Oliver伸長率換算公式在X80管線鋼中的適用性探討

李記科，梁明華

（中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院，陜西西安710077）

Oliver伸長率換算公式在X80管線鋼中的適用性探討

李記科，梁明華

（中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院，陜西西安710077）

通過對比分析Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格X80鋼級直縫埋弧焊管的試制評價拉伸試驗結(jié)果，以考察ISO 2566-1∶1984中引用的Oliver伸長率換算公式是否適用于新一代TMCP的X80鋼級管線鋼。對比分析發(fā)現(xiàn)：采用Oliver伸長率換算公式，將Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格X80鋼級直縫埋弧焊管板狀試樣伸長率換算為棒狀試樣的伸長率，其換算值大于實際試驗值，二者絕對差約為5%，相對差約為20%；Oliver伸長率換算公式不適用于新一代TMCP的X80鋼級管線鋼。

X80；管線鋼；拉伸試驗；伸長率；Oliver伸長率換算公式

API Spec 5L—2012《管線鋼管規(guī)范》（45版）標(biāo)準(zhǔn)10.2.4節(jié)［1］對拉伸試驗有如下規(guī)定：“應(yīng)報告標(biāo)距長度為50 mm（2 in）試樣的斷后伸長率。對于試樣標(biāo)距長度小于50 mm（2 in）的試樣，應(yīng)按照ISO 2566-1∶1984《鋼伸長率換算第1部分：碳鋼和低合金鋼》［2］或ASTM A 370—2015［3］，將斷裂后測得的伸長率轉(zhuǎn)換為50 mm（2 in）長度上的伸長率。”我國GB/T 9711—2011《石油天然氣工業(yè)管線輸送用鋼管》［4］與API Spec 5L—2007（44版）的技術(shù)要求一致，在有關(guān)拉伸試驗伸長率方面的要求與API Spec 5L—2012（45版）完全一樣。我國進(jìn)行鋼的伸長率換算的規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17600.1—1998［5］等同采用ISO 2566-1∶1984。文獻(xiàn)［6］從伸長率轉(zhuǎn)化的通用性、可比性出發(fā)，指出“應(yīng)報告標(biāo)距長度為50 mm（2 in）試樣的斷后伸長率”這一要求不嚴(yán)密、不合理。在西氣東輸二線Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格X80鋼級直縫埋弧焊管試制初期，為了評價鋼板、鋼管實物水平能否達(dá)到Q/SY GJX 0104—2007《西氣東輸二線管道工程用直縫埋弧焊管技術(shù)條件》［7］標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)時同時選用棒狀試樣和板狀試樣進(jìn)行了大量的性能評價試驗。現(xiàn)選取一組試驗結(jié)果，采用ISO 2566-1∶1984標(biāo)準(zhǔn)中引用的Oliver伸長率換算公式，對不同試樣的伸長率進(jìn)行相互換算，考察ISO 2566-1∶1984中引用的Oliver伸長率換算公式是否適用。

1 試驗用管

進(jìn)行評價試驗的鋼管為西氣東輸二線Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格X80鋼級試制的直縫埋弧焊管，鋼板生產(chǎn)制造工藝為新一代TMCP（Thermo Mechanical Control Process，熱機械控制工藝）［8-11］，材料的金相組織為粒狀貝氏體+多邊形鐵素體+珠光體。

2 拉伸試驗取樣情況

對直縫埋弧焊管進(jìn)行拉伸試驗評價時，從距焊縫180°同一位置同時取3個板狀、3個棒狀橫向拉伸試樣，以及3個板狀、3個棒狀縱向拉伸試樣。拉伸試樣取樣位置如圖1所示。板狀試樣標(biāo)距內(nèi)尺寸為50 mm（長）×38 mm（寬）×22 mm（鋼管壁厚），棒狀試樣標(biāo)距內(nèi)尺寸為50 mm（長）×12.7 mm（直徑）。板狀試樣厚度為鋼管全壁厚，棒狀試樣靠近外表面加工。

