石油鋼管產品最小伸長率規定簡析

孫 宏

中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司 華油鋼管公司 （河北 青縣 062658）

石油鋼管產品最小伸長率規定簡析

孫 宏

中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司 華油鋼管公司 （河北 青縣 062658）

介紹了石油天然氣行業鋼管產品API Spec 5L(44版)等標準對于最小規定伸長率要求的相關規定，分析討論了如何計算非標準尺寸圓棒拉伸試樣的規定最小伸長率，并給出了非標準尺寸圓棒拉伸試樣規定最小伸長率計算的實例。

鋼管 拉伸試驗 圓棒試樣 最小伸長率

最小斷后伸長率是評價管材塑性的一個重要指標，不同的產品或試驗標準對于最小斷后伸長率的規定值不盡相同。如GB/T 9711.1-1997《石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件 第1部分：A級鋼管》等國家標準對此的規定比較簡明，而API Spec 5L則比較復雜一些。在實際采用標準時，對于標準試樣基本上沒有什么異議，但是對于非標準試樣，就會有不同的理解，而API Spec 5L對于非標準或小尺寸圓棒拉伸試樣斷后伸長率的規定并不太明晰。為了明確小尺寸試樣伸長率要求的選取，主要對API Spec 5L(44版)以及相關標準關于斷后伸長率的規定要求進行了簡要的解釋與分析。

1 相關標準的規定

同其它石油管材標準一樣，API Spec 5L(44版)與ISO 3183:2007《石油天然氣工業—管線輸送系統用鋼管》基本上一致,部分內容做了修改[1]。API Spec 5L(44版)關于最小斷后伸長率的規定也與ISO 3183:2007相同，基本上與以前的API Spec 5L版本一致，而不同于ISO 3183:2007以前的版本。

API Spec 5L(44版)關于最小斷后伸長率的規定是：

9.3拉伸性能

API Spec 5L(44版)中表6 PSL1鋼管的拉伸試驗要求與表7 PSL2鋼管的拉伸試驗要求。

注釋 c（表 6）或 f（表 7）規定最小伸長率 Af，應采用公式(1)確定，以百分數表示并圓整到最接近的1%。

式中 C—當采用SI單位制時,為1 940，當采用USC單位制時，為625 000；

AXC—適用的拉伸試樣面積，用mm2(0.20in2)表示,具體如下：

圓棒試樣：直徑12.5mm(0.500in)和8.9mm(0.350 in)的圓棒試樣為130mm2(0.20in2)；直徑6.4mm(0.250 in)的圓棒試樣為65mm2(0.10in2)；

全截面試樣：取(a)485mm2(0.75in2)和(b)試樣橫截面積兩者的較小者，其試樣橫截面積由規定外徑和規定壁厚計算，且圓整到最接近的10mm2(0.01 in2)；

板狀試樣：取(a)485 mm2(0.75in2)和(b)試樣橫截面積兩者的較小者，其試樣橫截面積由試樣規定寬度和鋼管規定壁厚計算，且圓整到最接近的10mm2(0.01in2)。

U—規定最小抗拉強度,用MPa(psi)表示。

10.2.4.2拉伸試驗

應報告標距長度為50mm(2in)的斷裂后伸長率百分數。對于試樣標距長度小于50mm(2in)的試樣，應按ISO 2566-1《鋼 伸長值的換算 第1部分：碳素鋼和低合金鋼》或ASTM A370《鋼產品力學性能試驗的標準試驗方法和定義》的規定將所測量的斷裂后伸長率換算為50mm(2in)長度上的伸長率。上一版API Spec 5L沒有該條款，增加該條可能是考慮到ISO 3183體系標準一般規定采用比例拉伸試樣，因此需要進行轉換。

API Spec 5CT（9 版）(套管和油管規范)以及 API Spec 5DP-09（1版）(鉆桿規范)管體部分內容對于伸長率的規定與API Spec 5L(44版)基本上一致)[2,3]。

