《鋼絲繩 實(shí)際殘余應(yīng)力測(cè)定方法》征求意見(jiàn)稿

ICS77.140.65

CCSH49YB

中華人民共和國(guó)黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

YB/TXXXX—XXXX

鋼絲繩實(shí)際殘余應(yīng)力測(cè)定方法

Steelwirerope–DeterminationoftheResidualstress

（征求意見(jiàn)稿）

-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中華人民共和國(guó)國(guó)家工業(yè)和信息化部發(fā)布

YB/TXXXX—XXXX

鋼絲繩實(shí)際殘余應(yīng)力測(cè)定方法

1范圍

本文件規(guī)定了鋼絲繩殘余應(yīng)力測(cè)定方法的范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、方法選擇、試驗(yàn)

報(bào)告。

本文件中測(cè)定殘余應(yīng)力的方法只涉及物理法和X射線應(yīng)力檢測(cè)法。

本文件適用于所有用途的鋼絲繩，不限直徑、不限工況。其他鋼簾線、鋼絞線、鋼絲均可參照本文

件進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T7704無(wú)損檢測(cè)Ｘ射線應(yīng)力測(cè)定方法

GB/T8706鋼絲繩術(shù)語(yǔ)、標(biāo)記和分類

GB/T22315金屬材料彈性模量和泊松比試驗(yàn)方法

GB/T24191鋼絲繩實(shí)際彈性模量測(cè)定方法

GB/T33159鋼簾線試驗(yàn)方法

YB/T081冶金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值修約與檢測(cè)數(shù)據(jù)的判定

3術(shù)語(yǔ)和定義

下面列定的以及GB/T7704中界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

宏觀殘余應(yīng)力Macroresidualstress

在鋼絲繩的結(jié)構(gòu)形式中，每根鋼絲既有沿著股中心絲的扭轉(zhuǎn)和彎曲，也有整股鋼絲沿著鋼

絲繩中心股的扭轉(zhuǎn)和彎曲，以及鋼絲繩在盤卷上彎曲盤繞，都會(huì)引起鋼絲繩產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這

種由鋼絲繩不同組成部分的宏觀變形不均勻性引起的殘余應(yīng)力，被稱為宏觀殘余應(yīng)力。

3.2

微觀殘余應(yīng)力Latticeresidualstress

組成鋼絲繩的每根鋼絲在經(jīng)過(guò)熱處理、拉拔、壓縮而導(dǎo)致的晶格間距發(fā)生變化，由晶格間距變

化而引起的應(yīng)力，被稱為微觀殘余應(yīng)力。

3.3

1

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直接折角法Directanglebendingmethod

3.4

微區(qū)X射線應(yīng)力檢測(cè)法

4方法選擇

直接折角法適用于盤卷上直徑≤10mm的鋼絲繩，主要檢測(cè)的是宏觀殘余應(yīng)力。

微區(qū)X射線應(yīng)力檢測(cè)法適用于鋼絲繩單絲直徑30μm以上的，目前制繩鋼絲直徑均滿足檢測(cè)要求，

所以不限鋼絲繩直徑、類型、工況均可采用；

微區(qū)X射線應(yīng)力檢測(cè)法是一種破環(huán)性試驗(yàn)，主要檢測(cè)鋼絲繩鋼絲內(nèi)部的微觀殘余應(yīng)力，需要拆解

鋼絲和股；

3種方法由鋼絲繩直徑范圍以及供需雙方協(xié)商選定，訂貨合同中未注明者，由供方自行決定。

4.1殘余應(yīng)力的測(cè)定

4.1.1方法1——直接折角法

4.1.1.1原理

盤卷上的鋼絲繩通過(guò)拉出一定長(zhǎng)度后，折角觀察其旋轉(zhuǎn)方向，來(lái)確認(rèn)存在于鋼絲繩內(nèi)部的宏觀殘余

應(yīng)力。

4.1.1.2試驗(yàn)步驟

從盤卷上沿切線方向拉出鋼絲繩，鋼絲繩不可旋轉(zhuǎn)去除1m后，在拉出端折出一個(gè)長(zhǎng)約50mm的直

角，緊握住折角，保證不會(huì)有任何轉(zhuǎn)動(dòng)，將鋼絲繩拉出6m，慢慢地松開折角，讓鋼絲繩自由釋放轉(zhuǎn)動(dòng)，

觀察折角旋轉(zhuǎn)角度，以角度確認(rèn)殘余應(yīng)力，90°為0.25，180°為0.5，270°為0.75，360°為1，順時(shí)針為

