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  • 試樣形式對X65/X70厚壁海底用直縫埋弧焊管拉伸試驗結果的影響

    作者:趙金蘭,楊東升,王增輝
    北京隆盛泰科石油管科技有限公司,北京 100101
    中國石油集團石油管工程技術研究院,西安 710065
    目錄
    摘要:以JCOE成型的X65級直徑762mm*30.2mm和X70級直徑765.2mm*31.8mm鋼管為例,對X65/X70厚壁海底用直縫埋弧焊鋼管管體橫向和縱向拉伸試驗進行了對比,分析了板狀試樣和圓棒試樣對管體拉伸試驗結果的影響。結果表明:試樣形式對抗拉強度的影響較小,橫向圓棒試樣的屈服強度、屈強比均明顯高于橫向板狀試樣;縱向圓棒試樣的屈服強度、屈強比均明顯低于縱向板狀試樣。
    關鍵詞:直縫埋弧焊管,拉伸性能,板狀試樣,圓棒試樣,大壁厚、直縫鋼管。
     

    前言

    隨著現代社會的發展,人們對天然氣的需求快速增長,從面加快了海底油氣管道建設的步伐。由于海底油氣輸送要求的承壓能力較大,因此,海底管線用鋼管向大壁厚高鋼級方向發展。目前,國內試制的海底管線用鋼管壁厚可達31.8mm,鋼級為X70。
    在鋼管的理化性能試驗中,拉伸性能是其最基本的性能指標。針對拉伸試樣形式對鋼管拉伸性能的影響,國內處專家學者曾進行了不同程度的研究。而對X65/X70大壁厚海底用直縫埋弧焊鋼管,試樣形式對其拉伸性能的影響是本研究的重點。

    1試驗材料與方法

    試驗用鋼管為大壁厚直縫埋弧焊接鋼管,其成型方式為JCOE,規格分別為X65級直徑762mmx30.2mm和X70級直徑765.2mmx31.8mm。試驗執ASTM A370-2009標準,設備為MTS810-15和SHT4106材料試驗機。鋼管拉伸試驗取樣為距焊縫180度管體橫向(垂直于鋼管軸線方向)、縱向(平行于鋼管軸線方向)的板狀試樣、圓棒試樣。拉伸試驗取樣位置、試樣形狀及尺寸見表1。
    表1 拉伸試驗取樣位置、試樣形狀及尺寸
    取樣方向 試樣形狀 試樣尺寸/(mmxmm)
    橫向 板狀 寬度X標距:38.1x50.8
    圓棒 直徑x標距:12.7x50.8
    縱向 板狀 寬度X標距:38.1x50.8
    圓棒 直徑x標距:12.7x50.8

    2 拉伸試驗結果

    鋼管主要拉伸試驗指標包括屈服強度Rt0.5、抗拉強度Rm、伸長率A以及屈強比Rt0.5/Rm。
    對X70級直徑765.2mmx31.8mm鋼管取6組試樣,分別進行了拉伸試驗,結果見圖2和表3。
    表2 X65級直徑762x30.2mm管體拉伸試驗結果
    取樣方向 板狀試樣平均值 圓棒試樣平均值
    Rt0.5/MPa Rm/MPa Rt0.5/Rm A/% Rt0.5/MPa Rm/MPa Rt0.5/Rm A/%
    橫向 536 627 0.86 55 570 615 0.93 26
    縱向 549 611 0.90 53 532 603 0.88 25
    表3 X65級直徑762x30.2mm管體拉伸試驗結果
    取樣方向 板狀試樣平均值 圓棒試樣平均值
    Rt0.5/MPa Rm/MPa Rt0.5/Rm A/% Rt0.5/MPa Rm/MPa Rt0.5/Rm A/%
    橫向 530 637 0.84 53.5 579 624 0.93 25
    縱向 553 609 0.91 53 525 590 0.89 24

