《金屬材料鋼脆性裂紋止裂韌度Kca的測試方法》國家標(biāo)準(zhǔn)

編制說明(征求意見稿)

一、工作簡況

1、任務(wù)來源

本項目是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國標(biāo)委綜合[2023]58號文“國家標(biāo)準(zhǔn)

化管理委員會關(guān)于下達(dá)2023年第三批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)計劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計

劃的通知”下達(dá)的項目計劃，項目編號為20232170-T-605，項目名稱為“金屬材

料鋼脆性裂紋止裂韌度Kca的測試方法”。本項目是制定項目。主要起草單位:中

國船舶集團(tuán)有限公司第七二五研究所、中國船級社、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院，

計劃完成時間為2025年。

2、主要工作過程

起草(草案、調(diào)研)階段:計劃下達(dá)后，2024年2月4日全國鋼標(biāo)委力學(xué)及工

藝性能試驗方法分委員會組織各起草單位成立了起草工作組，由中國船舶集團(tuán)有

限公司第七二五研究所為組長單位，負(fù)責(zé)主要起草工作。工作組對國內(nèi)外脆性裂

紋止裂韌度測試方法和技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展情況進(jìn)行全面調(diào)研，同時廣泛搜集相關(guān)標(biāo)

準(zhǔn)和國內(nèi)外技術(shù)資料，進(jìn)行了大量的研究分析、資料查證工作，結(jié)合實際應(yīng)用經(jīng)

驗，進(jìn)行全面總結(jié)和歸納，在此基礎(chǔ)上編制出《金屬材料鋼脆性裂紋止裂韌度

Kca的測試方法》標(biāo)準(zhǔn)草案初稿。經(jīng)工作組及有關(guān)專家研討后，對標(biāo)準(zhǔn)草案初稿

進(jìn)行了認(rèn)真的修改，于2024年8月形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿及其編制說明等相關(guān)

附件，報全國鋼標(biāo)委力學(xué)及工藝性能試驗方法分委員會秘書處。

3、主要參加單位和工作組成員及其所做的工作

本標(biāo)準(zhǔn)由中國船舶集團(tuán)有限公司第七二五研究所，中國船級社，冶金工業(yè)信

息標(biāo)準(zhǔn)研究院共同起草。

主要成員:宮旭輝、高珍鵬、黑明、孫磊、張裕、牛佳佳、XXXX（冶標(biāo)院）……。

所做的工作:宮旭輝任工作組組長，主持全面協(xié)調(diào)工作，負(fù)責(zé)對各階段標(biāo)準(zhǔn)

的審核；高珍鵬、黑明為本標(biāo)準(zhǔn)主要執(zhí)筆人，負(fù)責(zé)本標(biāo)準(zhǔn)的具體起草與編制；孫

磊、張裕、牛佳佳負(fù)責(zé)國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和資料的收集、分析及資料查證，對

產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、性能和使用經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)和歸納；XXXX（冶標(biāo)院）負(fù)責(zé)對國內(nèi)外

產(chǎn)品和技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展情況進(jìn)行全面調(diào)研；高珍鵬負(fù)責(zé)對各方面的意見及建議

進(jìn)行歸納、整理。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中，遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時推出、

及時修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、

應(yīng)用推廣相結(jié)合，本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、統(tǒng)

一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

本標(biāo)準(zhǔn)修改采用ISO20064：2019《Metallicmaterials-Steel-Methodoftestfor

thedeterminationofbrittlecrackarresttoughness,Kca》。在起草過程中，主要按

GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》和

GB/T1.2—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第2部分：以ISO標(biāo)準(zhǔn)化文件為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化

文件起草規(guī)則》的要求編寫。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)

的能力和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟(jì)、社會效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的

先進(jìn)性和合理性。

三、主要內(nèi)容說明

1、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

章節(jié)條目主要內(nèi)容

依據(jù)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求和國內(nèi)市場的需求及使用情況，制

定了本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍：抗拉強(qiáng)度不大于1150MPa、厚度不