正，逆時(shí)針為負(fù)，讀數(shù)并記錄試樣轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和圈數(shù)。檢測(cè)圖示按GB/T33159進(jìn)行，如圖1所示。

圖1折角法示意圖

4.1.1.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)

殘余應(yīng)力：?jiǎn)挝粸槿Γ_到0.25圈。

2

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4.1.2方法2——微區(qū)X射線應(yīng)力檢測(cè)法

4.1.2.1原理

其原理是基于著名的布拉格方程2dsinθ=nλ，即一定波長(zhǎng)的X射線照射到晶體材料上，相鄰兩個(gè)原

子面衍射時(shí)的X射線光程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍。通過(guò)測(cè)量衍射角變化Δθ從而得到晶格間距變化Δd，

根據(jù)胡克定律和彈性力學(xué)原理，計(jì)算出材料的殘余應(yīng)力。

4.1.2.2設(shè)備

微區(qū)X射線殘余應(yīng)力儀

4.1.2.2樣品的制備

a)截取的樣品長(zhǎng)度以設(shè)備要求為主，應(yīng)以不導(dǎo)致所測(cè)應(yīng)力的釋放為原則；

b)拆解鋼絲繩成單絲，按照相同直徑分類，試驗(yàn)前先將試樣用適當(dāng)?shù)娜軇┗蛳礈靹?非氯化物)除

油并干燥。推薦使用丙酮或者無(wú)水乙醇清洗試樣，并吹干；

c)鍍鋅鋼絲繩檢測(cè)單絲無(wú)需進(jìn)行褪鍍，直接進(jìn)行檢測(cè)；

d)選擇的測(cè)試位置應(yīng)具備測(cè)試所需的空間和角度范圍，同一制繩鋼絲的工藝基本固定，屬于均勻

性材料，為樣品長(zhǎng)度的中間位置，測(cè)試三點(diǎn)，三點(diǎn)的平均值為最終數(shù)值；

e)若材料屬于不均勻性，建議測(cè)試點(diǎn)增加到30點(diǎn)，以30點(diǎn)的數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，去除離群值

后，選擇中位值或平均值，作為最終數(shù)值。

4.1.2.3樣品的檢測(cè)

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7704對(duì)鋼絲繩繩股中鋼絲進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)。檢測(cè)過(guò)程中需要注意事項(xiàng)如下：

a)鋼絲測(cè)試點(diǎn)為曲面,針對(duì)測(cè)試點(diǎn)處的曲率半徑,宜選擇適當(dāng)?shù)腦射線照射面積,以能將被照射區(qū)域

近似為平面為原則，測(cè)試點(diǎn)通常為有一定面積的小區(qū)域；照射面積的選擇照射面(X射線光斑)的面積大

小可通過(guò)選用不同直徑的準(zhǔn)直管、不同尺寸的狹縫而獲得選擇X射線光斑的。原則如下:

——根據(jù)測(cè)試目的和要求的應(yīng)力分布分辨率確定光斑尺寸;

