1标样应用情况和效果
1.1硬度标样的应用情况和效果
冷轧板硬度标样自2003年8月投入使用，有这些测量项目的各子试验室每月测量比对1次。连续10多年多个试验室每月测量的洛氏硬度平均值趋势如图1所示：这种标样经过一段时间自然时效后，硬度指标不会随着年份发生规律性的上升或下降，呈现没有时效性的特征。冷轧薄板硬度标样的一个特殊作用：能够反映出硬度计砧座的状况。普通硬度标样因为厚度大于5mm，通常不能有效反映硬度计砧座的状况，而硬度计砧座可能是影响薄板试样测量结果的一个重要因素。根据这个发现可以推论：要想保证测量薄板试样硬度的可靠性，试验室必须用厚度接近或小于待测试样厚度的硬度标样监测硬度计，而常规的硬度标样不能满足监测用于测量薄板的硬度计砧座的需要。统计多个子试验室多年的实际测量数据，发现这种标样经过一段时间的时效后，不同标准块之间的硬度值相差很小，可以采用相同的标称值，用来比较分析不同硬度计及不同年月测量值之间的系统偏差和变化趋势。采用这种有相同标称值的硬度标样，可以很方便地进行不同子试验室不同硬度计的日常数据分析和质量控制。借鉴冷轧硬度标样的经验，宝钢检化验中心采用与无时效冷轧硬度标样相同的材料制作了无时效的热轧硬度标样，用这种标样可以测量HRB、HV10、HV1、HBW2.5/187.5、HBW10/1000等不同的硬度指标，不同的子试验室根据实际需要测量的项目，在测量试样前先用这种标样确认硬度计测量结果与历史数据没有发生异常变化。多个子试验室采用这种标样监测硬度计后，反映出不同硬度计存在的系统偏差，而在采用这种标样之前各个子试验室采用不同标称值的标样，难以利用日常的监测数据分析评估系统偏差。
1.2拉伸标样的应用情况和效果
冷轧板无时效拉伸标样自2004年1月投入使用，2009年获得了国家标样证书（国家标准样品编号和批号：GSB03―2526―2009），宝钢厂内5个做拉伸项目的子试验室每月测量比对1次。连续10多年多个试验室每月测量屈服强度、抗拉强度和均匀延伸率趋势如图2所示：这种拉伸标样没有时效性，屈服强度Rp0.2、抗拉强度Rm、均匀延伸率Agt、断后伸长率A、r值（塑性应变比）、n值（应变硬化指数）等指标不会随着年份发生规律性的上升或下降。拉伸试验是最常用也是最重要的力学试验方法。虽然对于拉伸机测力系统、引伸仪和测量试样横截面积的量具有直接校验方法，由于拉伸试验的测量结果受拉伸试验的控制方式、速率、试样对中精度、试验机软件等多种因素影响，直接计量都合格的拉伸机测量屈服强度、r值的结果常会存在显著差异。这种现象显示在出现这种矛盾的结果时，需要借助拉伸标样验证相应的拉伸机整机系统测量结果的准确性。自从宝钢检化验中心多个子试验室每月进行拉伸比对工作并结合各子试验室每天采用控样进行监控测量后，有效提高了拉伸试验结果的可靠性。也多次发现了参加比对子试验室测量出现的异常偏差并查明了原因。另一方面，拉伸标样也是查明拉伸试验质量异议中哪个试验室测量结果偏差大的有效工具。近几年为了验证GB/T228.1―2010中存在的问题，采用无时效拉伸标样和有上下屈服点的拉伸标样进行各种验证试验，发现了欧盟资助的TEN-STAND研究报告和GB/T228.1―2010标准及实施该标准的指南、对该标准进行解读的文章等材料中存在诸多错误[9-11]。为了监测大吨位的拉伸机，借鉴冷轧无时效拉伸标样的方法，宝钢检化验中心采用与无时效冷轧拉伸标样相同的材料制作了无时效的热轧拉伸标样。这种标样除了不测量r值外，可以提供屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率、断后伸长率、n值（应变硬化指数）等指标。用这种标样可以监测大吨位拉伸机的长期稳定性，也可在发生质量异议时用来验证相关拉伸机测量结果的偏差程度。
1.3V形缺口冲击标样的应用情况