1、范圍/

大于200mm、止裂溫度范圍為-196℃～+100℃、具有韌脆轉(zhuǎn)

變特性的鐵素體軋制平鋼板。

2、規(guī)范性引用列出了本標(biāo)準(zhǔn)涉及的規(guī)范性引用文件，包括GB/T16825.1、

/

文件GB/T8170、GB/T21143、GB/T16839、中國船級社GD24指南。

規(guī)定了“脆性斷裂”、“止裂”、“止裂韌度”、“脆性裂紋”、“止

3、術(shù)語和定義/

裂溫度”等相關(guān)術(shù)語和定義。

4、符號和說明/對本標(biāo)準(zhǔn)中的符號和單位通過列表進(jìn)行了說明。

5.1對ESSO試驗原理進(jìn)行了說明。

5、試驗原理

5.2對雙重拉伸試驗原理進(jìn)行了說明。

6.1規(guī)定了試驗設(shè)備的一般要求。

規(guī)定了試驗機(jī)的載荷施加方式、傳感器校準(zhǔn)、在和測量、試

6.2

樣載荷施加方法、加載銷間距等內(nèi)容。

6、試驗設(shè)備

規(guī)定了沖擊裝置的沖擊方法、沖擊能量計算、反作用力接收

6.3

器等內(nèi)容。

6.4規(guī)定了副拉伸裝置的安裝方法、加載系統(tǒng)、加載方法等內(nèi)容。

7.1規(guī)定了ESSO試樣的尺寸、缺口尺寸等內(nèi)容。

7.2對定了雙重拉伸試樣的形狀和尺寸等內(nèi)容。

7、試樣

7.3規(guī)定了連接板及銷型夾頭的形式和尺寸等內(nèi)容。

7.4規(guī)定了試樣與連接板之間的連接方式、精度要求等內(nèi)容。

8.1規(guī)定了溫度梯度的要求、溫度控制和監(jiān)測方法等內(nèi)容。

8、試驗方法

8.2規(guī)定了ESSO試驗、雙重拉伸試驗中裂紋起裂方法等內(nèi)容。

規(guī)定了試驗前的試樣安裝、溫度控制裝置安裝、沖擊和副拉

9.1伸裝置安裝、試樣冷卻和加熱、試驗機(jī)對試樣加載、載荷測

量等內(nèi)容。

9.2規(guī)定了沖擊程序。

9、試驗程序9.3規(guī)定了副拉伸程序。

規(guī)定了試驗后的裝置拆除、試樣溫度恢復(fù)、斷裂面分離方法

9.4

等內(nèi)容。

規(guī)定了斷裂面觀察方法、止裂裂紋長度測量、溫度分布曲線

9.5

繪制等內(nèi)容。

10.1規(guī)定了有效止裂裂紋長度判定的依據(jù)。

10、止裂韌度

10.2規(guī)定了沖擊能量評估方法。

的測量

10.3規(guī)定了止裂韌度計算方法。

11、試驗報告/規(guī)定了試驗報告應(yīng)包含的內(nèi)容。

12、附錄A/介紹了對是試樣進(jìn)行冷卻和加熱的推薦裝置及方法。

13、附錄B/規(guī)定了特定溫度下止裂韌度Kca的估算方法。

14、附錄C/規(guī)定了非直線裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子計算方法。

15、附錄D/介紹了無溫度梯度的復(fù)式止裂試驗方法。

16、附錄E/介紹了裂紋擴(kuò)展速度和試驗應(yīng)變的動態(tài)測量方法。

2、主要技術(shù)差異

本標(biāo)準(zhǔn)與ISO20064:2019《Metallicmaterials-Steel-Methodoftestforthe

determinationofbrittlecrackarresttoughness,Kca》相比，主要技術(shù)差異如下:

—增加了適用范圍，將適用鋼板的抗拉強(qiáng)度由不大于950MPa改為不大于

1150MPa，以與我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的要求一致；

—增加了ESSO試驗和雙重拉伸試驗的術(shù)語和說明（見第3章）。ISO

20064:2019中正文給出的方法為ESSO試驗方法，附錄D給出的方法為雙重拉伸

試驗方法，這是目前國際在用的止裂韌度Kca兩種主要測試試驗方法；

—增加了試驗原理說明，包括ESSO試驗原理和雙重拉伸試驗原理（見第5

章）。與ESSO試驗方法相比，雙重拉伸試驗方法的測試穩(wěn)定性更高，國內(nèi)在船用

鋼、橋梁用鋼、LNG低溫儲罐用鋼領(lǐng)域進(jìn)行了長時間的應(yīng)用，效果良好，為此將

雙重拉伸試驗方法從ISO20064:2019附錄D中移至正文，與ESSO試驗方法并列；

—增加了副拉伸裝置說明，包括安裝方法、加載系統(tǒng)和加載方法（見6.4）；

—增加了雙重拉伸試樣說明，將ISO20064:2019附錄D中圖D.1和圖D.2移

至圖7和圖8（見7.2）；

—刪除了ISO20064:2019中7.2部分公式（3）和圖11，規(guī)定沖擊起裂能量

采用最低能量（見8.2.1）。在前期試驗中發(fā)現(xiàn)，按公式（3）和圖11確定的沖擊

能量上限值所測-10℃下的Kca，與按最低沖擊能量測得的-10℃下的Kca偏差可達(dá)

15%，表明公式（3）和圖11規(guī)定的沖擊能量是有問題的。此外，試驗結(jié)果還表

明，按最低沖擊能量測得的-10℃下的Kca與雙重拉伸試驗所測-10℃下的Kca高度

吻合，因此規(guī)定沖擊起裂能量均統(tǒng)一采用最低能量；

—增加了雙重拉伸試驗裂紋起裂方法說明（見8.2.2）；

—刪除了ISO20064:2019中8.1.4部分在對試樣加載后控制溫度場的內(nèi)容，

這是考慮到試樣加載載荷較高，加載后再由實驗人員靠近試樣控制溫度場存在較

大的安全風(fēng)險；

—刪除了ISO20064:2019中8.1.4部分公式（4）及相關(guān)要求，在大量試驗中

發(fā)現(xiàn)，隨著現(xiàn)代冶金技術(shù)的進(jìn)步及鋼板韌性水平的提高，要獲得滿足附錄B要求

的Kca（特定溫度應(yīng)位于試驗所測最高止裂溫度和最低止裂溫度之間），如大型集

裝箱船用止裂鋼的特定溫度為-10℃，所施加的拉伸應(yīng)力往往要超過2Rp0.2/3，否

則難以獲取有效試驗數(shù)據(jù)，同時我們認(rèn)為這一要求主要針對ESSO試驗，由于ESSO

試驗采用邊緣缺口，應(yīng)力過大會導(dǎo)致拉伸載荷未達(dá)到額定值之前，缺口易自行起

裂造成試驗失敗，而對于雙重拉伸試驗，由于采用外置的副拉伸板，在高應(yīng)力下

不存在自行起裂的問題，這也是雙重拉伸的優(yōu)勢之一；

—增加了副拉伸程序說明（見9.3）；

—刪除了附錄D，相關(guān)內(nèi)容調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)正文。

四、主要試驗(或驗證)情況

無。

五、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況

本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專利問題。

六、預(yù)期達(dá)到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用等情況

本標(biāo)準(zhǔn)為新制定標(biāo)準(zhǔn)。

通過標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施，促進(jìn)國內(nèi)在結(jié)構(gòu)鋼止裂性能評價領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，

