不銹鋼產(chǎn)品按交貨形狀分類可分為不銹鋼板、不銹鋼帶、不銹鋼管、不銹鋼棒、不銹鋼絲等。如果按照金相組織分類則可分為以下五種類型：奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體－鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼。各種不銹鋼材料都是以退火、調(diào)質(zhì)、固溶、淬火或回火等各種不同的熱處理狀態(tài)供貨的。
1 不銹鋼的力學(xué)性能
不銹鋼材料的力學(xué)性能十分重要，它關(guān)系到以不銹鋼為原料而進行的變形、沖壓、切削等加工的性能和質(zhì)量。因此，幾乎所有的不銹鋼材料都要求進行力學(xué)性能測試。力學(xué)性能測試方法主要分兩類，一類是拉伸試驗，一類是硬度試驗。
拉伸試驗是將不銹鋼材料制成試樣，在拉伸試驗機上將試樣拉至斷裂，然后測定一項或幾項力學(xué)性能，通常僅測定抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率和斷面收縮率。拉伸試驗是金屬材料最基本的力學(xué)性能試驗方法，幾乎所有的金屬材料，只要對力學(xué)性能有要求，都規(guī)定了拉伸試驗。特別是那些形狀不便于進行硬度試驗的材料，拉伸試驗成為唯一的力學(xué)性能檢測手段。
硬度試驗是將一個硬質(zhì)壓頭按規(guī)定條件緩慢壓入試樣表面、然后測試壓痕深度或尺寸，以此確定材料硬度的大小。硬度試驗是材料力學(xué)性能試驗中最簡單、最迅速、最易于實施的方法。硬度試驗是非破壞性的，材料硬度值與抗拉強度值之間有近似的換算關(guān)系。材料的硬度值可以換算成抗拉強度值，這一點具有很大的實用意義。
由于拉伸試驗不便于測試，并且由硬度換算到強度很方便，因此人們越來越多地只測試材料硬度而較少測試其強度。特別是由于硬度計制造技術(shù)的不斷進步和推陳出新，一些原來無法直接測試硬度的材料，如不銹鋼管材、不銹鋼線材、極薄的不銹鋼材板和不銹鋼帶材等，現(xiàn)在都已經(jīng)可以直接測試硬度了。所以，存在一個硬度試驗逐漸代替拉伸試驗的趨勢。
在不銹鋼材料的國家標準中大多數(shù)都同時規(guī)定了拉伸試驗和硬度試驗。小部分不便于進行硬度試驗的材料，例如不銹鋼管材和線材只規(guī)定了拉伸試驗。在不銹鋼標準中，一般都規(guī)定了布、洛、維三種硬度試驗方法，測定HB、HRB（或HRC）和HV硬度值，規(guī)定三種硬度值只測其一即可。
奧氏體不銹鋼和奧氏體—鐵素體不銹鋼通常都以固溶狀態(tài)供貨，鐵素體不銹鋼通常以退火狀態(tài)供貨，標準中規(guī)定了這些材料硬度的上限值。馬氏體不銹鋼一部分以退火狀態(tài)供貨，標準中規(guī)定了硬度的上限值，另一部分馬氏體不銹鋼以淬火及回火狀態(tài)供貨，標準中規(guī)定了硬度的下限值。沉淀硬化型不銹鋼當(dāng)以固溶狀態(tài)供貨時，標準中規(guī)定了硬度的上限值，以時效狀態(tài)供貨時，標準中規(guī)定了硬度的下限值?？傊?，各種牌號不銹鋼材料的硬度被規(guī)定為不高于某個硬度值或不低于某個硬度值。
中國標準GB/T 4239《不銹鋼和耐熱鋼冷軋鋼帶》規(guī)定了不銹鋼冷軋帶材的力學(xué)性能，如表一~表六所示。標準中規(guī)定：硬度檢驗要根據(jù)帶材的尺寸和狀態(tài)選擇其中一種方法。
表一 固溶處理的奧氏體不銹鋼帶的力學(xué)性能要求
|
牌號
|
拉伸試驗
|
硬度試驗
|
|
σ0.2
MPa
|
σb
MPa
|
δ5
%
|
HRB
|
HV
|
|
不小于
|
不大于
|
|
1Cr17Mn6Ni5N
|
245
|
635
|
40
|
100
|
253
|
|
1Cr18Mn8Ni5N
|
245
|
590
|
40
|
95
|
218
|
|
2Cr13Mn9Ni4
|
-
|
590
|
40
|
-
|
-
|
|
1Cr17Ni7
|
205
|
520
|
40
|
90
|
200
|
|
1Cr17Ni8
|
205
|
570
|
45
|
90
|
200
|
|
1Cr18Ni9
|
205
|
520
|
40
|
90
|
200
|
|
1Cr18Ni9Si3
|