宝钢检化验中心自20世纪90年代开始研制V形缺口冲击标样用于监测不同冲击机测量结果系统偏差。2000年中国试验室国家认可委员会金属专业能力验证工作组筹划开展中国首次冲击试验能力验证工作，调查了解到中国批量制作V形缺口冲击标样的只有宝钢检化验中心，故决定采用宝钢检化验中心提供的两种能量等级的V形缺口冲击标样开展第1次冲击试验能力验证。根据能力验证的数据[12]分析发现，按照ISO148―2（等同GB/T3808）中规定的与标称值偏差超出10%判断为不合格，无论以中位数还是平均值作为标称值（相对真值），都有将近1/3的校验结果不合格，以中位值为标称值，90组数据中27组不合格；以平均值为标称值，90组数据中有29组不合格。对比第2次冲击试验能力验证的数据（216组校验数据只有1组不合格）[13]，第1次中国冲击试验能力验证的不合格率比第2次中国冲击试验能力验证不合格率高出几十倍。对比结果显示出V形缺口冲击标样与“弧形缺口”冲击标样校验冲击机的有效性存在显著性差异，文献[14]也表明了“弧形缺口”冲击标样不能反映冲击机刚度和对中性等方面存在的问题，同一台冲击机用NIST标样校验严重不合格而用“弧形缺口”冲击标样校验却得出“很好”（偏差小于2%）的错误结论。2000年中国第1次夏比冲击能力验证所用的V形缺口冲击标样虽然可以有效反映冲击机的测量偏差，但是存在轻微时效的缺陷。为了解决冲击标样轻微时效的缺陷，宝钢检化验中心2006年用与热轧无时效拉伸标样相同的材料制作无时效V形缺口冲击标样，分析2007至2014年的测量数据，证明用这种材料制作的V形缺口冲击标样确实没有时效的倾向。
2分析与讨论
力学试验是破坏性试验，如何监测力学试验设备整机系统的长期稳定性是困扰力学试验室的一个难题。研制系列无时效力学标样，尤其是制作出大批量有相同标称值的无时效力学标样，为破解此难题提供了一个有效工具。校验1台设备采用1种标样是否能反映设备的状况也是长期存在争论的问题。如果按照与实测试样相似性的角度去看，因为实际测量的试样千差万别，1种标样似乎不够。但是需要多少种标样，依据什么理论或数据来判断等问题都难以给出有说服力的回答。如果不是按照与实测试样相似性的角度去看，而从监测力学试验设备整机测量系统影响测量结果的相关因素思考，可以得出合理的结论。以校验硬度计为例，影响硬度计测量结果的有硬度计砧座、载荷、压头、压痕尺寸测量系统、保荷时间及加载与卸载速率、计算和显示软件诸因素，用一种合适的标准硬度块能够反映测量过程中涉及到的各种因素。过去拉伸机测量不同载荷范围不是用同一个传感器而是用不同的砝码，如果说这种拉伸机需要采用不同的标样校验似乎有道理；现在拉伸机不同载荷采用同一个传感器，这种设备在一种设定载荷下能正确测控载荷而在另一种设定载荷下不能正确测控载荷的可能性很小，从工业试验室实际应用的角度看采用一种标样监测设备长期稳定性基本能满足实际需要。按照现行标准的要求，冲击机应该采用2个能量等级或3个能量等级的V形缺口冲击标样校验，但是从文献[14]报道的实测数据看，高能量和超高能量V形缺口冲击标样校验严重不合格的冲击机，测低能量V形缺口冲击标样却没发现问题，由此看来似乎没必要采用低能量V形缺口冲击标样校验（过去冲击机采用指针显示结果，测量分辨力低，可能需要校验低能量以验证分辨力；现在冲击机采用角度传感器分辨力大幅度提高，能够保证冲击机的分辨力）；从文献[6]报道的两种能量等级V形缺口冲击标样测量结果的相关性看，高能量和超高能量两种V形缺口冲击标样校验结果基本一致，采用一种高能量或超高能量等级的V形缺口冲击标样校验，应该能够基本反映冲击机的问题，也就是说采用一种高能量或超高能量的V形缺口冲击标样校验冲击机是经济有效的方法。目前涉及力学标样的标准，如洛氏硬度标样、维氏硬度标样、布氏硬度标样和V形缺口冲击标样的标准都强调标样定值的溯源性。专业校验机构用来对测量设备进行间接校验的标样，溯源性确实是至关重要的；而一般工业试验室每年都会请专业计量机构对测量设备进行一次校验保证溯源性，除此之外，试验室如果能够用有相同标称值无时效的力学标样监测设备的长期稳定性，即使这种无时效标样定值过程没有严格符合有证标样定值溯源性的要求，实际上只要监测时间内包含了至少1次专业计量机构的保证溯源性的校验，设备状态的长期稳定性也就间接地保证了设备的溯源性。采用大批量制作的并有相同标称值的无时效力学标样，不仅便于监测设备长期稳定性，还便于测算不同设备的系统偏差，尤其有利于测算大量设备的系统偏差并监测它们的长期稳定性。
3结语
大批量有相同标称值的无时效力学标样的研制成功，不仅可用于测算力学测量设备的系统偏差，监测设备状态的稳定性，而且为力学检测试验室的质量控制提供了一个有效工具。已制作出大批量有相同标称值的无时效力学标样，可用于测算大量力学测量设备的系统偏差，监测设备的稳定性，可用于解决有效进行质量控制的难题，弥补了直接校验方法的不足。
作者：李和平 单位：上海宝钢工业技术服务有限公司检化验中心技术室
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