X70M HFW焊管液壓脹環法和平板拉伸法試驗對比分析

屈獻永，胡松林，張曙華

（寶山鋼鐵股份有限公司，上海201900）

X70M HFW焊管液壓脹環法和平板拉伸法試驗對比分析

屈獻永，胡松林，張曙華

（寶山鋼鐵股份有限公司，上海201900）

為了準確測量HFW焊管全管體真實屈服強度，設計并制造了液壓脹環試驗設備，測量了4種不同規格X70M HFW焊管的屈服強度，并與平板拉伸法測量的結果進行了對比。結果表明，無論用哪種測量方法，徑厚比越大，HFW焊管的屈服強度越大，對應的屈強比也越大；液壓脹環法測量的屈服強度比平板拉伸法測量的屈服強度高15～30 MPa；當應變＜1%時，液壓脹環法測得的應力比平板拉伸法測得的應力高

HFW焊管；屈服強度；液壓脹環拉伸；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，而是用平板拉伸法測定強度性能。優點是加工試樣方便，試驗及評判方法統一。不足之處：①制作壓平樣時，存在未壓平或過壓，導致試樣產生加工硬化，從而無法反應管體真實屈服強度；②平板拉伸樣測得的數據只代表鋼管周向一個面（點）的屈服強度，無法反應真實全周向的屈服強度。為此，部分國外標準，例如API SPEC 5L（45th）Table 20注釋（d）中規定：“如果有協議，可根據ASTM A370規定，用環形試樣通過液壓脹環試驗測定橫向屈服強度”[1-2]。制管廠承接的某些國外合同技術規格書[3]也明確要求必須用液壓脹環法來測定HFW焊管管體的屈服強度，并結合平板拉伸法測定的抗拉強度來計算鋼管的屈強比。本研究對鋼管水壓前后用液壓脹環法和平板拉伸法測得管體橫向屈服強度，并做了統計對比分析。

1 試樣制備及試驗設備

1.1 試樣制備

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

表1 管材化學成分 %

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

1.2 試驗設備

國內的HFW焊管廠測定屈服強度時不常采用液壓脹環設備[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]聯合設備廠家設計并制造了一套專用的液壓脹環設備[9-10]（如圖1所示）。平板拉伸設備選用德國ZwickZ1000液壓拉伸試驗機。

圖1 液壓脹環設備示意圖

2 試驗數據分析

2.1 不同壁厚鋼管檢測數據對比

圖2為不同壁厚鋼管試樣采用平板拉伸法和液壓脹環法測得的屈服強度數據，并計算出了相應的屈強比。可以看出：①同樣的材質、外徑，厚徑比越大，不管用那種方法測得的屈服強度和屈強比都呈上升趨勢。這主要是厚徑比越大，HFW成型過程硬化效應越明顯。②用平板拉伸法測得的屈服強度數值較分散，這主要是制樣過程不規范所致（未壓平或試樣過壓）；而用液壓脹環法測得數據較為集中，是因為受試樣加工影響較小。

圖2 不同壁厚鋼管測得的屈服強度及屈強比

2.2 液壓脹環法和平板拉伸法檢測數據對比

圖3 為選取Φ406.4 mm×8 mm鋼管對兩種試驗方法測得的屈服強度進行了對比。由圖3可以看出：①用液壓脹環法測得的屈服強度數據比用平板拉伸法測得的屈服強度數據高15～30 MPa；②用液壓脹環法測得的屈服強度數據計算出來的屈強比比用平板拉伸法測得的屈服強度計算出來的屈強比高2%～3%；③如果客戶給出屈強比不能超過90%的要求，則圖3中有部分試驗批次鋼管就不合格，需要重新優化煉鋼和熱軋工藝，開發低屈強比的HFW焊管用原料。

圖3 平板拉伸法和液壓脹環拉伸法測得的屈服強度及屈強比

2.3 液壓脹環法和平板拉伸法對應的應力－應變曲線對比

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

圖4 平板拉伸法和液壓脹環法拉應力－應變曲線對比

3 結 論

（1）用平板拉伸法和液壓脹環法兩種屈服強度測量方法對同外徑、同材質、不同厚徑比的HFW焊管屈服強度數值做了測量比較，發現厚徑比越大，屈服強度也越大，對應的屈強比也大。

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

[1]API SPEC 5L（第45版），管線鋼管規范[S].

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

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

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

[5]ASTM A370－12，鋼產品力學性能試驗方法和定義[S].

[6]GB/T 20568—2006/ISO 15363—2000，金屬材料管環液壓試驗方法[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.管道用脹環試樣試驗臺主密封圈的設計[J].潤滑與密封，2009，34（4）：93-95.

[10]王嘯修.一種檢測鋼管屈服強度的液壓脹環試驗裝置：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

屈獻永(1981—)，男，工程師，現從事HFW焊管工藝技術研究工作。

2017－08－23

編輯：羅 剛