X70M HFW焊管液壓脹環(huán)法和平板拉伸法試驗(yàn)對比分析

屈獻(xiàn)永，胡松林，張曙華

（寶山鋼鐵股份有限公司，上海201900）

X70M HFW焊管液壓脹環(huán)法和平板拉伸法試驗(yàn)對比分析

屈獻(xiàn)永，胡松林，張曙華

（寶山鋼鐵股份有限公司，上海201900）

為了準(zhǔn)確測量HFW焊管全管體真實(shí)屈服強(qiáng)度，設(shè)計(jì)并制造了液壓脹環(huán)試驗(yàn)設(shè)備，測量了4種不同規(guī)格X70M HFW焊管的屈服強(qiáng)度，并與平板拉伸法測量的結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，無論用哪種測量方法，徑厚比越大，HFW焊管的屈服強(qiáng)度越大，對應(yīng)的屈強(qiáng)比也越大；液壓脹環(huán)法測量的屈服強(qiáng)度比平板拉伸法測量的屈服強(qiáng)度高15～30 MPa；當(dāng)應(yīng)變＜1%時(shí)，液壓脹環(huán)法測得的應(yīng)力比平板拉伸法測得的應(yīng)力高

HFW焊管；屈服強(qiáng)度；液壓脹環(huán)拉伸；平板拉伸

受外徑和壁厚影響，HFW焊管大多無法取圓棒樣做拉伸試驗(yàn)，而是用平板拉伸法測定強(qiáng)度性能。優(yōu)點(diǎn)是加工試樣方便，試驗(yàn)及評判方法統(tǒng)一。不足之處：①制作壓平樣時(shí)，存在未壓平或過壓，導(dǎo)致試樣產(chǎn)生加工硬化，從而無法反應(yīng)管體真實(shí)屈服強(qiáng)度；②平板拉伸樣測得的數(shù)據(jù)只代表鋼管周向一個(gè)面（點(diǎn)）的屈服強(qiáng)度，無法反應(yīng)真實(shí)全周向的屈服強(qiáng)度。為此，部分國外標(biāo)準(zhǔn)，例如API SPEC 5L（45th）Table 20注釋（d）中規(guī)定：“如果有協(xié)議，可根據(jù)ASTM A370規(guī)定，用環(huán)形試樣通過液壓脹環(huán)試驗(yàn)測定橫向屈服強(qiáng)度”[1-2]。制管廠承接的某些國外合同技術(shù)規(guī)格書[3]也明確要求必須用液壓脹環(huán)法來測定HFW焊管管體的屈服強(qiáng)度，并結(jié)合平板拉伸法測定的抗拉強(qiáng)度來計(jì)算鋼管的屈強(qiáng)比。本研究對鋼管水壓前后用液壓脹環(huán)法和平板拉伸法測得管體橫向屈服強(qiáng)度，并做了統(tǒng)計(jì)對比分析。

1 試樣制備及試驗(yàn)設(shè)備

1.1 試樣制備

本研究選取Φ406.4mm×8mm/9.56mm/10.7mm/12.7 mm 4種規(guī)格X70M HFW焊管，管材化學(xué)成分見表1。平板拉伸試樣（以下簡稱FB）按照工廠的加工標(biāo)準(zhǔn)壓平試樣，并按ASTM A370—2012的要求加工成標(biāo)距為50 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣。

表1 管材化學(xué)成分 %

液壓脹環(huán)試樣（以下簡稱RE）：長76 mm的全圓周試樣，端部加工平整無毛刺，確保在整個(gè)脹環(huán)試驗(yàn)過程中不受外部影響。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

國內(nèi)的HFW焊管廠測定屈服強(qiáng)度時(shí)不常采用液壓脹環(huán)設(shè)備[4]，制管廠參考ASTMA370—2012中A2.3[5]、 GB/T 20568[6]和澳大利亞 AS 1855—2008[7]、AS 2193—2005[8]聯(lián)合設(shè)備廠家設(shè)計(jì)并制造了一套專用的液壓脹環(huán)設(shè)備[9-10]（如圖1所示）。平板拉伸設(shè)備選用德國ZwickZ1000液壓拉伸試驗(yàn)機(jī)。

圖1 液壓脹環(huán)設(shè)備示意圖

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 不同壁厚鋼管檢測數(shù)據(jù)對比

圖2為不同壁厚鋼管試樣采用平板拉伸法和液壓脹環(huán)法測得的屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并計(jì)算出了相應(yīng)的屈強(qiáng)比。可以看出：①同樣的材質(zhì)、外徑，厚徑比越大，不管用那種方法測得的屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比都呈上升趨勢。這主要是厚徑比越大，HFW成型過程硬化效應(yīng)越明顯。②用平板拉伸法測得的屈服強(qiáng)度數(shù)值較分散，這主要是制樣過程不規(guī)范所致（未壓平或試樣過壓）；而用液壓脹環(huán)法測得數(shù)據(jù)較為集中，是因?yàn)槭茉嚇蛹庸び绊戄^小。

