金属材料 钢 测定止裂韧度Kca的试验方法-编制说明

《金属材料钢脆性裂纹止裂韧度Kca的测试方法》国家标准

编制说明(征求意见稿)

一、工作简况

1、任务来源

本项目是依据国家标准化管理委员会国标委综合[2023]58号文“国家标准

化管理委员会关于下达2023年第三批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计

划的通知”下达的项目计划，项目编号为20232170-T-605，项目名称为“金属材

料钢脆性裂纹止裂韧度Kca的测试方法”。本项目是制定项目。主要起草单位:中

国船舶集团有限公司第七二五研究所、中国船级社、冶金工业信息标准研究院，

计划完成时间为2025年。

2、主要工作过程

起草(草案、调研)阶段:计划下达后，2024年2月4日全国钢标委力学及工

艺性能试验方法分委员会组织各起草单位成立了起草工作组，由中国船舶集团有

限公司第七二五研究所为组长单位，负责主要起草工作。工作组对国内外脆性裂

纹止裂韧度测试方法和技术现状与发展情况进行全面调研，同时广泛搜集相关标

准和国内外技术资料，进行了大量的研究分析、资料查证工作，结合实际应用经

验，进行全面总结和归纳，在此基础上编制出《金属材料钢脆性裂纹止裂韧度

Kca的测试方法》标准草案初稿。经工作组及有关专家研讨后，对标准草案初稿

进行了认真的修改，于2024年8月形成了标准征求意见稿及其编制说明等相关

附件，报全国钢标委力学及工艺性能试验方法分委员会秘书处。

3、主要参加单位和工作组成员及其所做的工作

本标准由中国船舶集团有限公司第七二五研究所，中国船级社，冶金工业信

息标准研究院共同起草。

主要成员:宫旭辉、高珍鹏、黑明、孙磊、张裕、牛佳佳、XXXX（冶标院）……。

所做的工作:宫旭辉任工作组组长，主持全面协调工作，负责对各阶段标准

的审核；高珍鹏、黑明为本标准主要执笔人，负责本标准的具体起草与编制；孙

磊、张裕、牛佳佳负责国内外相关技术文献和资料的收集、分析及资料查证，对

产品生产工艺、性能和使用经验进行总结和归纳；XXXX（冶标院）负责对国内外

产品和技术的现状与发展情况进行全面调研；高珍鹏负责对各方面的意见及建议

进行归纳、整理。

二、标准编制原则

本标准在制定过程中，遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、

及时修订、不断完善”的原则，注重标准修订与技术创新、试验验证、产业推进、

应用推广相结合，本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标、统

一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原则来进行本标准的制定工作。

本标准修改采用ISO20064：2019《Metallicmaterials-Steel-Methodoftestfor

thedeterminationofbrittlecrackarresttoughness,Kca》。在起草过程中，主要按

GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》和

