股份有限公司 、甘肃省特种设备检验检测研究院 、上海蓝凯设备科技有限公司 。

  本文件主要起草人 :关凯 书 、钟 继 如 、徐 彤 、宋 明 、李 沧 、贾 国 栋 、孙 海 生 、张 雪 涛 、王 琼 琦 、沈 红 杰 、邓阳春 、王金光 、龚 凌 诸 、刘 祚 平 、苏 厚 德 、孙 宝 财 、杨 宇 清 、司 俊 、张 凯 、陈 勇 、程 义 、束 润 涛 、张 元 友 、郭璟倩 、贾晓亮 、刘永超 、张美华 、冯焕林 。

  本文件于 2012年首次发布 ,本次为第一次修订 。

  Ⅲ

  GB/T 29459.2—2025

  引 言

  如何检测在役承压设备材料退化状况一直是在役检验中的热点问题 。传统无损检测难以评价材料力学性能 。表面金相只能了解材料组织的变化 ,不足以定量评价材料力学性能 。 常规力学性能试验方法需要试样体积大 ,取样会造成设备明显损伤 。GB/T 29459是微损取样力学性能测试的标准 , 旨在规范小冲杆试验方法和实现小冲杆试验获取材料标准力学性能 ,拟由六个部分构成 。

  — 第 1部分 :总则 。 目的在 于 规 范 小 冲 杆 试 验 的 通 用 要 求 , 包 括 试 样 、试 验 装 置 、卡 具 、试 验 步骤等 。

  — 第 2部分 :室温下拉伸性能试验方法 。 目的在于通过小冲杆试验获得材料的标准拉伸性能 。

  — 第 3部分 :断裂韧度试验方法 。 目的在于通过小冲杆试验获得材料的标准断裂韧性 。

  — 第 4部分 :蠕变性能试验方法 。 目的在于通过小冲杆试验获得材料的标准蠕变性能 。

  — 第 5部分 :韧脆转变温度试验方法 。 目的在于通过小冲杆试验获得材料的标准韧脆转变温度 。

  — 第 6部分 :疲劳性能试验方法 。 目的在于实现小冲杆试验结果转换为材料标准疲劳性能 。

  本文件给出了小冲杆拉伸试验获取金属材料屈服强度和抗拉强度的两种转换方法 。一种是经验关联转换方法 ;另一种是半解析半经验转换方法 ,该方法提高了转换精度 ,扩大了材料的适用范围 。

  Ⅳ

  GB/T 29459.2—2025

  在役承压设备金属材料小冲杆试验方法

  第 2 部分:室温下拉伸性能试验方法

  1 范围

  本文件描述了获取材料室温拉伸性能的小冲杆试验方法 ,规定了试验数据测定 、试验数据理论转换和试验报告的相关要求 。

  本文件适用于承压设备金属材料 ,其他金属材料参照执行 。

  2 规范性引用文件

  下列文件中的内容通过文件的规范性引用而构成本文必不可少的条款 。其中 ,注日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;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 29459. 1 在役承压设备金属材料小冲杆试验方法 第 1部分 :总则

  3 术语、定义和符号

  3. 1 术语和定义

  GB/T 29459. 1 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

  3. 1. 1

  最大载荷对应挠度 deflection atmaximum load

  umax

  载荷-挠度曲线上所记录的最大载荷值对应的挠度 。

  注 : 见图 1 a) 。

  1

  GB/T 29459.2—2025

  a) 无 Pop-in现象特性材料 b) 有 Pop-in现象特性材料标引符号说明 :

  f(u) — 拟合直线 ;

  1 —Pop-in现象 。

  注 : 有些材料 Pop-in现象不明显 ,需放大倍数观察 ,有些材料会发生多个 Pop-in现象 。

  图 1 典型小冲杆拉伸试验载荷-挠度曲线

  3. 1.2

  启裂挠度 deflection atcrack initiated moment

  ucrack

  有 Pop-in特性材料 ,试验过程中首次发生 Pop-in现象时的挠度值 。

  注 : Pop-in指载荷突然下降 , 随后增加的现象 ,见图 1 b) 。

  3. 1.3

  屈服载荷 yield load

  Fp

  当试样从弹性变形阶段到屈服变形阶段所对应的载荷值 。

  3.2 符号

  GB/T 29459. 1 界定的以及下列符号适用于本文件 。

  A1 — 挠度 uA 至 uC 之间载荷-挠度曲线与横坐标围成的积分 ,单位为牛顿毫米(N · mm) ;