205
|
520
|
40
|
95
|
218
|
|
0Cr18Ni9
|
205
|
520
|
40
|
90
|
200
|
|
00Cr19Ni10
|
175
|
480
|
40
|
90
|
200
|
|
0Cr19Ni9N
|
275
|
550
|
35
|
95
|
220
|
|
0Cr19Ni10NbN
|
345
|
685
|
35
|
100
|
260
|
|
00Cr18Ni10N
|
245
|
550
|
40
|
95
|
220
|
|
1Cr18Ni12
|
175
|
480
|
40
|
90
|
200
|
|
0Cr23Ni13
|
206
|
520
|
40
|
90
|
200
|
|
0Cr25Ni20
|
205
|
520
|
40
|
90
|
200
|
|
0Cr17Ni12Mo2
|
205
|
520
|
40
|
90
|
200
|
|
00Cr17Ni14Mo2
|
175
|
480
|
40
|
90
|
200
|
|
0Cr17Ni12Mo2N
|
275
|
550
|
35
|
95
|
200
|
|
00Cr17Ni13Mo2N
|
245
|
550
|
40
|
95
|
200
|
|
0Cr18Ni12Mo2Cu2
|
205
|
520
|
40
|
90
|
200
|
|
00Cr18Ni14Mo2Cu2
|
175
|
480
|
40
|
90
|
200
|
|
0Cr19Ni13Mo3
|
205
|
520
|
40
|
90
|
200
|
|
00Cr19Ni13Mo3
|
175
|
480
|
40
|
90
|
200
|
|
0Cr18Ni16Mo5
|
175
|
480
|
40
|
90
|
200
|
|
0Cr18Ni10Ti
|
205
|
540
|
40
|
90
|
200
|
|
1Cr18Ni9Ti
|
205
|
540
|
40
|
90
|
200
|
|
0Cr18Ni11Nb
|
205
|
520
|
40
|
90
|
200
|
|
0Cr18Ni13Si4
|
205
|
520
|
40
|
95
|
218
|
表二 固溶處理奧氏體——鐵素體型不銹鋼帶的力學(xué)性能要求
|
牌號
|
拉伸試驗
|
硬度試驗
|
|
σ0.2
MPa
|
σb
MPa
|
δ5
%
|
HRC
|
HV
|
|
不小于
|
不大于
|
|
0Cr26Ni5Mo2
|
390
|
590
|
18
|
29
|
292
|
|
00Cr24Ni6Mo3N
|
450
|
620
|
18
|
32
|
320
|
表三 退火處理的鐵素體型不銹鋼帶的力學(xué)性能要求
|
牌號
|
拉伸試驗
|
硬度試驗
|
彎曲試驗
|
|
σ0.2
MPa
|
σb
MPa
|
δ5
%
|
HRB
|
HV
|
180°
|
|
不小于
|
不大于
|
|
0Cr13A1
|
175
|
410
|
20
|
88
|
200
|
d=a
|
|
00Cr12
|
195
|
365
|
22
|
88
|
200
|
d=2a
|
|
1Cr15
|
205
|
450
|
22
|
88
|
200
|
d=2a
|
|
1Cr17
|
205
|
450
|
22
|
88
|
200
|
d=2a
|
|
00Cr17
|
175
|
365
|
22
|
88
|
200
|
d=2a
|
|
1Cr17Mo
|
205
|
450
|
22
|
88
|
200
|
d=2a
|
|
00Cr17Mo
|
245
|
410
|
20
|
96
|
230
|
d=2a
|
|
00Cr18Mo2
|
245
|
410
|
20
|
96
|
230
|
d=2a
|
|
00Cr30Mo2
|
295
|
450
|
22
|
95
|
220
|
d=2a
|
|
00Cr27Mo
|
245
|
410
|
22
|
90
|
200
|
d=2a
|
注：d—彎心直徑；a—鋼帶厚度。
表四 退火處理的馬氏體不銹鋼帶的力學(xué)性能要求
|
牌號
|
拉伸試驗
|
硬度試驗
|
彎曲試驗
|
|
σ0.2
MPa
|
σb
MPa
|
δ5
%
|
HRB
|
HV
|
180°
|
|
