測(cè)量不確定度在鋼材檢驗(yàn)中的應(yīng)用

朱 波，馬曉文

（西寧特殊鋼股份有限公司，青海 西寧 810005）

鋼材是國(guó)家建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可缺少的材料。鋼材一般分為四類：型材、板材、管材和金屬制品。鋼鐵制造業(yè)的發(fā)展是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，也是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。鋼材作為一種應(yīng)用廣泛的材料，可根據(jù)不同行業(yè)和建設(shè)工程的需要分為不同類型。鋼材的檢驗(yàn)結(jié)果不僅是鋼種分類的重要依據(jù)，而且是判斷鋼材應(yīng)用和使用中質(zhì)量判斷和參數(shù)確定的依據(jù)。鋼材檢驗(yàn)不確定度的測(cè)量是鋼材檢驗(yàn)測(cè)量的一項(xiàng)重要工作，直接影響到鋼的定價(jià)和使用。如何更準(zhǔn)確地測(cè)量不確定度，在鋼材檢驗(yàn)領(lǐng)域得到了越來越多的關(guān)注。

1 鋼材不確定度檢驗(yàn)概述

在建筑材料檢驗(yàn)中，檢驗(yàn)結(jié)果一般用測(cè)量誤差來表示。為了確定測(cè)量結(jié)果的可靠性和可靠性，應(yīng)該有相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)定測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量。用單一誤差對(duì)鋼的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定量評(píng)價(jià)是不合理和不科學(xué)的。鑒于這種情況，檢驗(yàn)部門在給出測(cè)試結(jié)果時(shí)通常采用測(cè)量不確定度的概念。測(cè)量不確定度的概念被定義為與測(cè)量結(jié)果相關(guān)的參數(shù)，它代表了合理給定的被測(cè)量之值的分散性。與測(cè)量結(jié)果相關(guān)的參數(shù)的設(shè)置要求必須是標(biāo)準(zhǔn)偏差或倍數(shù)。

鋼材檢驗(yàn)結(jié)果的專業(yè)表達(dá)是不確定檢驗(yàn)的。鋼材測(cè)量的不確定度與鋼材檢驗(yàn)有很大的不同。鋼材檢驗(yàn)的測(cè)量誤差也是鋼材檢驗(yàn)質(zhì)量的一種表現(xiàn)，但不能定性地測(cè)量鋼質(zhì)檢驗(yàn)的結(jié)果，它只是測(cè)量結(jié)果偏離真實(shí)值的結(jié)果，它不會(huì)被人們的認(rèn)識(shí)所改變。鋼材測(cè)量不確定度是一個(gè)具有明確意義的檢驗(yàn)項(xiàng)目，它可以通過人們的實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)來評(píng)價(jià)，并可以定量地確定。鋼材不確定性和檢驗(yàn)誤差是完全不相等的。在對(duì)鋼材的不確定度進(jìn)行測(cè)試和評(píng)定時(shí)，必須全面測(cè)量鋼材的各個(gè)方面。除了評(píng)估鋼的形狀和尺寸外，還應(yīng)測(cè)量鋼材的內(nèi)部尺寸、長(zhǎng)度和橢圓尺寸。然后，結(jié)合各種鋼材的形狀和成分，確定綜合參數(shù)。

2 測(cè)量不確定度在鋼材檢驗(yàn)中的應(yīng)用

（1）鋼材表面的檢驗(yàn)。鋼表面的分析是整個(gè)鋼材不確定度檢測(cè)的重要組成部分。一般來說，其表面的一些特性會(huì)直接影響鋼材的使用質(zhì)量，因?yàn)樵阡摬牡匿N售中，人們通常要先看其表面，其表面的好壞會(huì)吸引一定數(shù)量的顧客，如果表面很糟糕，就難以進(jìn)行銷售，所以可以說表面情況會(huì)直接影響鋼材的銷售。在表面檢測(cè)的過程中，通常需要對(duì)表面的基本信息進(jìn)行測(cè)量和評(píng)價(jià)。對(duì)鋼管的外徑、內(nèi)徑、橢圓度等基本要素進(jìn)行測(cè)量，對(duì)棒鋼來說，需要測(cè)量?jī)?nèi)徑、肋高、間距等要素；如果是圓鋼，則測(cè)量其基本直徑和長(zhǎng)度的固定標(biāo)尺。在規(guī)定范圍內(nèi)的測(cè)量結(jié)果才可確定為合格鋼材，如果測(cè)量結(jié)果不在規(guī)定范圍內(nèi)，則認(rèn)為鋼材不合格，報(bào)廢。由此可見，測(cè)量技術(shù)在確定鋼的基本狀態(tài)中起著重要的作用。如果鋼的質(zhì)量介于合格與不合格之間，則很難判斷其特性，因此此時(shí)應(yīng)特別注意測(cè)量的質(zhì)量，這是最關(guān)鍵的決定因素。在測(cè)量過程中，測(cè)量不確定度的來源主要是測(cè)量員的基本測(cè)量水平。所用的測(cè)量工具，如鋼尺或其他一些測(cè)量工具，必須在進(jìn)行測(cè)量之前進(jìn)行校準(zhǔn)。這樣做的目的是保證最終測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性并使其更準(zhǔn)確。不確定性分量減少。一般來說，測(cè)量中使用的鋼尺的溫度和彈性效應(yīng)基本上不作為參考標(biāo)準(zhǔn)。