  A2 — 挠度 uC 至 uD 之间载荷-挠度曲线与横坐标围成的积分 ,单位为牛顿毫米(N · mm) ; B —u 为 0 时 f(u)的值(见公式 5) ,单位为牛顿(N) ;

  Dp — 压头直径 ,单位为毫米(mm) ;

  DS — 下夹具试样安装沉孔直径 ,单位为毫米(mm) ;

  D1 — 下夹具孔径 ,单位为毫米(mm) ;

  d1 — 圆片型小冲杆试样直径 ,单位为毫米(mm) ;

  E — 弹性模量 ,单位为兆帕(MPa) ;

  F — 载荷 ,单位为牛顿(N) ;

  Fmax — 最大载荷 ,单位为牛顿(N) ;

  Fp — 屈服载荷 ,单位为牛顿(N) ;

  F(uH ) — 载荷-挠度曲线上挠度 uH 对应的载荷 ,单位为牛顿(N) ;

  fG — 拟合直线最高点对应的载荷 ,单位为牛顿(N) ;

  2

  GB/T 29459.2—2025

  fH — 拟合直线交点对应的载荷 ,单位为牛顿(N) ;

  f(u) — 试验测得的曲线拟合成的载荷-挠度关系函数[见公式(1)和公式(5)] ,单位为牛顿(N) ;

  G — 拟合直线最高点 ;

  H — 拟合直线交点 ;

  h — 小冲杆试样厚度 ,单位为毫米(mm) ;

  K — 强度系数 ,单位为兆帕(MPa) ;

  Ku —f(u)的斜率(见 5. 3) ,单位为牛顿每毫米(N/mm) ;

  n — 硬化指数 ,无量纲 ;

  ReL — 下屈服强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

  Rm — 抗拉强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

  Rp0. 2 — 屈服强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

  u — 挠度 ,单位为毫米(mm) ;

  uA — 特定位置的挠度 ,单位为毫米(mm) ;

  uB — 特定位置的挠度 ,单位为毫米(mm) ;

  uC — 特定位置的挠度 ,单位为毫米(mm) ;

  uD — 特定位置的挠度 ,单位为毫米(mm) ;

  uH — 特定位置的挠度 ,单位为毫米(mm) ;

  uG — 特定位置的挠度 ,单位为毫米(mm) ;

  ucrack — 启裂挠度 ,单位为毫米(mm) ;

  umax — 最大载荷对应挠度 ,单位为毫米(mm) ;

  uref — 参考挠度 ,单位为毫米(mm) ;

  v — 压头位移 ,单位为毫米(mm) ;

  wa — 公式系数 ,单位为每立方毫米(mm-3) ;

  wb — 公式系数 ,单位为每立方毫米(mm-3) ;

  wc — 公式系数 ,单位为兆帕(MPa) ;

  wd — 公式系数 ,单位为每立方毫米(mm-3) ;

  we — 公式系数 ,单位为每立方毫米(mm-3) ;

  wf — 公式系数 ,单位为兆帕(MPa) ;

  σ — 真应力 ,单位为兆帕(MPa) ;

  ε — 真应变 ,无量纲 。

  4 试验要求

  4. 1 一般要求

  除符合本文件要求外 ,还应符合 GB/T 29459. 1。

  4.2 试样尺寸

  本文件小冲 杆 试 样 通 常 采 用 圆 片 试 样 , 直 径 d1 = 8. 0 +- 0(0)..2(0)mm 或 d1 = 10. 0 +- 0(0)..2(0)mm; 厚 度 h=