不小于
|
不大于
|
|
1Cr12
|
205
|
440
|
20
|
93
|
210
|
d=2a
|
|
0Cr13
|
205
|
410
|
20
|
88
|
210
|
d=2a
|
|
1Cr13
|
205
|
440
|
20
|
93
|
200
|
d=2a
|
|
2Cr13
|
225
|
520
|
18
|
97
|
234
|
-
|
|
3Cr13
|
225
|
540
|
18
|
99
|
247
|
-
|
|
3Cr16
|
225
|
520
|
18
|
100
|
253
|
-
|
|
7Cr17
|
245
|
590
|
15
|
HRC≤25
|
269
|
-
|
注： d—彎心直徑；a—鋼帶厚度。
表五 淬火回火處理的馬氏體不銹鋼帶的力學(xué)性能要求
|
牌號
|
HRC
|
|
3Cr13
|
≥40
|
|
7Cr17
|
≥40
|
表六 固溶處理的沉淀硬化不銹鋼板帶的力學(xué)性能要求
|
牌號
|
熱處理
種類
|
拉伸試驗
|
硬度試驗
|
|
σ0.2
MPa
|
σb
MPa
|
δ5
%
|
HRC
|
HRB
|
HV
|
|
0Cr17Ni7A1
|
固溶
|
≤380
|
≤1030
|
≥20
|
-
|
≤92
|
≤200
|
|
565℃時效
|
≥960
|
≥1140
|
a≤3.0mm
≥3
a>3.0mm
≥5
|
≥35
|
-
|
≥345
|
|
510℃時效
|
≥1030
|
≥1225
|
a≤3.0mm
不規(guī)定
a>3.0mm
≥4
|
≥40
|
-
|
≥392
|
注：a—鋼帶厚度。
2 不銹鋼材料按熱處理狀態(tài)（或硬度）的分級
在全世界的不銹鋼產(chǎn)品中７５％是不銹鋼板和不銹鋼帶材，其中冷軋不銹鋼板和不銹鋼帶又占８０％以上。不銹鋼板帶材料主要用于沖壓加工，有一些還被用于制造焊接不銹鋼管，這些加工都要求材料具有合適的硬度，只有這樣才能保證材料的沖壓性能和變形性能。
在中國的不銹鋼標準中，不銹鋼板和不銹鋼帶材料基本上沒有按硬度（調(diào)質(zhì)度）進行分級，這一點與國外標準是有差距的，使沖壓加工在材料的采用上缺乏選擇空間。其實通過一定的冷軋變形程度和冷軋后熱處理程度的適當(dāng)配合，可以在廣泛的范圍內(nèi)滿足用戶在材料力學(xué)性能方面的要求，冷軋不銹鋼板和不銹鋼帶材料可以根據(jù)用戶在加工上的要求按硬度分成更多的級別。
美國標準ASTM A666－1966b《退火或冷加工奧氏體不銹鋼薄板、鋼帶、厚板和扁鋼》中就將不銹鋼板和不銹鋼帶材按硬度分為退火、1/16硬、1/8硬、1/4硬、1/2硬和全硬等級別，對于每一硬度級別的材料，都分別規(guī)定了力學(xué)性能方面的要求，如表七所示。
表七 力學(xué)性能要求
|
牌 號
|
抗拉強度
最小MPa
|
屈服強度
最小MPa
|
伸長率,50mm或2in,最小,%
|
硬度，最大
|
|
HB
|
HRB
|
|
退 火
|
|
201-2
201-2
202
-
205
301
302
304
304L
304N
304LN
316
316L
316N
XM-11
XM-14
|
S201001級
S201002級
S20200
S20400
S20500
S30100
S30200
S30400
S30403
S30451
S30453
S31600
S31603
S31651
S21904
薄板
鋼帶
厚板
S21460
|
655
655
620
655
790
515
515
515
485
550
515
515
485
550
690
620
725
|
260
310
260
330
450
205
205
205
170
240
205
205
170
240
415
345
380
|
40
40
40
35
40
40
40
40
40
30
40
40
40
35
40
45
40
|
217
241
241
241
255
217
201
201
201
217
217
217
217
217
-
-
-
|
95
100
-
100
100
95
92
92
92
95
95
95
95
95
-
-
-
|
|
|
|
牌 號
|
抗拉強度
最小MPa
|
屈服強度
最小MPa
|
