X70M 基于應變設計地區用焊管理化性能的研究

蘇 志，梁 棟，范 鋒，汪 超

（渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

中緬天然氣管道工程（國內段）沿線途經沙漠、凍土、泥石流，滑坡和地震液化等復雜地帶，輸送的天然氣既有國內不同地區的天然氣，也有從國外引入的天然氣，惡劣的地質條件和復雜的輸送介質使得中緬天然氣管道工程用鋼管生產面臨許多技術難題。為了適應中緬天然氣管道工程建設的需要，針對X70 級管線鋼基于應變設計地區用Φ1016×17.5 mm直縫埋弧焊管生產中存在的技術瓶頸問題進行研究。根據中石油管道建設項目經理部在北京召開的關于中緬管道大變形鋼管國產化工作協調會的精神和要求，渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司（以下簡稱公司）與某鋼廠一起承接了天然氣管道X70M Φ1016×17.5 mm 規格鋼管的試制任務。

公司高度重視本次聯合試制大變形鋼管工作，成立了中緬管道大變形鋼管國產化試制領導小組和工作小組，并制定了詳細的試制計劃，以確保按時、保質保量地完成試制工作。北京協調會前，公司于聯合該鋼廠進行了X70M Φ1016×21.0 mm 規格大變形直縫埋弧焊管單爐試制工作，取得了良好效果，并對板、管送管材研究院進行了質量評價。協調會結束后，鋼廠和公司進入正式的試制程序。針對Φ1016×17.5 mm規格共進行了3 輪鋼管試制工作。在試制過程中，針對不同的鋼板理化性能，對制管各環節的工藝進行優化，包括成型、焊接工藝、取樣加工管理規定等，嚴格控制試驗過程，最終取得了較理想結果。

1 試驗及加工條件

在管研院相關負責人及現場監理見證下進行試驗，各實驗項目的主要設備見表1。試驗條件為：K 型熱電偶點焊于試樣芯部（厚度方向1/2 處），高溫密封膠密封；試樣厚度為17.5 mm，6 組試樣同時放置油預爐內。試驗時效工藝如圖1 所示，通道2 測量試件表面升溫曲線，因未測量出完整曲線，不做分析；通道1 測量試件芯部（厚度方向1/2 處）升溫曲線，其初始油溫為205 ℃、開始時刻16：05，升溫至185 ℃、195 ℃的時刻分別為16：15、16：18。

圖1 時效工藝測定曲線

表1 主要試驗設備

2 理化試驗情況

2.1 實驗數量

制管171 根，橫向取樣67 根，縱向取樣171 根。按大變形（A版）判定結果：

（1）Φ17.5 mm 試驗數量及合格率統計（時效前）：①時效前屈服強度，19 組超過550 MPa 的要求，3 組低于450 MPa；②抗拉強度，有6 組超715 MPa；③應力比方面，Rt1.5/Rt0.5，1 組超1.10；Rt2.0/Rt1.0，5 組低于1.04；Rt5.0/Rt1.0，7 組低于1.08；④UEL，9 組低于7.0%。

（2）Φ17.5 mm 試驗數量及合格率統計（時效后）：①時效后屈服強度，58 組超過550 MPa 的要求，6 組低于450 MPa；②抗拉強度，有15 組超715 MPa；③應力比方面，Rt1.5/Rt0.5，4 組超1.07；Rt2.0/Rt1.0，2 組低于1.04；Rt5.0/Rt1.0，3 組低于1.08；④UEL，8 組低于6.0%。

2.2 化學成分

產品化學成分分析如表2 化學成分分析結果（重量比），符合標準要求（其中PCM 為相變材料）。

表2 化學成分分析結果 %

2.3 縱向拉伸性能

2.3.1 典型拉伸曲線

圖2、圖3 分別是KDNJ040 鋼管在熱時效前后的名義應力—應變曲線。由圖可以看出：經過圖1 的熱時效加熱曲線，應力—應變曲線仍為拱頂型，時效后并未出現明顯的屈服平臺。

圖2 熱時效前應力—應變曲線

圖3 熱時效后應力—應變曲線

2.3.2 不同擴徑率時強度、應力比、均勻延伸率

縱向拉伸性能包括強度、應力比、均勻延伸率的分布及變化對比情況，在Φ1016×17.5 mm 樣品的擴徑率為1.4%和1.0%時進行試驗并繪圖。由試驗結果曲線可知，1.0%擴徑率對應鋼板制管后，縱向拉伸性能（屈服強度539 MPa，抗拉強度680 MPa）；縱向均勻延伸率，時效前9.3%，時效后7.8%；縱向應力比完全可滿足標準要求。

3 結論

擴徑率1%對應鋼板制管后橫向平均屈服強度516 MPa、抗拉強度658 MPa，滿足標準要求；縱向時效前平均屈服強度512 MPa、抗拉強度666 MPa，縱向時效后平均屈服強度539 MPa、抗拉強度680 MPa，時效后屈服強度接近上限550 MPa；試樣橫向與縱向（時效前）的屈服強度值之間的差較小，鋼管具有較好的各向同性。擴徑率1%對應鋼板制管后，縱向時效前應力比Rt1.5/Rt0.5、Rt2.0/Rt1.0、Rt5.0/Rt1.0，分別為1.18、1.07、1.12，滿足時效前應力比1.10、1.04、1.08 要求；縱向時效后應力比Rt1.5/Rt0.5、Rt2.0/Rt1.0、Rt5.0/Rt1.0，分別為1.15、1.07、1.13，滿足時效后應力比1.07、1.04、1.08 的要求。