原油輸送鋼管 Rt0.5測量結果不確定度評定

李毅軍王洪禮

前言

金屬材料的常溫拉伸試驗是用拉伸力將試樣拉伸，一般拉至試樣斷裂以測定其力學性能,其所獲得的技術指標是評價材料性能優(yōu)劣、改進生產(chǎn)工藝以及指導設計和選材的重要依據(jù)。在檢驗過程中，由于誤差的存在，檢測結果必然存在著測量不確定度。對金屬材料拉伸性能各項指標的測量不確定度進行評定有著重要意義。屈服強度是金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應力點。屈服強度分為上屈服強度、下屈服強度、規(guī)定非比例延伸強度、規(guī)定總延伸強度和規(guī)定殘余延伸強度。0.5%總伸長規(guī)定總延伸強度Rt0.5是指規(guī)定總延伸率0.5%時的應力。Rt0.5測試在實際應用中是結構靜強度設計的主要依據(jù)之一，當下屈服強度不明顯時，通常采用Rt0.5表示材料的下屈服強度，因而Rt0.5測量不確定度的評定極其關鍵[1]。本文將對原油輸送鋼管Rt0.5測量不確定度進行評定。

試驗概述

1.測量方法

依據(jù)GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》。

2.環(huán)境條件

試驗一般在室溫10℃～35℃范圍內進行，對溫度要求嚴格的試驗，試驗溫度應為23±5℃，本次試驗在室溫23℃和相對濕度74%下進行。

3.測量設備及量具

電子拉力材料試驗機，計量檢定合格，準確度等級1級；0～150mm電子卡尺，精度 0.01mm；0～25mm壁厚千分尺，精度0.01mm；MFL300-3型全自動引伸計，準確等級1級。

4.被測對象

將 L360MB φ517×10mm B級焊接鋼管用鋼按GB/T 228.1-2010標準的規(guī)定，沿縱向加工成矩形帶肩試樣，名義厚度10mm，寬度20mm。

5.實驗過程

依據(jù)GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》，在室溫條件下，分別用壁厚千分尺和電子卡尺測量試樣的厚度及寬度，計算試樣橫截面積。采用電子拉力材料試驗機在應變速率為0.002/s的條件下對10根試樣進行軸向拉伸，得出0.5%總長伸下延伸力測試結果見表1。

表1 L360MB B級焊接鋼管用鋼Rt 0.5測試值

(接上表)

6.測量評定依據(jù)

依據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》對測得結果進行不確定度評定。

數(shù)學模型

式中：Rt0.5-0.5%總伸長規(guī)定總延伸強度/MPa

Ft0.5-0.5%總伸長下延伸力/kN

a-試樣厚度/mm

b-試樣寬度/mm

0.5%總伸長規(guī)定總延伸強度Rt0.5測量不確定度的來源

拉伸試驗測試結果的精密度要受到試驗設備、力學性能的計算方法、材料、試樣等因素的影響。

本次試驗是在規(guī)定的溫度和濕度環(huán)境下，按規(guī)定的加荷速率進行，因此由加荷速率和環(huán)境溫度濕度引起的不確定度分量可以忽略不計。

對于Rt0.5的測量不確定度的主要來源由四個方面：測試結果的重復性帶來的不確定度分量、0.5%總伸長下延伸力測量的不確定度分量、試樣橫截面積測量帶來的不確定度分量和0.5%總伸長規(guī)定總延伸強度修約帶來的不確定度分量[4,5,6]。

0.5%總伸長規(guī)定總延伸強度Rt0.5測量標準不確定度分量的評估

1.測試結果重復性帶來的不確定度urel（Rt 0.5）

本試驗從相同部位上均勻截取10根符合試驗要求的 L360MB B級焊接鋼管用鋼試樣，根據(jù)GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》進行Rt0.5測試。實驗結果是由樣品的重復性測量引起的，因此屬于A類不確定度評定。

試驗標準偏差按照貝塞爾公式計算：

則10根試樣Rt0.5的算數(shù)平均值修約后為：465MPa，標準偏差：s（Rt0.5）=8.28MPa，則測試結果的相對標準不確定度為：

2.0.5%總伸長下延伸力測量不確定度ure（lFt 0.5）

由于電子拉力材料試驗機精度為1級,其力值測量誤差滿足±1%,按均勻分布考慮,相對標準不確定度：

（2）標準測力儀帶來的相對標準不確定度u2（Ft0.5）

使用0.3級的標準測力儀對試驗機進行檢定，JJG144-2007中給出了重復測量的極差，R=0.3%，按10次重復測量考慮，極差系數(shù)C=3.098，相對標準不確定度為：

（3）引伸計測量帶來的相對標準不確定度u3（Ft0.5）

滿足測定0.5%總長伸下延伸力所用的引伸計測量誤差應達到±1.0%，按均勻分布考慮,相對標準不確定度：

（4）引伸計標距帶來的相對標準不確定度u4（Ft0.5）

滿足測定0.5%總長伸下延伸力所用的引伸計標距誤差應達到±1.0%，按均勻分布考慮,相對標準不確定度：

（5）0.5%總長伸下延伸力Ft0.5的相對標準不確定度urel（Ft0.5）

根據(jù)JJF1059.1-2012的推薦的合成法則,由于以上分量相互獨立,則0.5%總伸長下延伸力測量的相對標準不確定度：

3.試樣橫截面積測量帶來的相對標準不確定度 urel（s）

（1） 厚度 a不確定度分量 u1r（a）

（a）壁厚千分尺的示值誤差為±0.01mm，以矩形分布估計，包含因子，則不確定度為：

（b）測量10根試樣的厚度帶來的不確定度，采用A類標準不確定度評定，其標準差為：

（c）由于量具的不確定度與測量數(shù)據(jù)的不確定度是兩個無關的分量，則厚度方向測量標準不確定度可合成為：

相對標準不確定度為：

（2） 寬度 b不確定度分量 u2r（b）

（a）電子卡尺的示值誤差為±0.01mm，以矩形分布估計，包含因子，則不確定度為：

（b）測量10根試樣的寬度帶來的不確定度，采用A類標準不確定度評定，其標準差為：

（c）由于量具的不確定度與測量數(shù)據(jù)的不確定度是兩個無關的分量，則寬度方向測量標準不確定度可合成為：

相對標準不確定度為：

試樣橫截面積測量帶來的相對標準不確定度可合成為：

4.數(shù)據(jù)修約所帶來的標準不確定度分量urel（off）

本試驗由電子拉力材料試驗機所測結果：Rt0.5=466.6 MPa,按照 GB/T 228.1－2010的規(guī)定：Rt0.5在 200 N/mm2～1000N/mm2之間時， 修約間隔為 5N/mm2，即是 Rt0.5分布在（Rt0.5－2.5，Rt0.5+2.5）以內,其分布區(qū)間的半寬為2.5N/mm2,并且可以估計其分布為均勻分布。根據(jù)JJF1059.1－2012可知，因此標準不確定度：

其相對標準不確定度為：

合成相對標準不確定度的評定合成相對標準不確定度為：

相對擴展不確定度的評定

相對擴展不確定度U （Rt0.5）等于包含因子k乘以合成相對標準不確定度ucrel（Rt0.5），當選擇k=2時，則

結論

測量不確定度報告:L360MB B級焊接鋼管用鋼Rt0.5相對標準不確定度評定為：Rt0.5=400×（1±4.18%）MPa；其中置信概率p=95%，式中4.18%為U95r之值。