圖1 拉伸試樣取樣位置示意

3 拉伸試驗結(jié)果

試驗在MTS試驗機上進(jìn)行，并匯總試驗結(jié)果。西氣東輸二線項目Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格X80鋼級直縫埋弧焊管的試制評價拉伸試驗結(jié)果見表1。

表1 西氣東輸二線項目Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格X80鋼級直縫埋弧焊管的試制評價拉伸試驗結(jié)果

按照Oliver伸長率換算公式，將板狀試樣（50 mm×38.1 mm×壁厚）伸長率（A板）換算成棒狀試樣（50 mm×12.7 mm）伸長率（A換）的公式如下：

式中L板——板狀試樣的初始標(biāo)距，為50 mm；

L棒——棒狀試樣的初始標(biāo)距，為50 mm；

S棒——棒狀試樣的橫截面積，mm2；

S板——板狀試樣的橫截面積，mm2。

4 試驗結(jié)果分析

假設(shè)鋼管縱、橫向性能可能存在差異，但相同方向的性能是相同的；同一方向（縱向或橫向）板狀試樣和棒狀試樣伸長率的換算具有可比性。對比表1中伸長率的數(shù)據(jù)，縱向板狀拉伸試樣試驗獲得的伸長率按照Oliver伸長率換算公式換算為棒狀拉伸試樣的伸長率，3個試驗的平均值為29.85%；而3個縱向棒狀拉伸試樣實際試驗獲得的伸長率平均值為24.67%；兩者平均值的絕對差為5.18%，兩者平均值相對差為21.00%。橫向拉伸試驗結(jié)果的伸長率換算情況與縱向基本相同。由此可見，采用Oliver伸長率換算公式，將Φ1 219 mm×22 mm規(guī)格X80鋼級直縫埋弧焊管板狀試樣伸長率換算為棒狀試樣的伸長率，其換算值與實際試驗值不一致，換算值大于實際試驗值；二者相對差約為20%。

5 討論

實際上ISO 2566-1∶1984或ASTM A 370—2015對使用Oliver伸長率換算公式進(jìn)行伸長率換算給出了明確的限定，但API Spec 5L—2012（45版）標(biāo)準(zhǔn)對此并未明確說明。ISO 2566-1∶1984或ASTM A 370—2015標(biāo)準(zhǔn)中使用Oliver伸長率換算公式進(jìn)行伸長率換算的限定條件為：適用于抗拉強度為300～700 MPa經(jīng)過熱軋、熱軋加正火或退火的碳鋼、碳錳鋼、鉬鋼和鉻鉬鋼，不適用于冷拉鋼、淬火回火鋼或奧氏體鋼，也不適用于標(biāo)距長度超過或者寬厚比超過20的試樣。

根據(jù)API Spec 5L—2012（45版），僅從抗拉強度來看，當(dāng)鋼級達(dá)X90（規(guī)范要求X90抗拉強度下限695 MPa）及以上時，其實際抗拉強度會超過700 MPa，伸長率換算公式基本就不適用了；當(dāng)鋼級達(dá)X52（API Spec 5L—2012標(biāo)準(zhǔn)PSL2等級要求X52鋼級的抗拉強度上限為760 MPa）及以上時，其實際抗拉強度也可能會超過700 MPa，伸長率換算公式也可能不適用。實際情況到底如何，可以通過試驗進(jìn)行驗證。

Φ1 219 mm×22 mm X80鋼級管線鋼管取樣的試驗結(jié)果表明，ISO 2566-1∶1984中引用的Oliver伸長率換算公式不適用于新一代TMCP工藝得到的X80鋼級鋼管，其不適用的原因可從以下方面考慮：

（1）材料、材料組織，對新一代TMCP工藝得到的X80鋼級鋼管組織材料，Oliver伸長率換算公式就是不適用；

（2）試樣尺寸方面的原因，試驗時板狀試樣的標(biāo)距內(nèi)尺寸為50 mm（長）×38 mm（寬）×22 mm（鋼管壁厚），其橫截面積為835.3 mm2，試樣壁厚尺寸大、截面尺寸大，Oliver伸長率換算公式可能與試樣尺寸有關(guān)系，不僅僅是材料因素；