    3 拉伸試驗結果分析

    3.1屈服強度

    橫向板狀試樣采用全壁厚展平試樣,橫向圓棒試樣的直徑為12.7mm。
    橫向板狀試樣雖然能代表鋼管全壁厚,但試樣在加工過程中經過展平,外表面存在壓應力,內表面存在拉應力,勢必會造成包申格效應,使得板狀試樣的屈服強試低于實際屈服強度。同時加工過程中存在加工硬化現象,試樣在塑性變形時,晶粒發生滑移,出現位錯的纏結,使晶粒拉長,破碎和釬維化,試樣產生了殘余應力大于加工硬化效應,因而測得的橫向板狀的屈服強度值低于實際值。
    橫向圓棒試樣是從壁厚為31.8mm或30.2mm中切削加工而成。圓棒取自鋼管壁厚中心,圓棒僅代表壁厚中心部份的拉伸性能。鋼管壁厚越大,圓棒試樣越趨近壁厚中心,偏離鋼管表面。制樣過程中同樣存在冷剪時產生的加工硬化區。
    由表2、表3可知,橫向圓棒試樣的屈服強度值明顯高于板狀試樣,X65級直徑762mmx30.2mm鋼管所取試樣的屈服強度平均高34MPa;X70級直徑765mmx31.8mm鋼管所取試樣的屈服強試平均高49MPa。
    縱向板狀試樣采用全壁厚試樣,未展平;縱圓棒試樣的直徑為12.7mm?v向全壁厚板狀試樣未展平,其拉伸性能代表全壁厚鋼管拉伸性能,且不存在包申格效應,因此測試值基本等于實際屈服強度值?v向圓棒試樣同橫向圓棒試樣,是從壁厚31.8mm或30.2mm中切削加工而成,不能代表全壁厚鋼管拉伸性能,僅代表鋼管壁厚中心的拉伸性能。
    縱向板狀試樣的屈服強度高于縱向圓棒狀試樣,X65級直徑762mmx30.2mm鋼管所取試樣的屈服強度平均高17MPa;X70級直徑765.2mmx31.8mm鋼管所取試樣的屈服強度平均高28MPa。
    同時從橫向板狀、圓棒試樣的對比可以看出,鋼級越高,試樣類別的差異越大?v向也是如此

    3.2 抗拉強度

    對板狀、圓棒試樣的抗拉強度進行對比分析,可以發現試樣類型對抗拉強度的影響漢有對屈服強度的影響顯著,其規律也不同于屈服強度。橫向板狀試樣的抗拉強度高于橫向圓棒試樣,縱向板狀試樣的抗拉強度也高于縱向圓棒試樣。
    由表2、表3可知,X65級直徑762mmx30.2mm鋼管橫向板狀試樣的抗拉強度平均高于圓棒試樣抗拉強度12MPa,縱向板狀試樣的抗拉強度平均高于圓棒試樣抗拉強度8MPa;X70級直徑765.2mmx31.8mm鋼管橫向板狀試樣的抗拉強度平均高于圓棒試樣13MPa,從向板狀試樣的抗拉強度平均高于圓棒試樣19MPa。

    3.3 屈服比

    屈服比的對比結果類似于屈服強度,即橫向圓棒試樣的屈強比明顯高于橫向板狀試樣,縱向板狀試樣的屈服比明顯高于縱向圓棒狀試樣。
    屈服比越趨近1,加工硬化程度越低。橫向圓棒試樣的屈強比較高,表明圓棒試樣的加工硬化低于板狀試樣,再次說明了橫向板狀試樣拉伸性能與實際值相差較大;縱向向板狀試樣的屈強
    比略高于圓棒試樣,表明縱向加工中圓棒試樣中存在較大于板狀試樣的加工硬化。
    由表2、表3可知,X65級直徑762mmx30.2mm鋼管橫向板狀試樣的屈強比平均低于圓棒試樣0.07,縱向板狀試樣的屈強比略高于圓棒試們的屈強比,平均高0.02;X70級直徑765.2mmx31.8mm鋼管橫向板狀試樣的屈強比平均低于圓棒試樣0.09,縱向板狀試樣的屈強比略高于圓棒試樣的屈強比,平均高0.02。由此數據也可得知橫向板狀試樣與圓棒試樣對比差值顯著。

    3.4斷后伸長率

    斷后伸長率A是反映金屬材料塑性的一個重要指標,其數值越大,表示金屬材料的塑性也越好。
    本研究中拉伸試驗板狀式試樣尺寸為38.1mmx50mm(寬度x標距),屬于非比例試樣,而圓棒試樣尺寸為直徑12.7mmx50mm(直徑x標距),屬于比例試樣。由于這兩種試樣的類型不同,伸長率不能直接對比。

    4 結論

    (1)試樣形式對抗拉強度的影響較小。
    (2)橫向圓棒試樣的屈服強度、屈強比均明顯高于橫向板狀試樣。
    (3)縱向圓棒試樣的屈肥強度、屈強比均明顯低于縱向板狀試樣。
    河北龍馬鋼管制造股份有限公司
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