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Oliver伸长率换算公式不适用于TMCP的X80管线钢
发布日期:2018-01-04    来源:材料工程   浏览次数:123
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API SPEC 5L(45版)1 10.2.4试验方法中有关拉伸试验“应报告标距长度为50 mm(2 in)试样的断后伸长率。对于试样标距长度小于50 mm(2 in)的试样,应按照ISO 2566-12或ASTM A3703,将断裂后测得的伸长率转换为50 mm(2 in)长度上的伸长率。” 我国输送钢管国家标准GB/T9711-20114与API SPEC 5L(44版)的技术要求一致,在有关拉伸试验伸长率方面的要求与API SPEC 5L(45版)完全一样。我国进行钢的伸长率换算的规范性标准GB/T 17600.145等同采用ISO 2566-1。文献6从伸长率转化的通用性、可比性出发,指出“应报告标距长度为50 mm(2 in)试样的断后伸长率。”这一要求不严密、不合理。在西气东输二线D1219×22mm X80试制初期,为了评价钢板、钢管实物水平能否达到了项目技术规格书要求的标准,当时同时选用圆棒试样(round bar specimen)和板状试样(rectagular strip specimen)进行了大量的性能评价试验。选取一组试验结果,试着采用Oliver伸长率换算公式,对不同试样的伸长率相互进行换算,考察ISO 2566-1中引用的Oliver伸长率换算公式是否适用。
1 试验用管
进行评价试验的钢管为西气东输二线D1219×22mm X80试制的直缝埋弧焊钢管,钢板生产制造工艺为TMCP,材料的金相组织为“B粒+PF+P”。
2 拉伸试验试样取样情况
对钢管进行拉伸试验评价时,从距钢管焊缝180°同一位置同时取3个板状、3个棒状横向拉伸试样,以及3个板状、3个棒状纵向拉伸试样。拉伸试样取样位置示意见图1。板状试样标距内尺寸为50mm(长)×38mm(宽)×22mm(钢管壁厚),棒状试样标距内尺寸为50mm(长)×D12.7mm(直径)。板状试样厚度为钢管全壁厚,棒状试样靠近外表面加工。

3 拉伸试验结果
试验在MTS试验机上进行,试验结果汇总见表1。

表1 西气东输二线项目直缝埋弧焊管D1219mm×22mm X80试制评价拉伸试验结果
No 试样
方向 试样
位置 试样
形式 试样尺寸
(mm) 试样横截
面积(mm2) 屈服强度
(MPa) 抗拉强度
(MPa) 实测断后伸长率(%) 板状试样转化为
棒状试样的伸长率(%) 伸长率换算值与
伸长率实际值的差
单值 均值 单值 均值 单值 均值 绝对差(%) 相对差(%)
T / L1) F / O / M2) B/S3) G4) d/W5) t S Rt0.5 Rm As6) Asa7) Ab8) Aba9) Asb10) Asba11) Da12)=(Asba - Aba) Dr13)=(Asba - Aba)/ Aba×100
1 L F S 50 38.1 21.92 835.3 521 652 43.5 43.5 / / 29.8 29.85 5.18 21
2 L F S 50 38.1 21.78 829.9 553 658 43 / / 29.5
3 L F S 50 38.1 21.88 833.7 535 655 44 / / 30.2
4 L O B 50 12.7 / 126.3 522 648 / / 25.5 24.67 / /
5 L O B 50 12.7 / 126.6 560 664 / / 23.5 / /
6 L O B 50 12.7 / 126.5 543 653 / / 25 / /
7 T F S 50 38.1 21.72 827.7 543 684 41.5 43.33 / / 28.5 29.77 4.94 19.89
8 T F S 50 38.1 21.75 828.5 539 685 43.5 / / 29.9
9 T F S 50 38.1 21.69 826.5 548 686 45 / / 30.9
10 T O B 50 12.7 / 126.3 589 676 / / 24.5 24.83 / /
11 T O B 50 12.7 / 125.9 602 684 / / 25 / /
12 T O B 50 12.7 / 126.1 598 682 / / 25 / /

1)T-横向,L-纵向;2)F-全壁厚,O-靠外表面,M-靠壁厚中心;3)B-圆棒试样,S-板状试样;4)G-拉伸试样标距长度;5)d-圆棒试样标距内直径,W-板状试样标距内宽度;6)As实测板状试样拉伸的断后伸长率;7)Asa实测板状试样拉伸的断后伸长率的均值;8)Ab实测圆棒状试样拉伸的断后伸长率;9)Aba实测圆棒状试样拉伸的断后伸长率均值; 10)Asb按照Oliver公式将板状试样(50mm×38.1mm×t)伸长率(As)转化换算成棒状试样(50mm×12.7mm)的伸长率值,具体转化公式见后边说明;11)Asba 为Asb的平均值;12)Da为伸长率换算值与伸长率实际值的绝对差Da=(Asba - Aba);12)Dr为伸长率换算值与伸长率实际值的相对差Dr=(Asba - Aba)/ Aba×100%
按照Oliver公式将板状试样(50mm×38.1mm×t)伸长率(As)转化换算成棒状试样(50mm×12.7mm)的伸长率值(Asb)的公式


式中L0s为板状试样的初始标距(对本次试验为50mm);L0b为圆棒状试样的初始标距(对本次试验为50mm);S0b为圆棒状试样的横截面积;S0s为板状试样的横截面积。
4 试验结果分析讨论
我们假设钢管纵、横向性能可能存在差异,但相同方向的性能是相同的;同一方向(纵向或横向)板状试样和圆棒状试样伸长率的换算具有可比性。对比表1中伸长率的数据,纵向板状拉伸试样试验获得的伸长率按照Oliver公式换算为圆棒状拉伸试样的伸长率,3个试验的均值为29.85%;而3个纵向圆棒状拉伸试样实际试验获得的伸长率均值为24.67%;两者均值绝对相差5.18%,两者均值相对相差21.0%。横向拉伸试验结果,伸长率换算情况与纵向基本相同。可见对该规格钢管采用Oliver公式将板状试样伸长率换算为圆棒状试样的伸长率,换算值与实际试验值不一致,换算值大于实际试验值;二者相对差达约20%。
实际上ISO 2566-1或ASTM A370对使用Oliver公式进行伸长率换算给出了明确的限定,但API SPEC 5L(45版)对此并未明确说明。ISO 2566-1或ASTM A370使用Oliver公式进行伸长率换算的限定条件为:适用于抗拉强度为300-700MPa经过热轧、热轧加正火或退火的碳钢、碳锰钢、钼钢和铬钼钢,而不适用于冷拉钢、淬火回火钢或奥氏体钢,也不适用于标距长度超过或者宽/厚比超过20的试样。
根据API SPEC 5L(45版),仅从抗拉强度来看,当钢级达X90(规范要求X90抗拉强度下限695MPa)及以上时,其实际抗拉强度会超过700MPa,伸长率换算公式基本就不适用了;当钢级达X52(规范要求PSL2 X52抗拉强度上限760MPa)及以上时,其实际抗拉强度也可能会超过700MPa,伸长率换算公式也可能就不适用了。实际情况到底如何,可以通过试验进行验证。
 
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