提高螺旋焊管力學(xué)性能檢測(cè)準(zhǔn)確性方法淺談

劉金川

（中石化勝利油田分公司物資供應(yīng)處物資檢驗(yàn)所， 山東 東營(yíng) 257000）

螺旋焊管是用鋼板或鋼帶按一定的螺旋線的角度卷成管坯，然后將管縫焊接起來制成的。其優(yōu)點(diǎn)是可以用較窄的鋼帶生產(chǎn)大直徑鋼管，也可以用同樣寬度的鋼帶生產(chǎn)不同直徑的鋼管。螺旋焊管廣泛用于石油天然氣的長(zhǎng)距離管道運(yùn)輸中，管道運(yùn)輸是石油天然氣運(yùn)輸中最經(jīng)濟(jì)、最安全的方法。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油天然氣消耗量急劇增加，管道建設(shè)不斷發(fā)展，從而帶動(dòng)了螺旋焊管的需求和生產(chǎn)，由此造成螺旋焊管的質(zhì)量參差不齊。為確保施工質(zhì)量，使用前的檢驗(yàn)尤為重要?，F(xiàn)將日常檢驗(yàn)中遇到的問題及解決方法加以總結(jié)。

1 遇到的問題

本文所提螺旋焊管以GB/T 9711-2017《石油天然氣工業(yè) 管線輸送系統(tǒng)用鋼管》為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于輸送石油天然氣，在油田應(yīng)用比較廣泛。標(biāo)準(zhǔn)中要求檢驗(yàn)螺旋焊管管體材料的規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5作為屈服強(qiáng)度（當(dāng)檢驗(yàn)鋼級(jí)大于L625的PSL2鋼管時(shí)，采用規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp0.2），對(duì)于管徑大于φ219mm的鋼管要求取橫向試樣。

檢驗(yàn)了一批鋼級(jí)為L(zhǎng)450管徑為φ273mm的螺旋焊管，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)L450鋼級(jí)鋼管管體材料屈服強(qiáng)度Rt0.5的要求是≥450MPa，實(shí)際檢驗(yàn)中先后共做了4件試樣，測(cè)得的屈服強(qiáng)度值如表1所示：

表1 試樣屈服強(qiáng)度值 （單位MPa）

從表1可以看出，同樣的4件試樣，所檢測(cè)出的Rt0.5的值偏低，且數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，而同樣可以作為屈服強(qiáng)度指標(biāo)的Rp0.2的值卻非常穩(wěn)定，數(shù)值較高。關(guān)鍵在于Rt0.5的值不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而Rp0.2的值卻滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 原因分析

為了慎重起見，筆者比對(duì)試驗(yàn)曲線及數(shù)據(jù)仔細(xì)分析了原因。

首先要了解，規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5和規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp0.2是如何測(cè)量的。要測(cè)量這兩個(gè)參數(shù)都要用到目前拉伸試驗(yàn)機(jī)所必不可少的附件—引伸計(jì)。測(cè)量時(shí)將引伸計(jì)裝卡于試樣上，測(cè)量桿底部的刀刃與試樣接觸，試樣在拉伸時(shí)受力變長(zhǎng)，測(cè)量桿之間的距離也隨之增大，其增加量通過與測(cè)量桿連接的測(cè)量元件轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)，然后傳遞給電腦。引伸計(jì)的測(cè)量精度非常高，稍微一點(diǎn)變化都會(huì)對(duì)其測(cè)量結(jié)果影響很大，例如規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5就是用引伸計(jì)測(cè)量試樣平行長(zhǎng)度內(nèi)50mm距離被拉長(zhǎng)0.5%時(shí)的強(qiáng)度，即50mm乘以0.5%約0.25mm的長(zhǎng)度變化，而規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp0.2則更小，約只有0.1mm的長(zhǎng)度變化。因此鋼材拉伸試驗(yàn)對(duì)試樣的加工質(zhì)量要求很高，加工粗糙的試樣對(duì)試驗(yàn)結(jié)果特別是對(duì)用引伸計(jì)測(cè)量的屈服強(qiáng)度指標(biāo)影響很大。