推動止裂性能評價技術(shù)在船用鋼、橋梁用鋼、低溫容器用鋼、海工平臺用鋼等行

業(yè)的應(yīng)用，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品的國內(nèi)外市場競爭力，同時為推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)

化升級創(chuàng)造條件，對規(guī)范市場競爭、引導(dǎo)市場良性發(fā)展、加快我國結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用評

價技術(shù)快速發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。

七、與國際、國外對比情況

本標(biāo)準(zhǔn)與ISO20064:2019《Metallicmaterials-Steel-Methodoftestforthe

determinationofbrittlecrackarresttoughness,Kca》相比，主要技術(shù)差異如下:

主要技術(shù)其他國外先

本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)論

指標(biāo)ISO20064:2019進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)

適用鋼板抗拉不大于1150MPa不大于950MPa/優(yōu)于

強(qiáng)度

適用鋼板厚度不大于200mm不大于200mm/相當(dāng)

使用止裂溫度-196℃～+100℃-196℃～+100℃/相當(dāng)

范圍

沖擊起裂能量采用最低能量。公式（3）和圖11確定/優(yōu)于

的最大沖擊能量測試結(jié)

果與最低能量測試結(jié)果

存在顯著偏差。

拉伸應(yīng)力取消拉伸應(yīng)力限不超過2RP0.2/3，這一要/優(yōu)于

制。求導(dǎo)致在很多情況下難

以獲得有效試驗數(shù)據(jù)。

溫度梯度0.3W～0.7W范0.3W～0.7W范圍內(nèi)應(yīng)為/相當(dāng)

圍內(nèi)應(yīng)為0.25℃0.25℃/mm～0.35℃

/mm～0.35℃/mm。

/mm。

八、在標(biāo)準(zhǔn)體系中的位置，與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及標(biāo)準(zhǔn)，特別是強(qiáng)

制性標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性

本標(biāo)準(zhǔn)屬于“冶金行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)（200）”標(biāo)準(zhǔn)體系中“金屬理化性能試驗

方法（203）”中的“力學(xué)與工藝（203.4）”標(biāo)準(zhǔn)體系。

本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。

九、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

十、標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)的建議說明

建議本標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì)為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)。

十一、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

一般情況下，建議本標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)發(fā)布6個月后實施。

十二、廢止或代替現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無。

十三、其他應(yīng)予說明的事項

無。

《金屬材料鋼脆性裂紋止裂韌度Kca的測試方法》

國家標(biāo)準(zhǔn)編制工作組

2024年8月5日

《金屬材料鋼脆性裂紋止裂韌度Kca的測試方法》國家標(biāo)準(zhǔn)

編制說明(征求意見稿)

一、工作簡況

1、任務(wù)來源

本項目是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國標(biāo)委綜合[2023]58號文“國家標(biāo)準(zhǔn)

化管理委員會關(guān)于下達(dá)2023年第三批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)計劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計

劃的通知”下達(dá)的項目計劃，項目編號為20232170-T-605，項目名稱為“金屬材

料鋼脆性裂紋止裂韌度Kca的測試方法”。本項目是制定項目。主要起草單位:中

國船舶集團(tuán)有限公司第七二五研究所、中國船級社、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院，

計劃完成時間為2025年。

2、主要工作過程

起草(草案、調(diào)研)階段:計劃下達(dá)后，2024年2月4日全國鋼標(biāo)委力學(xué)及工

藝性能試驗方法分委員會組織各起草單位成立了起草工作組，由中國船舶集團(tuán)有

限公司第七二五研究所為組長單位，負(fù)責(zé)主要起草工作。工作組對國內(nèi)外脆性裂

紋止裂韌度測試方法和技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展情況進(jìn)行全面調(diào)研，同時廣泛搜集相關(guān)標(biāo)

準(zhǔn)和國內(nèi)外技術(shù)資料，進(jìn)行了大量的研究分析、資料查證工作，結(jié)合實際應(yīng)用經(jīng)