（3）若將Oliver伸長率換算公式中的系數(shù)和指數(shù)調(diào)整，Oliver伸長率換算公式有可能還適用于該新一代TMCP工藝得到的X80鋼級管線鋼管。這些問題可以通過后續(xù)進(jìn)一步的試驗研究獲得答案。

6 結(jié)論

材料金相組織為粒狀貝氏體+多邊形鐵素體+珠光體、新一代TMCP工藝生產(chǎn)鋼板，加工生產(chǎn)的Φ1 219 mm×22 mm X80鋼級直縫埋弧焊管，就拉伸試驗采用Oliver伸長率換算公式將板狀試樣伸長率換算為棒狀試樣的伸長率，換算值與實際試驗值不一致；換算值大于實際試驗值；兩者平均值絕對差約為5%，相對差約為20%。Oliver伸長率換算公式不適用于新一代TMCP工藝生產(chǎn)的X80鋼級直縫埋弧焊管拉伸試驗伸長率換算。

［1］API Spec 5L—2012管線鋼管規(guī)范［S］.45版.2012.

［2］ISO 2566-1∶1984鋼伸長率換算第1部分：碳鋼和低合金鋼［S］.1984.

［3］ASTM A 370—2015鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法和定義［S］.2015.

［4］GB/T 9711—2011石油天然氣工業(yè)管線輸送用鋼管［S］. 2011.

［5］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］.1998.

［6］李記科，楊紅兵.對API Spec 5L（45版）中有關(guān)拉伸試驗伸長率的討論［J］.焊管，2015，38（4）：67-69.

［7］中國石油天然氣股份有限公司.Q/SY GJX 0104—2007西氣東輸二線管道工程用直縫埋弧焊管技術(shù)條件［S］. 2007.

［8］彭龍洲，陳利明，杜新立，等.簡析控軋控冷技術(shù)在無縫鋼管生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.鋼管，2013，42（4）：7-10.

［9］王國棟.控軋控冷技術(shù)的發(fā)展及在鋼管軋制中應(yīng)用的設(shè)想［J］.鋼管，2011，40（2）：1-8.

［10］王曉香，李延豐.HTP與TMCP工藝X80鋼級板材制管性能的對比分析［J］.鋼管，2007，36（1）：26-30.

［11］李延豐.西氣東輸二線管道工程用X80鋼級Φ1 219 mm直縫埋弧焊管的研發(fā)［J］.鋼管，2009，38（3）：33-38.

Analysis of Suitability of Oliver Elongation Reduction Formula for X80 Linepipe-purposed Steel

LI Jike，LIANG Minghua
（CNPC Tubular Goods Research Institute，Xi'an 710077，China）

Based on a comparative analysis of the result from the tensile test as for the purpose of evaluation of trial production of the Φ1 219 mm×22 mm X80 SAWL pipe，it is judged whether the Oliver elongation reduction formula as described under Standard ISO 2566-1∶1984 is suitable for the latest generation of the TMCP X80 linepipepurposed steel.The analysis reveals that when using the said formula to converse the elongation of the plate-shaped specimen of the said pipe into that of the round bar-shaped specimen，the equivalent value is bigger than the measured test value，and the absolute difference between the two values is approximately 5%，while their relative difference is about 20%，which demonstrates that the Oliver reduction formula is not suitable for the latest generation of the TMCP X80 linepipe-purposed steel.

X80；linepipe-purposed steel；tensile test；elongation；Oliver elongation redution formula

TG115.5+2

B

1001-2311（2016）04-0071-03

2016-01-06）

李記科（1965-），男，教授級高級工程師，主要從事石油管工程技術(shù)研究和石油管材質(zhì)量監(jiān)督檢驗工作。