——根據(jù)試件表面的應(yīng)力分布梯度確定光斑尺寸:對(duì)于表面應(yīng)力分布梯度較為平緩且曲率半徑較大

的試樣,可選用適當(dāng)?shù)妮^大的照射面積；如果在某一方向上應(yīng)力分布梯度較大,則應(yīng)縮小這個(gè)方向上的光

斑尺寸；

——根據(jù)試件被測(cè)點(diǎn)處的曲率半徑大小確定光斑尺寸:對(duì)于曲率半徑比較小的試樣,應(yīng)采用較小的光

斑,保證在設(shè)定的Ψ和2θ范圍里入射和反射的X射線不被弧形測(cè)試面本身部分地遮擋。參考的原則:光

斑直徑宜不大于測(cè)試點(diǎn)曲率半徑的0.4倍。建議鋼絲直徑≥2mm時(shí)，光斑尺寸宜選擇0.5mm及以上;鋼

絲直徑在1mm和2mm之間的，光斑尺寸宜選擇0.3mm；鋼絲直徑小于1mm時(shí)，應(yīng)適當(dāng)縮小光斑尺寸，若

選擇最小光斑尺寸30μm時(shí)，應(yīng)加大功率和檢測(cè)時(shí)間?？傊獍咴叫?，誤差越大；樣品直徑越小，誤

差越大；

b)在需要將試樣夾緊在工作臺(tái)上的情況下,應(yīng)保證不因夾持而在測(cè)試部位產(chǎn)生附加應(yīng)力；

c）衍射波峰呈正態(tài)分布時(shí)，此時(shí)滿足布拉格方程，結(jié)果可信。正態(tài)分布越明顯、越光滑，表明結(jié)果越

真實(shí)；若波峰無(wú)法呈現(xiàn)正態(tài)分布時(shí)，建議減少光斑尺寸、增大功率等調(diào)整儀器參數(shù)在進(jìn)行檢測(cè)，若仍然

無(wú)法呈現(xiàn)正態(tài)分布，則試驗(yàn)失敗，數(shù)據(jù)不計(jì)入統(tǒng)計(jì)結(jié)果，需重新試驗(yàn);

3

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d)輸入材料的彈性模量E和泊松比υ，不銹鋼鋼絲繩和碳素鋼鋼絲繩的彈性模量大致為193GP和210GPA，

泊松比大約為0.305和0.26。彈性模量、泊松比的確定也可按照GB/T22315以及GB/T24191進(jìn)行檢

測(cè)。

4.1.2.4實(shí)際殘余應(yīng)力的計(jì)算

a)當(dāng)檢測(cè)鋼絲繩內(nèi)全部鋼絲時(shí)，是將每根鋼絲的實(shí)測(cè)殘余應(yīng)力相加。

b)當(dāng)檢測(cè)鋼絲繩內(nèi)部分鋼絲時(shí)，部分鋼絲的選擇原則為，根據(jù)GB/T8706所述鋼絲繩的結(jié)構(gòu)，選擇

同結(jié)構(gòu)同直徑的鋼絲每類至少6根或者取多股同類型的一股同直徑鋼絲進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)，求取平均

值作為同結(jié)構(gòu)同直徑鋼絲的計(jì)算殘余應(yīng)力值。鋼絲繩殘余應(yīng)力總和按式（1）計(jì)算。

……………（1）

式中：

σ=σ0+σ1N1+σ2N2+σ3N3+…+σ?N?

σ——鋼絲繩殘余應(yīng)力總和，單位為MPa；

、、——同結(jié)構(gòu)、同直徑1股中鋼絲的實(shí)測(cè)殘余應(yīng)力與不參加試驗(yàn)鋼絲的計(jì)算殘余應(yīng)力

之和，單位為MPa；

σ1σ2σ3…σ?

——各股中心絲的實(shí)測(cè)殘余應(yīng)力或計(jì)算殘余應(yīng)力之和，單位為MPa；

、、——鋼絲繩中同結(jié)構(gòu)、同直徑的股數(shù)。

σ0

c）如需研究軸向殘余應(yīng)力在鋼絲內(nèi)部的分布情況，具體見(jiàn)附錄A。

N1N2N3…N?

4.1.2.5試驗(yàn)數(shù)據(jù)

數(shù)值表示：拉應(yīng)力為正，+XX.XX±YY.YYMPa；壓應(yīng)力為負(fù)，-XX.XX±YY.YYMPa；YY.YY一般是根據(jù)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)和檢測(cè)的實(shí)際情況而計(jì)算的測(cè)量誤差。

建議鋼絲直徑≥2mm時(shí)，測(cè)量誤差大約±20.00MPa;鋼絲直徑在1mm和2mm之間的，測(cè)量誤差大約±

50.00MPa；鋼絲直徑小于1mm時(shí)，測(cè)量誤差大約±80.00MPa。

試樣試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)采用修約值比較法，其修約規(guī)則應(yīng)符合YB/T081的規(guī)定。

5試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a)樣品名稱、規(guī)格和編號(hào)；

b)儀器型號(hào)；

c)測(cè)試環(huán)境；

d)測(cè)試結(jié)果；

e)本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)；

f)操作者、測(cè)試日期、測(cè)試單位。

4

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附錄A

(資料性)

鋼絲內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布情況

A.1試驗(yàn)要求

研究軸向殘余應(yīng)力在鋼絲內(nèi)部的分布情況,分別在同結(jié)構(gòu)同直徑鋼絲股中選取至少1根