李記科,梁明華
(中國石油集團石油管工程技術研究院,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研究院,陜西西安710077)
通過對比分析Φ1 219 mm×22 mm規格X80鋼級直縫埋弧焊管的試制評價拉伸試驗結果,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。對比分析發現:采用Oliver伸長率換算公式,將Φ1 219 mm×22 mm規格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《管線鋼管規范》(45版)標準10.2.4節[1]對拉伸試驗有如下規定:“應報告標距長度為50 mm(2 in)試樣的斷后伸長率。對于試樣標距長度小于50 mm(2 in)的試樣,應按照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換為50 mm(2 in)長度上的伸長率?!蔽覈鳪B/T 9711—2011《石油天然氣工業管線輸送用鋼管》[4]與API Spec 5L—2007(44版)的技術要求一致,在有關拉伸試驗伸長率方面的要求與API Spec 5L—2012(45版)完全一樣。我國進行鋼的伸長率換算的規范性標準GB/T 17600.1—1998[5]等同采用ISO 2566-1∶1984。文獻[6]從伸長率轉化的通用性、可比性出發,指出“應報告標距長度為50 mm(2 in)試樣的斷后伸長率”這一要求不嚴密、不合理。在西氣東輸二線Φ1 219 mm×22 mm規格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條件》[7]標準要求,當時同時選用棒狀試樣和板狀試樣進行了大量的性能評價試驗?,F選取一組試驗結果,采用ISO 2566-1∶1984標準中引用的Oliver伸長率換算公式,對不同試樣的伸長率進行相互換算,考察ISO 2566-1∶1984中引用的Oliver伸長率換算公式是否適用。
進行評價試驗的鋼管為西氣東輸二線Φ1 219 mm×22 mm規格X80鋼級試制的直縫埋弧焊管,鋼板生產制造工藝為新一代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。
對直縫埋弧焊管進行拉伸試驗評價時,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。板狀試樣標距內尺寸為50 mm(長)×38 mm(寬)×22 mm(鋼管壁厚),棒狀試樣標距內尺寸為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
試驗在MTS試驗機上進行,并匯總試驗結果。西氣東輸二線項目Φ1 219 mm×22 mm規格X80鋼級直縫埋弧焊管的試制評價拉伸試驗結果見表1。
表1 西氣東輸二線項目Φ1 219 mm×22 mm規格X80鋼級直縫埋弧焊管的試制評價拉伸試驗結果
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——板狀試樣的初始標距,為50 mm;
L棒——棒狀試樣的初始標距,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。
假設鋼管縱、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中伸長率的數據,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%。
實際上ISO 2566-1∶1984或ASTM A 370—2015對使用Oliver伸長率換算公式進行伸長率換算給出了明確的限定,但API Spec 5L—2012(45版)標準對此并未明確說明。ISO 2566-1∶1984或ASTM A 370—2015標準中使用Oliver伸長率換算公式進行伸長率換算的限定條件為:適用于抗拉強度為300~700 MPa經過熱軋、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,也不適用于標距長度超過或者寬厚比超過20的試樣。
根據API Spec 5L—2012(45版),僅從抗拉強度來看,當鋼級達X90(規范要求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;當鋼級達X52(API Spec 5L—2012標準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,可以通過試驗進行驗證。
Φ1 219 mm×22 mm X80鋼級管線鋼管取樣的試驗結果表明,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距內尺寸為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系,不僅僅是材料因素;
(3)若將Oliver伸長率換算公式中的系數和指數調整,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進一步的試驗研究獲得答案。
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工藝生產鋼板,加工生產的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鋼產品力學性能試驗的標準試驗方法和定義[S].2015.
[4]GB/T 9711—2011石油天然氣工業管線輸送用鋼管[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條件[S]. 2007.
[8]彭龍洲,陳利明,杜新立,等.簡析控軋控冷技術在無縫鋼管生產中的應用[J].鋼管,2013,42(4):7-10.
[9]王國棟.控軋控冷技術的發展及在鋼管軋制中應用的設想[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[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研究和石油管材質量監督檢驗工作。