伸長率，50mm或2in，最小，%
|
|
<0.015in
|
0.015~0.030in
|
>0.030in
|
|
1/16硬
|
|
201
205
301
302
304
304L
304N
304LN
316
316L
316N
|
S20100
PSS
FB
S20500
S30100
S30200
PSS
FB
S30400
PSS
FB
S30403
S30451
S30453
S31600
PSS
FB
S31603
S31651
|
655
515
790
620
585
620
550
620
550
620
620
585
620
585
620
|
310
275
450
310
310
310
310
310
310
310
310
310
310
310
310
|
40
-
40
40
40
-
35
-
40
40
40
35
-
35
35
|
40
-
40
40
40
-
35
-
40
40
40
35
-
35
35
|
40
40
40
40
40
40
35
40
40
40
40
35
40
35
35
|
|
1/8硬
|
|
201
205
301
302
304
304L
304N
304LN
316
316L
316N
|
S20100
S20500
S30100
S30200
S30400
S30403
S30451
S30453
S31600
S31603
S31651
|
390
790
690
690
690
690
690
690
690
690
690
|
380
450
380
380
380
380
380
380
380
380
380
|
45
40
40
35
35
30
37
33
30
25
32
|
45
40
40
35
35
30
37
33
30
25
32
|
45
40
40
35
35
30
37
33
30
25
32
|
|
1/4硬
|
|
201
202
-
205
301
302
304
304L
304N
304LN
316
316L
316N
XM-11
|
S20100
S20200
S20400
S20500
S30100
S30200
S30400
S30403
S30451
S30453
S31600
S31603
S31651
S21904
|
860
860
965
860
860
860
860
860
860
860
860
860
860
895
|
515
515
960
515
515
515
515
515
515
515
515
515
515
795
|
25
12
20
45
25
10
10
8
12
10
10
8
12
15
|
25
12
20
45
25
10
10
8
12
10
10
8
12
15
|
25
-
20
45
25
10
12
10
12
12
10
8
12
-
|
|
1/2硬
|
|
201
205
301
302
304
304L
304N
|
S20100
S20500
S30100
S30200
S30400
S30403
S30451
|
1035
1035
1035
1035
1035
1035
1035
|
760
760
760
760
760
760
760
|
15
15
15
9
6
5
6
|
18
18
18
10
7
6
6
|
18
18
18
10
7
6
8
|
|
1/2硬
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|
304LN
316
316L
316L
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S30453
S31600
S31603
S31651
|
1035
1035
1035
1035
|
760
760
760
760
|
6
6
5
6
|
7
7
6
8
|
7
7
6
8
|
|
3/4硬
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201
205
301
302
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S20100
S20500
S30100
S30200
|
1205
1205
1205
1205