螺旋焊管的橫向試樣是沿著管體的圓周方向切下的試樣，通常都帶有一定的彎曲度，因此加工過程中要經(jīng)過壓平處理，但鋼材都有一定的韌性，施加足夠大的壓力時(shí)可以壓的很平，但是壓力一卸，鋼材又在一定程度上恢復(fù)了以前的形態(tài)。筆者曾經(jīng)做過試驗(yàn)，用200噸的壓力試驗(yàn)機(jī)壓平一組螺旋焊管的橫向試樣，10分鐘以后卸掉壓力，試樣依舊保留一定的彎曲度。所以，螺旋焊管的橫向試樣很難被完全壓平，這就給隨后的試驗(yàn)帶來不確定性。用帶有彎曲度的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，引伸計(jì)的測(cè)量會(huì)存在不小的誤差，特別是測(cè)量規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5時(shí)，誤差更大。在測(cè)量Rt0.5時(shí)，由于引伸計(jì)基本上是從試驗(yàn)開始位置附近開始計(jì)數(shù)，此時(shí)試樣還處于彎曲狀態(tài)，所以測(cè)得的這0.5%的變形量中不僅包含了試樣材料被拉伸時(shí)的伸長(zhǎng)量，還包含了試樣由彎變直所產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量。這個(gè)由彎變直的伸長(zhǎng)量或許很小，但對(duì)于測(cè)量總變形量只有0.25mm的屈服強(qiáng)度來說，影響不可忽視。也即是，電腦軟件記錄規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5的力值時(shí)，試樣自身的伸長(zhǎng)量并未達(dá)到0.5%。因此上例中所測(cè)的規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5并不是真實(shí)的屈服強(qiáng)度，其值要比真實(shí)值低，并且由于每個(gè)試樣的彎曲程度不同，所以會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)較大的情況。而測(cè)量規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp0.2時(shí)，引伸計(jì)是從試樣材料開始彈性變形附近開始計(jì)數(shù)，此時(shí)試樣已經(jīng)被試驗(yàn)機(jī)拉直，這樣就可避免試樣由彎變直所帶來的影響，因此所測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)比較準(zhǔn)確。

3 總結(jié)及建議

日常檢驗(yàn)螺旋焊管的屈服強(qiáng)度時(shí)，如果采用原始壁厚的橫向壓平試樣并且檢驗(yàn)結(jié)果高于標(biāo)準(zhǔn)所要求的數(shù)值時(shí)，可判為合格。當(dāng)所測(cè)的屈服強(qiáng)度Rt0.5低于標(biāo)準(zhǔn)值且低的不太多時(shí)，建議參考規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp0.2的測(cè)量值謹(jǐn)慎處理。如果是壁厚較厚的螺旋焊管，盡量加工成圓棒試樣進(jìn)行試驗(yàn)，可以提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

此外，新的室溫拉伸試驗(yàn)方法，無論是國標(biāo)還是美標(biāo)都優(yōu)先推薦使用應(yīng)變（引伸計(jì)）控制方法進(jìn)行試驗(yàn)，這對(duì)于加工較完美的試樣例如圓棒試樣肯定是無問題的。但在現(xiàn)實(shí)檢驗(yàn)中，由于設(shè)備、加工人員以及工作量的影響，使用前的入庫檢驗(yàn)所用的試樣在多數(shù)情況下并不能做到精雕細(xì)琢，特別是對(duì)于像螺旋焊管這種原始壁厚的橫向壓平試樣和一些熱軋無縫鋼管的原始壁厚試樣，應(yīng)變（引伸計(jì)）控制方法卻并不可取，因?yàn)槭茉嚇佑蓮澴冎被蛘弑诤癫痪鶆虻挠绊?，在拉伸初期引伸?jì)的示值變化難以確定，筆者在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，明明在拉伸，引伸計(jì)的示值卻在減小，這就很容易造成試驗(yàn)機(jī)的控制出現(xiàn)錯(cuò)誤，忽快忽慢，嚴(yán)重影響試驗(yàn)質(zhì)量，所以對(duì)于這種原始壁厚試樣建議采用位移控制方法，或者在前期采用位移控制，當(dāng)力值達(dá)到一定程度時(shí)，例如屈服前，再換成應(yīng)變（引伸計(jì)）控制，這樣可以提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

◆參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 228.1-2010，金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法[S].

[2] GB/T 9711-2017，石油天然氣工業(yè) 管線輸送系統(tǒng)用鋼管[S].