GB/T1.2—2020《标准化工作导则第2部分：以ISO标准化文件为基础的标准化

文件起草规则》的要求编写。在确定本标准主要技术指标时，综合考虑生产企业

的能力和用户的利益，寻求最大的经济、社会效益，充分体现了标准在技术上的

先进性和合理性。

三、主要内容说明

1、标准主要内容

章节条目主要内容

依据国内外标准规范要求和国内市场的需求及使用情况，制

定了本标准的适用范围：抗拉强度不大于1150MPa、厚度不

1、范围/

大于200mm、止裂温度范围为-196℃～+100℃、具有韧脆转

变特性的铁素体轧制平钢板。

2、规范性引用列出了本标准涉及的规范性引用文件，包括GB/T16825.1、

/

文件GB/T8170、GB/T21143、GB/T16839、中国船级社GD24指南。

规定了“脆性断裂”、“止裂”、“止裂韧度”、“脆性裂纹”、“止

3、术语和定义/

裂温度”等相关术语和定义。

4、符号和说明/对本标准中的符号和单位通过列表进行了说明。

5.1对ESSO试验原理进行了说明。

5、试验原理

5.2对双重拉伸试验原理进行了说明。

6.1规定了试验设备的一般要求。

规定了试验机的载荷施加方式、传感器校准、在和测量、试

6.2

样载荷施加方法、加载销间距等内容。

6、试验设备

规定了冲击装置的冲击方法、冲击能量计算、反作用力接收

6.3

器等内容。

6.4规定了副拉伸装置的安装方法、加载系统、加载方法等内容。

7.1规定了ESSO试样的尺寸、缺口尺寸等内容。

7.2对定了双重拉伸试样的形状和尺寸等内容。

7、试样

7.3规定了连接板及销型夹头的形式和尺寸等内容。

7.4规定了试样与连接板之间的连接方式、精度要求等内容。

8.1规定了温度梯度的要求、温度控制和监测方法等内容。

8、试验方法

8.2规定了ESSO试验、双重拉伸试验中裂纹起裂方法等内容。

规定了试验前的试样安装、温度控制装置安装、冲击和副拉

9.1伸装置安装、试样冷却和加热、试验机对试样加载、载荷测

量等内容。

9.2规定了冲击程序。

9、试验程序9.3规定了副拉伸程序。

规定了试验后的装置拆除、试样温度恢复、断裂面分离方法

9.4

等内容。

规定了断裂面观察方法、止裂裂纹长度测量、温度分布曲线

9.5

绘制等内容。

10.1规定了有效止裂裂纹长度判定的依据。

10、止裂韧度

10.2规定了冲击能量评估方法。

的测量

10.3规定了止裂韧度计算方法。

11、试验报告/规定了试验报告应包含的内容。

12、附录A/介绍了对是试样进行冷却和加热的推荐装置及方法。

13、附录B/规定了特定温度下止裂韧度Kca的估算方法。

14、附录C/规定了非直线裂纹的应力强度因子计算方法。

15、附录D/介绍了无温度梯度的复式止裂试验方法。

16、附录E/介绍了裂纹扩展速度和试验应变的动态测量方法。

2、主要技术差异

本标准与ISO20064:2019《Metallicmaterials-Steel-Methodoftestforthe

determinationofbrittlecrackarresttoughness,Kca》相比，主要技术差异如下:

—增加了适用范围，将适用钢板的抗拉强度由不大于950MPa改为不大于

1150MPa，以与我国现行标准中的要求一致；

—增加了ESSO试验和双重拉伸试验的术语和说明（见第3章）。ISO

20064:2019中正文给出的方法为ESSO试验方法，附录D给出的方法为双重拉伸

试验方法，这是目前国际在用的止裂韧度Kca两种主要测试试验方法；

—增加了试验原理说明，包括ESSO试验原理和双重拉伸试验原理（见第5

章）。与ESSO试验方法相比，双重拉伸试验方法的测试稳定性更高，国内在船用

钢、桥梁用钢、LNG低温储罐用钢领域进行了长时间的应用，效果良好，为此将

双重拉伸试验方法从ISO20064:2019附录D中移至正文，与ESSO试验方法并列；

—增加了副拉伸装置说明，包括安装方法、加载系统和加载方法（见6.4）；

—增加了双重拉伸试样说明，将ISO20064:2019附录D中图D.1和图D.2移

至图7和图8（见7.2）；

—删除了ISO20064:2019中7.2部分公式（3）和图11，规定冲击起裂能量

采用最低能量（见8.2.1）。在前期试验中发现，按公式（3）和图11确定的冲击

能量上限值所测-10℃下的Kca，与按最低冲击能量测得的-10℃下的Kca偏差可达

15%，表明公式（3）和图11规定的冲击能量是有问题的。此外，试验结果还表

明，按最低冲击能量测得的-10℃下的Kca与双重拉伸试验所测-10℃下的Kca高度

吻合，因此规定冲击起裂能量均统一采用最低能量；

—增加了双重拉伸试验裂纹起裂方法说明（见8.2.2）；

—删除了ISO20064:2019中8.1.4部分在对试样加载后控制温度场的内容，

这是考虑到试样加载载荷较高，加载后再由实验人员靠近试样控制温度场存在较

大的安全风险；

—删除了ISO20064:2019中8.1.4部分公式（4）及相关要求，在大量试验中

发现，随着现代冶金技术的进步及钢板韧性水平的提高，要获得满足附录B要求

的Kca（特定温度应位于试验所测最高止裂温度和最低止裂温度之间），如大型集

装箱船用止裂钢的特定温度为-10℃，所施加的拉伸应力往往要超过2Rp0.2/3，否

则难以获取有效试验数据，同时我们认为这一要求主要针对ESSO试验，由于ESSO

试验采用边缘缺口，应力过大会导致拉伸载荷未达到额定值之前，缺口易自行起

裂造成试验失败，而对于双重拉伸试验，由于采用外置的副拉伸板，在高应力下

不存在自行起裂的问题，这也是双重拉伸的优势之一；

—增加了副拉伸程序说明（见9.3）；

—删除了附录D，相关内容调整至标准正文。

四、主要试验(或验证)情况

无。

五、标准中涉及专利的情况

本标准不涉及专利问题。

六、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况

本标准为新制定标准。

通过标准的制定和实施，促进国内在结构钢止裂性能评价领域的技术创新，

推动止裂性能评价技术在船用钢、桥梁用钢、低温容器用钢、海工平台用钢等行

业的应用，增强结构钢产品的国内外市场竞争力，同时为推进产业结构调整与优

化升级创造条件，对规范市场竞争、引导市场良性发展、加快我国结构钢应用评

价技术快速发展具有积极的促进作用。

七、与国际、国外对比情况

本标准与ISO20064:2019《Metallicmaterials-Steel-Methodoftestforthe

determinationofbrittlecrackarresttoughness,Kca》相比，主要技术差异如下:

主要技术其他国外先

本标准结论

指标ISO20064:2019进标准

适用钢板抗拉不大于1150MPa不大于950MPa/优于

强度

适用钢板厚度不大于200mm不大于200mm/相当

使用止裂温度-196℃～+100℃-196℃～+100℃/相当

范围

冲击起裂能量采用最低能量。公式（3）和图11确定/优于

的最大冲击能量测试结

果与最低能量测试结果

存在显著偏差。

拉伸应力取消拉伸应力限不超过2RP0.2/3，这一要/优于

制。求导致在很多情况下难

以获得有效试验数据。

温度梯度0.3W～0.7W范0.3W～0.7W范围内应为/相当

围内应为0.25℃0.25℃/mm～0.35℃

/mm～0.35℃/mm。

/mm。

八、在标准体系中的位置，与现行相关法律、法规、规章及标准，特别是强

制性标准的协调性

本标准属于“冶金行业通用标准（200）”标准体系中“金属理化性能试验

方法（203）”中的“力学与工艺（203.4）”标准体系。

本标准与现行相关法律、法规、规章及相关标准协调一致。

九、重大分歧意见的处理经过和依据

无。

十、标准性质的建议说明

建议本标准的性质为推荐性国家标准。

十一、贯彻标准的要求和措施建议

一般情况下，建议本标准批准发布6个月后实施。

十二、废止或代替现行相关标准的建议

无。

十三、其他应予说明的事项

无。

《金属材料钢脆性裂纹止裂韧度Kca的测试方法》

国家标准编制工作组

2024年8月5日

《金属材料钢脆性裂纹止裂韧度Kca的测试方法》国家标准

编制说明(征求意见稿)