圖2 不同壁厚鋼管測得的屈服強(qiáng)度及屈強(qiáng)比

2.2 液壓脹環(huán)法和平板拉伸法檢測數(shù)據(jù)對比

圖3 為選取Φ406.4 mm×8 mm鋼管對兩種試驗(yàn)方法測得的屈服強(qiáng)度進(jìn)行了對比。由圖3可以看出：①用液壓脹環(huán)法測得的屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)比用平板拉伸法測得的屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)高15～30 MPa；②用液壓脹環(huán)法測得的屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算出來的屈強(qiáng)比比用平板拉伸法測得的屈服強(qiáng)度計(jì)算出來的屈強(qiáng)比高2%～3%；③如果客戶給出屈強(qiáng)比不能超過90%的要求，則圖3中有部分試驗(yàn)批次鋼管就不合格，需要重新優(yōu)化煉鋼和熱軋工藝，開發(fā)低屈強(qiáng)比的HFW焊管用原料。

圖3 平板拉伸法和液壓脹環(huán)拉伸法測得的屈服強(qiáng)度及屈強(qiáng)比

2.3 液壓脹環(huán)法和平板拉伸法對應(yīng)的應(yīng)力－應(yīng)變曲線對比

圖4 為選取Φ406.4 mm×8 mm鋼管1組試樣的應(yīng)力－應(yīng)變曲線對比（受制于液壓脹環(huán)試驗(yàn)只能做應(yīng)變＜1%的試驗(yàn)，故只對比了0～1%應(yīng)變的應(yīng)力－應(yīng)變曲線）。由圖4可知，應(yīng)變＜1%時(shí)，液壓脹環(huán)法對應(yīng)的應(yīng)力比平板拉伸法對應(yīng)的應(yīng)力高。

圖4 平板拉伸法和液壓脹環(huán)法拉應(yīng)力－應(yīng)變曲線對比

3 結(jié) 論

（1）用平板拉伸法和液壓脹環(huán)法兩種屈服強(qiáng)度測量方法對同外徑、同材質(zhì)、不同厚徑比的HFW焊管屈服強(qiáng)度數(shù)值做了測量比較，發(fā)現(xiàn)厚徑比越大，屈服強(qiáng)度也越大，對應(yīng)的屈強(qiáng)比也大。

（2）對比兩種試驗(yàn)方法測得的屈服強(qiáng)度，用液壓脹環(huán)法測得的屈服強(qiáng)度比用平板拉伸法測得的屈服強(qiáng)度高15～30 MPa。

[1]API SPEC 5L（第45版），管線鋼管規(guī)范[S].

[2]GB/T 9711—2011，石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管[S].

[3]AS 2885.1—2012，Pipelines-gas and Liquid Petroleum Part 1：Design and Construction[S].

[4]孫宏.管線鋼管拉伸試驗(yàn)的研究[J].鋼管，2009，38（3）：56-58.

[5]ASTM A370－12，鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)方法和定義[S].

[6]GB/T 20568—2006/ISO 15363—2000，金屬材料管環(huán)液壓試驗(yàn)方法[S].

[7]AS 1855—2008，Methods for the Determination of Transverse Tensile Properties of Round Steel Pipe[S].

[8]AS 2193—2005，Calibration and Classification of Forcemeasuring Systems[S].

[9]劉建紅.管道用脹環(huán)試樣試驗(yàn)臺主密封圈的設(shè)計(jì)[J].潤滑與密封，2009，34（4）：93-95.

[10]王嘯修.一種檢測鋼管屈服強(qiáng)度的液壓脹環(huán)試驗(yàn)裝置：中國，CN201420188628.4[P].2014－10－29.

Contrastive Analysis on Hydraulic Ring Expansion Test Method and Flat Tensile Test Method for X70M HFW Pipe

QU Xianyong，HU Songlin，ZHANG Shuhua
（Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Shanghai 201900，China）

In order to accurately measure the true yield strength of full body of HFW pipe，hydraulic ring expansion equipment was designed and manufactured，and yield strength of 4 specifications X70M HFW welded pipe was measured and compared with the results measured by Flatten Bar testmethod（FB）.The results showed that no matter using which methods，the higher the diameter-thickness ratio，the higher the yield strength of HFW pipe and the yield ratio；the yield strength measured by Hydraulic Ring Expansion test method（RE）was 15～30 MPa higher than these measured by FB；when the strain was less than 1%，stress measured by RE was higher than these measured by FB.

HFW pipe；yield strength；hydraulic ring expansion test；flatten bar test

TG115.5

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.11.011

屈獻(xiàn)永(1981—)，男，工程師，現(xiàn)從事HFW焊管工藝技術(shù)研究工作。

2017－08－23

編輯：羅 剛