  0. 5 +- 0(0)..005(005) mm;其他形状试样 ,应符合 GB/T 29459. 1,并记录试样实际尺寸 。

  4.3 试验温度

  室温试验一般在 10 ℃ ~ 35 ℃的温度下进行 ,对温度要求严格的试验 ,温度应为(23±5) ℃ 。其他

  3

  GB/T 29459.2—2025

  温度下的试验 ,温度控制应满足 GB/T 29459. 1 中的要求 。

  4.4 试样安装

  试样夹持及加载示意见图 2,并按照 GB/T 29459. 1 的规定完成试样安装 。

  a) 整体式 b) 分体式标引序号说明 :

  1— 整体式压头 ;

  2— 试样 ;

  3— 上夹具 ;

  4— 下夹具 ;

  5— 引伸计/引伸杆 ;

  6— 分体式压杆 ;

  7— 分体式压头 。

  图 2 试样装夹及加载过程示意图

  4.5 预加载

  设定试验力零点为 10N ,试验预加载达到 10N后开始记录数据 。

  4.6 加载速率

  达到预加载荷后 ,试验以恒定的横梁位移速率进行 ,位移加载速率为 0. 2 mm/min~0. 5 mm/min。

  4.7 数据采集

  记录载荷-挠度曲线 ,数据采集应符合 GB/T 29459. 1 的规定 。

  4. 8 试验终止

  载荷下降到最大载荷的 80%时 ,终止试验 。

  5 数据转换方法

  5. 1 方法分类与选择

  本文件给出两种获取金属材料强度的转换方法 ,一种是经验转换方法 ;另一种是半经验半解析的转

  4

  GB/T 29459.2—2025

  换方法 。 当需要更高精度时 ,宜采用半经验半解析的方法 。

  5.2 经验转换方法

  5.2. 1 基本原理

  根据载荷-挠度曲线上的屈服载荷 、最大载荷 、试样变形挠度和试样厚度数据 ,采用经验关联公式得到材料的强度性能 。

  5.2.2 屈服载荷 Fp 的确定

  通过两条直线拟合挠度在 0~uG 范围内的载荷-挠度曲线 F(u)(见图 3) ,拟合方程 f(u)如公式(1)所示 。uG 通常取试样厚度值 ,G 点为拟合直线上挠度为 uG 的点 , H 为过原点直线与过 G点直线的交点,如图 3所示 。uH 可根据公式(1) ,通过计算公式(2) ,使误差 error的值为最小得到 。

  f(u +fH G ………………( 1 )

  error 2 du … … … … … … … … … …

  屈服载荷可确定为 :Fp= F(uH ) 。

  图 3 屈服载荷的确定方法

  5.2.3 屈服强度的确定

  经验转换方法涉及的试验材料见附录 A,对试验材料进行标准试样的拉伸试验和小冲杆试验 ,分别得到材料的屈服强度 Rp0. 2 和小冲杆载荷-挠度曲线上的屈服载荷 。建立小冲杆试验屈服载荷与屈服强度的关联 ,如图 4所示 。拟合得到经验关联公式(3) 。

  Rp0.2 = 0. 449Fp/h2 + 51. 177 (R2 = 0. 932) …………………………( 3 )

  5

  GB/T 29459.2—2025

  图 4 小冲杆试验屈服强度关联

  5.2.4 抗拉强度的确定

  如图 5所示 ,采用与确定屈服强度类似的方法 ,通过试验建立小冲杆试验最大载荷与抗拉强度 Rm之间的关联关系 ,并拟合得到经验公式(4) 。

  Rm = 0. 284Fmax/(umaxh) - 20. 552 (R2 = 0. 943) ……………………( 4 )

  图 5 小冲杆试验抗拉强度关联

  5.3 半经验半解析方法

  5.3. 1 有效数据判定

  试验数据测定前应按附录 B对载荷-挠度试验数据的有效性进行判定 ,判定为有效的数据可用于拉伸性能的数据转换 。

  5.3.2 斜率 Ku 测定

  将挠度在 uA 至 uB 间的载荷-挠度曲线用一 条 直 线 进 行 拟 合(见 图 1) , 拟 合 方 程 f(u) 如 公 式(5)所示 :

  6

  GB/T 29459.2—2025

  f(u) = Ku × u + B, uA ≤ u ≤ uB …………………………( 5 )