|
930
930
930
930
|
10
15
10
5
|
12
15
12
6
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12
15
12
6
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全硬
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201
|
S20100
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1275
|
965
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8
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9
|
9
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205
301
302
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S20500
S30100
S30200
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1275
1275
1275
|
965
965
965
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10
8
3
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10
9
4
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10
9
4
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在美國標準ASTM A276－1996《不銹鋼棒材和型鋼》中。對于不銹鋼棒材也按不同的熱處理狀態(tài)分為若干個硬度級別，例如：Ａ（退火）、Ｈ（低溫淬火＋回火）、Ｔ（高溫淬火＋回火）、Ｓ（相對較小的冷加工）、Ｂ（相對較大的冷加工）等，不同狀態(tài)的棒材都規(guī)定了不同的拉伸試驗和硬度試驗數(shù)值。
3 不銹鋼硬度的檢測方法
在美國的金屬材料標準中，關(guān)于硬度試驗，有一個突出的特點，就是優(yōu)先采用洛氏硬度試驗，輔之以布氏硬度試驗，很少采用維氏硬度試驗，美國方面認為，維氏硬度試驗主要應(yīng)該用于金屬研究和薄小零件的測試。
中國和日本的標準都是三種硬度試驗同時采用，用戶可根據(jù)材料的厚度和狀態(tài)以及自身條件選用其中一種來測試不銹鋼材料。
日本不銹鋼標準中關(guān)于拉伸試驗和硬度試驗方面的規(guī)定與中國相應(yīng)標準表格相同，數(shù)值相近，這里能看到中國標準參照采用日本標準的痕跡。
在不銹鋼硬度檢測方面，洛氏硬度計是一個值得優(yōu)先采用的儀器，它設(shè)備簡單，易于操作，無需專業(yè)檢驗員，可以直接讀出硬度值，試驗效率高，十分適合工廠使用。
關(guān)于采用洛氏硬度計進行不銹鋼硬度的檢測，在不銹鋼標準中一般只規(guī)定了HRC和HRB兩個標尺。對于退火的不銹鋼材料，一般都對應(yīng)于每一個牌號的不銹鋼品種規(guī)定了硬度值應(yīng)不大于某一個HRB值，一般在88－96HRB范圍內(nèi)。而對于淬火回火的馬氏體不銹鋼，一般都對應(yīng)于每一個牌號的不銹鋼品種，規(guī)定了硬度值不小于某一個HRC值，一般在32－46HRC范圍內(nèi)。
在不銹鋼標準中只規(guī)定了采用洛氏硬度計HRB和HRC標尺。其實表面洛氏硬度計也完全可以應(yīng)用于檢測不銹鋼。因為它的原理與洛氏硬度計完全相同，只是試驗力較小而已。并且其硬度值可以很方便地換算成HRB、HRC或者布氏硬度HB、維氏硬度HV。相應(yīng)的換算表在本公司的網(wǎng)站中可以找到，這些換算表來源于美國標準ASTM或國際標準ISO。對于薄壁細不銹鋼管、薄不銹鋼板、薄不銹鋼帶、細不銹鋼線等，采用表面洛氏硬度計會非常方便。特別是本公司最新研制的便攜式表面洛氏硬度計、管材洛氏硬度計，可以對薄至0.05mm的不銹鋼板、不銹鋼帶以及細到?４.8mm的不銹鋼管進行快速、準確的硬度檢測，使得過去在國內(nèi)難以解決的問題迎刃而解。