ASTM A370-10關于小尺寸試樣伸長率的規定是[4]：

A2.2.4.3當標準試樣不能制取但是需要對材料進行試驗時，與標準試樣成比例的小尺寸試樣可能會被采用，如圖4所示?？赡軙捎闷渌叽绲男〕叽缭嚇印τ谌魏芜@種小尺寸試樣，用于測量伸長率的標距長度應為試樣直徑的4倍 （見ASTM A370-10中圖4的注4）。產品規范中的50mm(2in)標距長度的圓棒試樣伸長率的要求應適用于小尺寸試樣。

A6規定了將標準圓棒試樣轉換成標準板狀試樣伸長率的方法。這一條與ISO 2566-1的作用一致。

2 分析與討論

依據以上的敘述，問題是對于API Spec 5L(44版)標準，當采用8.9mm的圓棒試樣時，其標距長度為35.6mm而不是標準試樣的50mm，那么其規定最小伸長率值Af應該是對應于35.6mm還是應該對應于50mm；當采用6.4mm的圓棒試樣時，其標距長度為25.4mm也不是標準試樣的50mm，那么其規定最小伸長率值Af是應該對應于25.4mm還應該是對應于50mm。換句話說，API Spec 5L(44版)標準表6及表7中最小伸長率的要求是適用于試樣本身為50mm標距的試樣還是是將其他非50mm標距試樣換算成50mm標距試樣后的要求。

API Spec 5L(44版)標準規定了3種類型的拉伸試樣，其中板狀試樣與全截面試樣均為標距長度為50mm的非比例（定標距）試樣，而圓棒試樣均為標距長度為直徑4倍的比例試樣（L0=4d），所以雖然圓棒試樣的標距長度不同，但是試樣的伸長率值有可比性。對于定標距試樣或非比例試樣，其斷后伸長率根據試樣的橫截面積而變化，而對于比例試樣，一般地，當比例值一樣時，每種鋼級均對應一個值。另外，對于板狀試樣與全截面試樣，當試樣橫截面積不超過485mm2時，均要求按鋼級以及具體試樣的公稱壁厚與試樣公稱寬度得到的橫截面積計算最小伸長率。如果圓棒試樣按50mm標距規定最小伸長率，并規定12.7mm直徑試樣與8.9mm直徑試樣采用相同的橫截面積（130mm2），而兩種試樣的實際橫截面積相差1倍，對與8.9mm直徑試樣明顯不合理，并且與板狀試樣的規定相矛盾。圓棒拉伸試樣的橫截面積不超過485mm2，因此也可以按此方法計算，不過對于6.4mm直徑的試樣，橫截面積圓整到10mm2不夠精確。

CSA 245.1-07《鋼管》為加拿大的管線鋼管標準[5],該標準規定了同API Spec 5L(44版)一樣的3種試樣類型及尺寸，但是對于最小伸長率的規定比較簡單，所有試樣的標距均按50mm，各種試樣的最小斷后伸長率均按照API Spec 5L標準的公式計算（即公式1），也就是按實際橫截面積計算，也可以理解為均按照非比例試樣計算，不過試樣橫截面積的上限為500mm2。

API Spec 5DP-09（1版）為鉆桿規范(等同 ISO 11961:2008《石油天然氣工業 鋼制鉆桿》)，其中管體部分大體上與API Spec 5L(44版)相同，而接頭部分規定全部采用圓棒拉伸試樣，試樣尺寸同API Spec 5L(44版)或ASTM A370-10，各種尺寸試樣的最小斷后伸長率均為13，即按比例試樣（L0=4d）計算。我國的石油天然氣工業輸送用鋼管的國家標準主要為，GB/T 9711.1-1997、GB/T 9711.2-1999 及 GB/T 9711.3-2005(分別對應等效采用ISO 3183-1:1996、ISO 3183-2:1996及ISO 3183-3:1999)，這些標準規定的拉伸試樣均為比例試樣，對于每個鋼級，只對應一個規定最小伸長率值。