（2）化學(xué)成分分析不確定度的評(píng)定。鋼是一種合金材料，它由不同的化學(xué)元素組成，不同的化學(xué)元素在鋼中的比例會(huì)產(chǎn)生不同的化學(xué)和物理性能。鋼材的檢驗(yàn)和測(cè)量需要檢驗(yàn)鋼成分的不確定度。各類鋼材的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)冶煉各種化學(xué)成分的元素有嚴(yán)格的規(guī)定。在我國(guó)，對(duì)鋼檢驗(yàn)中各元素的不確定度要求是符合GB/T222規(guī)定的。對(duì)于不同的鋼產(chǎn)品，測(cè)量五元元素（碳、硅、錳、磷、硫）含量以及合金元素（V、Cr、Ni、W）和其他殘余元素的測(cè)量偏差必須符合本規(guī)定的要求。通過化學(xué)分析，可以準(zhǔn)確判斷鋼中元素由什么構(gòu)成，通過對(duì)化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果的分析，還可以準(zhǔn)確計(jì)算鋼中元素的含量。化學(xué)分析方法在測(cè)量鋼材的不確定度方面較為準(zhǔn)確，但是由于測(cè)量過程中需要的試劑和儀器種類繁多，對(duì)檢驗(yàn)人員的專業(yè)水平要求較高。近年來，隨著光譜分析技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)可用于鋼的定性、定量檢測(cè)，還可以測(cè)定鋼的不確定度。該方法仍以化學(xué)分析為基礎(chǔ)，但對(duì)檢測(cè)人員專業(yè)要求不高，測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確，效率更高，因此在鋼的化學(xué)成分檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。光譜分析技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了化學(xué)分析中不確定度測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步。

（3）鋼材力學(xué)性能檢測(cè)。通過對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，集成了測(cè)量、控制、計(jì)算、存儲(chǔ)等多種功能，能夠準(zhǔn)確測(cè)量材料的應(yīng)力、延伸率、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等參數(shù)，被廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、電纜、鋼材、型材等材料的拉力試驗(yàn)中。采用拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)量鋼材的不確定度，極大的提高了不確定度測(cè)量的準(zhǔn)確性，促進(jìn)了現(xiàn)代鋼材制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。鋼材的剛性、延展性和可加工性是現(xiàn)代社會(huì)中鋼材被廣泛應(yīng)用的原因之一。鍛造、沖壓、彎曲等鋼材加工方法都對(duì)鋼的力學(xué)性能有特殊要求。不同類型的鋼由于其元素組成和加工方法而具有不同的機(jī)械性能。鋼材力學(xué)性能的不確定性是評(píng)價(jià)不同類型鋼材加工或應(yīng)用適應(yīng)性的標(biāo)準(zhǔn)。鋼材力學(xué)性能的不確定度測(cè)量，主要通過拉伸試驗(yàn)，通過定量拉伸試驗(yàn)，測(cè)定了材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、最大承載力、斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂收縮率。傳統(tǒng)的鋼材拉伸試驗(yàn)是通過讀取拉伸測(cè)力計(jì)的刻度盤得到的，但這種方法存在一定的測(cè)量誤差，對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度有一定的影響。拉力試驗(yàn)機(jī)以拉力傳感器為主要測(cè)量元件，通過應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，集測(cè)量、控制、計(jì)算、存儲(chǔ)等功能于一體，可以精確地測(cè)量材料的應(yīng)力、伸長(zhǎng)、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等參數(shù)。廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、電纜、鋼材、型材等材料的拉伸試驗(yàn)中。采用拉伸試驗(yàn)機(jī)，大大提高了不確定度的測(cè)量精度，促進(jìn)了現(xiàn)代鋼鐵制造業(yè)的發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋼材檢驗(yàn)中不確定度的評(píng)定體系，不僅為鋼材質(zhì)量和類型定性的重要標(biāo)準(zhǔn)，也體現(xiàn)著檢測(cè)工作的質(zhì)量和水平。隨著我國(guó)各產(chǎn)業(yè)對(duì)鋼材質(zhì)量要求的不斷提高，必須提高鋼材檢驗(yàn)中不確定度的測(cè)量技術(shù)發(fā)展，才能有效促進(jìn)鋼材生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展，并為國(guó)家建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)更大的力量。