下面分別介紹各種不同形狀不銹鋼的硬度檢測方法。
3.1不銹鋼板、不銹鋼帶
不銹鋼板包括熱軋板和冷軋板。厚度大于1.2mm的不銹鋼板帶的硬度測試采用洛氏硬度計，測試HRB、HRC硬度。厚度在0.2～1.2mm 的不銹鋼板帶采用表面洛氏硬度計測試HRT或HRN硬度。厚度小于0..2mm的不銹鋼板帶，采用表面洛氏硬度計配合金剛石點砧座，測試HR30Tm硬度。
對于厚度0.3～6mm的退火不銹鋼板、不銹鋼帶，也可以采用W-B92型韋氏硬度計，這種儀器測試快速，簡便，可以在生產(chǎn)線上對運動中的鋼帶進行測試。十分適于對退火不銹鋼材料進行現(xiàn)場合格檢驗。
3.2不銹鋼管
不銹鋼管包括接焊不銹鋼管和冷拔不銹鋼管。內(nèi)徑大于?30mm，壁厚大于１.２mm的不銹鋼管，采用洛氏硬度計，測試HRB、HRC硬度。內(nèi)徑大于?30mm，壁厚小于１.２mm的不銹鋼管，采用表面洛氏硬度計，測試HRT或HRN硬度。內(nèi)徑小于?30mm，大于?４.8mm的不銹鋼管，采用管材專用洛氏硬度計，測試HR15T硬度。當(dāng)管材內(nèi)徑大于?30mm時，還可以用洛氏或表面洛氏硬度計測試管材內(nèi)表面的硬度。
對于內(nèi)徑在?６.0mm以上，壁厚在6mm以下的退火不銹鋼管材，可以采用Ｗ－B92型韋氏硬度計，它測試非?？焖?、簡便，適于對不銹鋼管材做快速無損的合格檢驗。
3.3不銹鋼棒
對于直徑小于?180mm的不銹鋼棒可以采用洛氏硬度計，測試HRB或HRC硬度。
3.4不銹鋼絲
對于直徑大于?２.0mm的不銹鋼絲，可以采用表面洛氏硬度計測試HRT或HRN硬度。
3.5關(guān)于曲面材料硬度值的修正
對于不銹鋼管、棒、絲材料，由于試樣曲率半徑不同，測量的洛氏硬度值會產(chǎn)生一些偏差，曲率半徑越小，偏差就會越大。因此國家標準規(guī)定，要根據(jù)試樣的曲率半徑對測量值進行修正，凸柱面的試樣要加上一個數(shù)值，凹柱面的試樣要減去一個數(shù)值，相應(yīng)的硬度值修正表在國家標準和儀器的使用說明書都可以找到。修正后的硬度值都被折算到相同條件下平面試樣的硬度值，這樣的數(shù)值就可以做相互比較了。
4 關(guān)于不銹鋼帶生產(chǎn)過程中的在線硬度檢測
在不銹鋼帶的生產(chǎn)過程中，有一個十分重要的工序，這就是退火處理。不銹鋼的退火處理通常是在連續(xù)退火機組上進行的，不銹鋼帶以某一速度連續(xù)運動，不銹鋼的硬度主要依*改變運動速度或調(diào)節(jié)退火爐溫度來調(diào)整。不銹鋼帶材的硬度是一項十分重要的質(zhì)量指標。它關(guān)系到以不銹鋼帶為原料的沖壓、焊管及其他變形或不變形加工的產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率。如何能在不停機的條件下，在生產(chǎn)現(xiàn)場快速無損地檢測不銹鋼帶的硬度，通過現(xiàn)場調(diào)整工藝參數(shù)保證最終產(chǎn)品的硬度在規(guī)定范圍之內(nèi)。這是不銹鋼帶生產(chǎn)，以及冷軋鋼帶生產(chǎn)中一項亟待解決的難題。
沈陽天星試驗儀器有限公司最新生產(chǎn)的Ｗ－B92型韋氏硬度計較好地解決了這一問題。這種儀器有20個刻度，它采用洛氏硬度值為55HRB的校準洛氏硬度塊來校正儀器，這一硬度值被設(shè)定在儀器5HW的位置，這種儀器可以當(dāng)作一臺簡單的HRB洛氏硬度計來使用。它可以有效地區(qū)分退火不銹鋼帶的軟態(tài)、1/8硬、1/4硬、1/2硬及全硬狀態(tài)。儀器重量不到１kg，它象一把鉗子一樣（俗稱鉗式硬度計或硬度鉗），在鋼帶上卡一下即可。測試后在鋼帶上只留下一個極小的壓痕，這個壓痕既不影響外觀，又不影響使用，可認為是無損檢測。整個操作過程只需要１秒鐘時間。這種儀器的采用可以有效地解決不銹鋼帶硬度的在線檢測，在線控制問題。可以有效地提高不銹鋼帶產(chǎn)品的合格率，降低不銹鋼帶產(chǎn)品硬度的分散性，提高工廠的質(zhì)量管理水平。我們相信這種新改進的W-B92型韋氏硬度計，在不銹鋼加工行業(yè)一定會受到廣泛的歡迎。
