對(duì)管道拉伸試驗(yàn)時(shí)屈曲強(qiáng)度偏高的原因分析

對(duì)管道拉伸試驗(yàn)時(shí)屈曲強(qiáng)度偏高的原因分析

0拉伸性能測(cè)試對(duì)管線鋼管設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)的重要意義作為管道管道最重要的性能指標(biāo)之一，拉伸性能對(duì)評(píng)價(jià)管道的一般物理性能、彈性指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)和屈服性能非常重要。因此，正確、有效地測(cè)量管道管道的拉伸性能，對(duì)管道管道的設(shè)計(jì)、制造、評(píng)價(jià)、安裝和維護(hù)提供了重要標(biāo)準(zhǔn)。管線鋼管拉伸試驗(yàn)方法主要依據(jù)為ASTMA370—2002,ASTME8—2001或者GB/T228—2002,這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是目前我國(guó)管線鋼管性能評(píng)定的主要依據(jù),因此專業(yè)技術(shù)人員和檢驗(yàn)人員必須熟練掌握此類試驗(yàn)方法,這對(duì)提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性和試驗(yàn)效率尤為重要。1同批原材料板卷性能國(guó)內(nèi)某鋼廠為一螺旋埋弧焊管廠提供X70級(jí)管線鋼熱軋板卷原料,用以制造規(guī)格為1067mm×15.9mm的螺旋埋弧焊接鋼管。當(dāng)原材料板卷供貨到1.5×104t時(shí),鋼廠發(fā)現(xiàn)板卷制成鋼管后,存在強(qiáng)度普遍偏高現(xiàn)象,有的甚至超出標(biāo)準(zhǔn)要求。鋼廠和制管廠分別對(duì)同批原材料板卷性能進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。鋼廠為降低風(fēng)險(xiǎn),停止對(duì)制管廠提供原料。鑒于上述情況,中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所對(duì)制管廠的生產(chǎn)工藝、檢驗(yàn)工藝、檢驗(yàn)方法等進(jìn)行調(diào)查和分析,查找原因。2拉伸試驗(yàn)的準(zhǔn)確性分析對(duì)表1中制管廠和鋼廠測(cè)量的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比分別做差值統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果見(jiàn)表2?？梢?jiàn)制管廠測(cè)量的屈服強(qiáng)度比鋼廠最高的高出87MPa,最低的也高39MPa,平均測(cè)量結(jié)果高出63MPa;而抗拉強(qiáng)度,平均比鋼廠測(cè)量結(jié)果高近13MPa。可見(jiàn)制管廠拉伸試驗(yàn)中主要測(cè)試指標(biāo)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度,其準(zhǔn)確性存在可疑。從以下方面分析拉伸試驗(yàn)的準(zhǔn)確性:(1)試樣加工和制備過(guò)程是否符合規(guī)范;(2)試驗(yàn)設(shè)備是否存在零點(diǎn)漂移或者較大系統(tǒng)誤差;(3)分析試驗(yàn)過(guò)程載荷和引伸計(jì)位移是否同步顯示;(4)檢查試驗(yàn)載荷取點(diǎn)位置是否準(zhǔn)確。3研究結(jié)果與分析3.1鋼板機(jī)構(gòu)及其切割方向以方向卷板拉伸試樣為APISPEC5L板條狀試樣,取樣方向?yàn)闄M向(垂直于鋼板軋制方向),取樣位置為鋼板寬度1/4處。試樣切割方法為火焰氣割,考慮火焰熱影響區(qū),試樣每側(cè)有效寬度增加15mm。試樣尺寸如圖1所示。試驗(yàn)制備過(guò)程符合規(guī)范要求,試樣尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)試樣要求,所制試樣為合格試樣。3.2u3000引伸計(jì)試驗(yàn)設(shè)備為長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)廠1997年12月生產(chǎn)的60t液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),設(shè)備經(jīng)過(guò)改造,增加引伸計(jì)系統(tǒng)用于測(cè)量材料的彈性模量以及規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度,設(shè)備校驗(yàn)有效(日期為2008年9月6日)。