  其中 uA=0. 1 mm ,uB 的值按公式(6)确定 :

  uB

  公式(5)中 Ku 和 B 可通过最小二乘法拟合获得 。

  5.3.3 A1 测定

  的取值根据 uD 和表 1 确定 。uD 的值根据公式(7)确定 :

  挠度在 uA 至 uC 间载荷-挠度曲线与横坐标围成的面积为 A1 ,见图 6。计算 A1 时 ,uA=0. 1 mm ,uC

  uD = {1(u)r0(ef),, min(min)((ucrack(ucrack) ,,umax(umax))) 1(1).. 0mm(0mm) …………………………( 7 )

  其中 ,uref≤ min(ucrack,umax) ,且最接近表 1 给出的 uD值 。

  5.3.4 A2 测定

  挠度在 uC 至 uD 间载荷-挠度曲线与横坐标围成的面积为 A2 ,见图 6。计算 A2 时 ,uC 和 uD 取 5. 3. 3确定的值 。

  5.3.5 无屈服平台材料屈服强度 Rp0.2 的确定

  屈服强度 Rp0. 2通过公式(8)计算 :

  Rp 0. 2 =wa ×A1 + wb ×A2 + wc …………………………( 8 )

  其中 wa、wb 和 wc 的值根据 5. 3. 3 中 uC、uD 和表 1 确定 。公式(8) 适用于 umax不 超 过 1. 6 mm 的材料 。

  图 6 载荷-挠度曲线下面积示意图

  5.3.6 无屈服平台材料抗拉强度 Rm 的确定

  抗拉强度 Rm 通过公式(9)计算 :

  Rm =wd ×A1 + we ×A2 + wf …………………………( 9 )

  其中 wd、we和 wf的值根据 5. 3. 3 中 uC、uD 和表 1 确定 。对于 ucrack >0. 4 mm 的金属材料 ,抗拉强度 Rm 也可通过公式(10)计算 :

  7

  GB/T 29459.2—2025

  Rm = 0. 622 3 × Ku + 30. 11 …………………………( 10 )

  公式(9)和公式(10)适用材料与公式(8)一致 。

  表 1 公式(8)和公式(9)中系数值

  uC

  mm

  uD

  mm

  wa

  mm- 3

  wb

  mm- 3

  wc

  MPa

  wd

  mm- 3

  we

  mm- 3

  wf

  MPa

  0. 45

  1. 00

  6. 347

  -1. 168

  -73. 069

  -0. 706

  1. 316

  -5. 245

  0. 45

  0. 90

  6. 807

  -1. 720

  -74. 073

  -1. 224

  1. 939

  -4. 113

  0. 45

  0. 80

  7. 360

  -2. 696

  -75. 451

  -1. 847

  3. 038

  -2. 560

  0. 35

  0. 70

  11. 635

  -3. 236

  -82. 494

  -5. 012

  4. 446

  2. 570

  0. 35

  0. 65

  12. 252

  -4. 253

  -83. 509

  -5. 859

  5. 843

  3. 964

  0. 35

  0. 60

  13. 159

  -5. 906

  -84. 976

  -7. 105

  8. 115

  5. 980

  5.3.7 含屈服平台材料屈服强度 ReL 的估算

  屈服强度 ReL按公式(11) ~公式(13)计算 。

  K = 2. 428× Rm - 1. 168×Rp0. 2 - 61. 22 …………………………( 11 )

  n = 2. 808× 10-5 × Rm

  其中 ,Rm 和 Rp0. 2按 5. 3. 5 和 5. 3. 6所述的方法计算 。

  ReL = (K ·εn )/eε …………………………( 13 )

  其中 ,ε可通过求解公式(14)获得 。

  其中 ,E= 2. 0×105 MPa

  5.3. 8 含屈服平台材料抗拉强度 Rm 的估算

  ε- K ·εn/E - 0. 015= 0 …………………………( 14 )