驗，進(jìn)行全面總結(jié)和歸納，在此基礎(chǔ)上編制出《金屬材料鋼脆性裂紋止裂韌度

Kca的測試方法》標(biāo)準(zhǔn)草案初稿。經(jīng)工作組及有關(guān)專家研討后，對標(biāo)準(zhǔn)草案初稿

進(jìn)行了認(rèn)真的修改，于2024年8月形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿及其編制說明等相關(guān)

附件，報全國鋼標(biāo)委力學(xué)及工藝性能試驗方法分委員會秘書處。

3、主要參加單位和工作組成員及其所做的工作

本標(biāo)準(zhǔn)由中國船舶集團(tuán)有限公司第七二五研究所，中國船級社，冶金工業(yè)信

息標(biāo)準(zhǔn)研究院共同起草。

主要成員:宮旭輝、高珍鵬、黑明、孫磊、張裕、牛佳佳、XXXX（冶標(biāo)院）……。

所做的工作:宮旭輝任工作組組長，主持全面協(xié)調(diào)工作，負(fù)責(zé)對各階段標(biāo)準(zhǔn)

的審核；高珍鵬、黑明為本標(biāo)準(zhǔn)主要執(zhí)筆人，負(fù)責(zé)本標(biāo)準(zhǔn)的具體起草與編制；孫

磊、張裕、牛佳佳負(fù)責(zé)國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和資料的收集、分析及資料查證，對

產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、性能和使用經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)和歸納；XXXX（冶標(biāo)院）負(fù)責(zé)對國內(nèi)外

產(chǎn)品和技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展情況進(jìn)行全面調(diào)研；高珍鵬負(fù)責(zé)對各方面的意見及建議

進(jìn)行歸納、整理。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中，遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時推出、

及時修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、

應(yīng)用推廣相結(jié)合，本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、統(tǒng)

一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

本標(biāo)準(zhǔn)修改采用ISO20064：2019《Metallicmaterials-Steel-Methodoftestfor

thedeterminationofbrittlecrackarresttoughness,Kca》。在起草過程中，主要按

GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》和

GB/T1.2—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第2部分：以ISO標(biāo)準(zhǔn)化文件為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化

文件起草規(guī)則》的要求編寫。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)

的能力和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟(jì)、社會效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的

先進(jìn)性和合理性。

三、主要內(nèi)容說明

1、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

章節(jié)條目主要內(nèi)容

依據(jù)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求和國內(nèi)市場的需求及使用情況，制

定了本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍：抗拉強(qiáng)度不大于1150MPa、厚度不

1、范圍/

大于200mm、止裂溫度范圍為-196℃～+100℃、具有韌脆轉(zhuǎn)

變特性的鐵素體軋制平鋼板。

2、規(guī)范性引用列出了本標(biāo)準(zhǔn)涉及的規(guī)范性引用文件，包括GB/T16825.1、

/

文件GB/T8170、GB/T21143、GB/T16839、中國船級社GD24指南。

規(guī)定了“脆性斷裂”、“止裂”、“止裂韌度”、“脆性裂紋”、“止

3、術(shù)語和定義/

裂溫度”等相關(guān)術(shù)語和定義。

4、符號和說明/對本標(biāo)準(zhǔn)中的符號和單位通過列表進(jìn)行了說明。

5.1對ESSO試驗原理進(jìn)行了說明。

5、試驗原理

5.2對雙重拉伸試驗原理進(jìn)行了說明。

6.1規(guī)定了試驗設(shè)備的一般要求。

規(guī)定了試驗機(jī)的載荷施加方式、傳感器校準(zhǔn)、在和測量、試

6.2

樣載荷施加方法、加載銷間距等內(nèi)容。

6、試驗設(shè)備

規(guī)定了沖擊裝置的沖擊方法、沖擊能量計算、反作用力接收

6.3

器等內(nèi)容。

6.