引伸計(jì)為北京鋼鐵研究總院生產(chǎn)的YYU-5050型電子引伸計(jì),精度優(yōu)于1級(jí),校驗(yàn)有效。組織當(dāng)?shù)丶夹g(shù)監(jiān)督部門,對(duì)試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定,標(biāo)定結(jié)果見(jiàn)表3。對(duì)試驗(yàn)機(jī)加載測(cè)試結(jié)果采用最小二乘法進(jìn)行線性擬合(如圖2所示),即:Y=A+BX,結(jié)果如下:線性相關(guān)性R=0.99998,方差SD=1.26491。從校驗(yàn)結(jié)果中可見(jiàn),試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)線性相關(guān)性比較滿意,可以達(dá)到0.99998;同時(shí)可以看到,設(shè)備存在系統(tǒng)誤差8.8kN,即在加載過(guò)程中,系統(tǒng)自身給試樣增加額外載荷8.8kN,導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏高,這應(yīng)該是拉伸屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度偏高的原因之一。3.3拉伸試驗(yàn)結(jié)果拉伸試驗(yàn)測(cè)量指標(biāo)包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率以及屈強(qiáng)比。屈服強(qiáng)度采用電子引伸計(jì),通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集,所有的拉伸試樣按照APISPEC5L加工的板狀試樣,試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為ASTME8—2001。取原料1根板狀試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn),試樣標(biāo)距內(nèi)截面積S為625.89mm2,試驗(yàn)加載過(guò)程中引伸計(jì)用橡皮筋固定,載荷和引伸計(jì)位移能夠同步顯示,載荷和引伸計(jì)曲線光滑,無(wú)跳動(dòng)、無(wú)滑移。測(cè)試結(jié)果系統(tǒng)顯示為:屈服強(qiáng)度546.9MPa,抗拉強(qiáng)度687.7MPa。與前期測(cè)量結(jié)果相近,比同爐批鋼廠測(cè)試結(jié)果偏高。拉伸試驗(yàn)引伸計(jì)-載荷曲線如圖3所示。從圖中可見(jiàn),系統(tǒng)屈服點(diǎn)設(shè)定讀取點(diǎn)為規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度點(diǎn)Rp0.5,對(duì)應(yīng)載荷Fp0.5為342.31kN。而根據(jù)APISPEC5L,屈服強(qiáng)度應(yīng)為規(guī)定總伸長(zhǎng)延伸強(qiáng)度,即標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)產(chǎn)生0.5%總伸長(zhǎng)(用引伸計(jì)測(cè)定)時(shí)所需的拉伸應(yīng)力,記為Rt0.5。從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中讀出:引伸計(jì)變形為0.25mm時(shí),對(duì)應(yīng)載荷為316.3kN,從而計(jì)算得出規(guī)定總伸長(zhǎng)延伸強(qiáng)度即屈服強(qiáng)度為:可見(jiàn),工廠在系統(tǒng)改造和升級(jí)過(guò)程時(shí),把規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度和規(guī)定總伸長(zhǎng)延伸強(qiáng)度概念和定義混淆,誤把Rp0.5視為Rt0.5,從圖中可見(jiàn)Fp0.5比Ft0.5高出26kN,從而導(dǎo)致屈服強(qiáng)度升高,進(jìn)一步得出結(jié)論,工廠誤把Rp0.5視為Rt0.5是屈服強(qiáng)度普遍升高的主要原因。4試驗(yàn)過(guò)程中點(diǎn)點(diǎn)出點(diǎn)誤差(1)拉伸試驗(yàn)出現(xiàn)異常偏高等情況時(shí),應(yīng)該考慮:(1)試樣加工和制備過(guò)程是否符合規(guī)范;(2)試驗(yàn)設(shè)備是否存在零點(diǎn)漂移或者較大系統(tǒng)誤差;(3)分析試驗(yàn)過(guò)程載荷和引伸計(jì)位移是否同步顯示;(4)檢查試驗(yàn)