  含屈服平台材料抗拉强度为 5. 3. 6所述方法计算获得的抗拉强度乘以 1. 05。

  6 试验报告

  试验报告的相关示例见附录 C,一般包括下列内容 :

  a) 试样信息 :材料名称 、原始尺寸 、取样方向等 ;

  b) 试验设备 :试验设备型号和编号 ;

  c) 采用的标准 ;

  d) 试验条件 :试验温度 、加载速率 ;

  e) 测试结果 :载荷-挠度/位移曲线 ;

  f) 试验中发现的任何异常或其他有必要记录的信息 ;

  g) 拉伸性能 。

  8

  GB/T 29459.2—2025

  附 录 A

  (资料性)

  经验转换方法涉及的试验材料

  本文件中经验转换方法涉及的试验材料 ,见表 A. 1。

  表 A. 1 试验材料

  材料编号

  材料牌号

  材料状态

  1

  2. 25Cr1Mo

  淬火 +回火

  2

  淬火 +回火

  3

  淬火 +回火

  4

  A350

  正火

  5

  正火

  6

  正火

  7

  25Cr2NiMo1V

  淬火 +回火

  8

  P91

  正火 +回火

  9

  2205

  固溶处理

  10

  固溶处理

  11

  16MnR

  正火

  12

  正火

  13

  正火

  14

  正火

  15

  GH864

  固溶处理 +时效处理

  16

  304

  固溶处理 +冷拔

  17

  固溶处理

  18

  316L

  固溶处理 、原始态

  19

  固溶处理 、晶粒尺寸 10 μm

  20

  固溶处理 、晶粒尺寸 20 μm

  21

  固溶处理 、晶粒尺寸 30 μm

  22

  固溶处理 、晶粒尺寸 40 μm

  23

  GH2132

  固溶处理 +时效处理

  24

  固溶处理 +时效处理

  25

  A106

  正火

  26

  正火

  27

  A508

  淬火 +回火

  28

  1. 25Cr0. 5Mo

  淬火 +回火

  29

  25Cr2MoV

  淬火 +回火

  9

  GB/T 29459.2—2025

  表 A. 1 试验材料 (续)

  材料编号

  材料牌号

  材料状态

  30

  1. 25Cr0. 5MoSi

  淬火 +回火

  31

  16MnDR

  正火

  32

  12Cr1MoV

  正火

  10

  GB/T 29459.2—2025

  附 录 B

  (规范性)

  数据有效性判定

  B. 1 试样宏观检查

  试验结束后应检查试样宏观形貌 ,若试样发生翘曲 ,变形不对中 ,则数据无效 。

  B.2 试验曲线检查

  小冲杆拉伸试验测试数据产生误差主要发生在试验开始阶段 。 图 1 为典型小冲杆拉伸试验载荷-挠度曲线 ,在试验开始阶段 ,试验力随挠度变化应是连续变化的 。 图 B. 1 为合格试验曲线和不合格的试验曲线的对比 ,试验曲线出现拐点为不合格数据 ,这由挠度测量误差导致 。

  a) 不合格数据向右偏移

  b) 初始挠度未记录

  图 B. 1 不合格数据与合格数据对比

  11

  GB/T 29459.2—2025

  c) 不合格数据向左偏移

  图 B. 1 不合格数据与合格数据对比 (续)

  12

  GB/T 29459.2—2025

  附 录 C (资料性)

  试验报告示例

  试验报告的样本示例见表 C. 1。

  表 C. 1 试样、材料、试验

  试样标识 : 试验员 : 标准号 : 日期 :

  设备名称

  试样

  类型(圆片或其他形状)

  取样(设备表面或块体材料)

  材料

  材料名称

  材料状态

  有无屈服平台

  试样厚度

  基本试验信息

  试验温度

  加载速率

  挠度选取

  uC = (mm) ,uD = (mm)或 uB = (mm)

  计算参数

  A1 = (N · mm) ,A2 = (N · mm)或 Ku = (N/mm)

  拉伸性能

  Rp0.2 = (MPa) ,Rm = (MPa)

  或

  ReL = (MPa) ,Rm = (MPa)

  13

  GB/T 29459.2—2025

  参 考 文 献

  [1] KumarK ,PooleeryA,MadhusoodananK ,etal.Evaluation ofultimatetensile strength using Miniature Disk Bend Test[J] .JournalofNuclear Materials,2015,461:100-111.

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