一、工作简况

1、任务来源

本项目是依据国家标准化管理委员会国标委综合[2023]58号文“国家标准

化管理委员会关于下达2023年第三批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计

划的通知”下达的项目计划，项目编号为20232170-T-605，项目名称为“金属材

料钢脆性裂纹止裂韧度Kca的测试方法”。本项目是制定项目。主要起草单位:中

国船舶集团有限公司第七二五研究所、中国船级社、冶金工业信息标准研究院，

计划完成时间为2025年。

2、主要工作过程

起草(草案、调研)阶段:计划下达后，2024年2月4日全国钢标委力学及工

艺性能试验方法分委员会组织各起草单位成立了起草工作组，由中国船舶集团有

限公司第七二五研究所为组长单位，负责主要起草工作。工作组对国内外脆性裂

纹止裂韧度测试方法和技术现状与发展情况进行全面调研，同时广泛搜集相关标

准和国内外技术资料，进行了大量的研究分析、资料查证工作，结合实际应用经

验，进行全面总结和归纳，在此基础上编制出《金属材料钢脆性裂纹止裂韧度

Kca的测试方法》标准草案初稿。经工作组及有关专家研讨后，对标准草案初稿

进行了认真的修改，于2024年8月形成了标准征求意见稿及其编制说明等相关

附件，报全国钢标委力学及工艺性能试验方法分委员会秘书处。

3、主要参加单位和工作组成员及其所做的工作

本标准由中国船舶集团有限公司第七二五研究所，中国船级社，冶金工业信

息标准研究院共同起草。

主要成员:宫旭辉、高珍鹏、黑明、孙磊、张裕、牛佳佳、XXXX（冶标院）……。

所做的工作:宫旭辉任工作组组长，主持全面协调工作，负责对各阶段标准

的审核；高珍鹏、黑明为本标准主要执笔人，负责本标准的具体起草与编制；孙

磊、张裕、牛佳佳负责国内外相关技术文献和资料的收集、分析及资料查证，对

产品生产工艺、性能和使用经验进行总结和归纳；XXXX（冶标院）负责对国内外

产品和技术的现状与发展情况进行全面调研；高珍鹏负责对各方面的意见及建议

进行归纳、整理。

二、标准编制原则

本标准在制定过程中，遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、

及时修订、不断完善”的原则，注重标准修订与技术创新、试验验证、产业推进、

应用推广相结合，本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标、统

一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原则来进行本标准的制定工作。

本标准修改采用ISO20064：2019《Metallicmaterials-Steel-Methodoftestfor

thedeterminationofbrittlecrackarresttoughness,Kca》。在起草过程中，主要按

GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》和

GB/T1.2—2020《标准化工作导则第2部分：以ISO标准化文件为基础的标准化

文件起草规则》的要求编写。在确定本标准主要技术指标时，综合考虑生产企业

的能力和用户的利益，寻求最大的经济、社会效益，充分体现了标准在技术上的

先进性和合理性。

三、主要内容说明

1、标准主要内容

章节条目主要内容

依据国内外标准规范要求和国内市场的需求及使用情况，制

定了本标准的适用范围：抗拉强度不大于1150MPa、厚度不

1、范围/

大于200mm、止裂温度范围为-196℃～+100℃、具有韧脆转

变特性的铁素体轧制平钢板。

2、规范性引用列出了本标准涉及的规范性引用文件，包括GB/T16825.1、

/

文件GB/T8170、GB/T21143、GB/T16839、中国船级社GD24指南。

规定了“脆性断裂”、“止裂”、“止裂韧度”、“脆性裂纹”、“止

3、术语和定义/

裂温度”等相关术语和定义。

4、符号和说明/对本标准中的符号和单位通过列表进行了说明。

5.1对ESSO试验原理进行了说明。

5、试验原理

5.2对双重拉伸试验原理进行了说明。

6.1规定了试验设备的一般要求。

规定了试验机的载荷施加方式、传感器校准、在和测量、试

6.2

样载荷施加方法、加载销间距等内容。

6、试验设备

规定了冲击装置的冲击方法、冲击能量计算、反作用力接收

6.3

器等内容。

6.