因此，結合ASTM A370-10 A2.2.4.3的規定，對于圓棒試樣，所給公式計算的最小伸長率應為試樣本身標距長度的值，并且適用于50mm標距試樣。對于非50mm標距長度試樣，規定最小伸長率與實測的伸長率一樣均要換算為50mm標距的數值，這樣才會有對應關系。據此，對于規定最小伸長率的計算舉例如下：

對于API X80級鋼管，依據API Spec 5L(44版)及ASTM A370-10，結合鋼管管徑與壁厚選擇8.9mm直徑圓棒拉伸試樣，試樣標距為35.6mm，最小斷后伸長率應該由公式（1）計算，AXC=130mm2，計算出，Af=15.64。 而 API Spec 5L（44版）規定應報告標距長度為50mm的斷裂后伸長率百分比，因此最小伸長率應轉化成與50mm標距長度相對應。其依據一般為GB/T 17600.1-1998《鋼的伸長率換算 第1部分：碳素鋼和低合金鋼》（等效采用ISO 2566-1:1984）或 ASTM A370[6]，以 GB/T 17600.1-1998 中規定的方法為例，對于相同橫截面積、不同標距的非比例試樣，換算采用GB/T 17600.1-1998的5.3條款中的公式進行換算，即公式（2）對Af進行換算，公式（2）由GB/T 17600.1-1998標準中的Oliver公式基本簡化而來。計算出，Af=13.65，圓整到Af=14。該數值與參照板狀試樣、全截面試樣按照實際面積計算出的值基本相同。因此，對于X80級鋼管，當采用8.9mm直徑圓棒拉伸試樣，標距長度轉化為50mm時,最小伸長率 Af=14。 當采用公式 （3）（ASTM A370-10 A6中的公式A6.1）也得到類似的結果。ASTM A370-10 A6中的公式A6.1是以Bertella公式為基礎，被Oliver和其他人采用，用于計算直徑12.5mm、標距50mm標準試樣和其他標準試樣的伸長率的相互關系。由于公式（2）與公式（3）不是同一體系標準，符號不太一致。

3 結束語

針對常用石油天然氣工業鋼管產品及相關試驗標準對拉伸性能中標準拉伸試樣與非標準拉伸試樣最小伸長率規定進行了簡要介紹和分析，發現API Spec 5L等API系列標準對拉伸試樣既有非比例試樣（定標距），也有比例試樣。標準拉伸試樣的規定比較明確，可以直接對照采用，但是對于非標準（小尺寸）拉伸試樣不太明確，在使用時應注意產品標準及引用試驗的要求，清楚其最小伸長率指標對應的試樣類型，對非標準尺寸試樣可參考相應的標準將其轉換標準試樣。另外，應用鋼管產品標準時，應注意比例試樣與非比例試樣，不同比例系數的比例試樣的差異。

[1]API Spec 5L 管線鋼管規范(44版)[S].

[2]API Spec 5CT 套管和油管規范（9版）[S].

[3]API Spec 5DP-09 鉆桿規范（1版）[S].

[4]ASTM A370-10 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products1[S].

[5]CSA 245.1-07 Steel pipe[S].

[6]GB/T 17600.1-1998鋼的伸長率換算 第1部分：碳素鋼和低合金鋼[S].

An introduction is given to the relevant regulations for the minimal tensile stretch in the standards of API Spec 5L about steel pipe products of petroleum and natural gas industry.Then analysis focuses on how to calculate the regulated minimal tensile stretch about the tensile sample of nonstandard round bar,followed by the actual example of calculating the regulated minimal tensile stretch about the tensile sample.

steel tube;tensile test;round bar sample;minimal tensile stretch

孫宏（1974-），男，高級工程師，現主要從事石油輸送鋼管材料與試驗技術工作。

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2012-01-10▏