螺旋埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的统计分析

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螺旋埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的统计分析

螺旋埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的统计分析

来源:2205双相不锈钢焊管发布:2020-05-24 22:51:44类别:不锈钢行情

研究了APIBX80钢级、管径355.61 219 mm及壁厚6.318.4 mm螺旋埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的一般规律,结合螺旋埋弧焊管制造过程分析了试样展平过程产生的包申格效应对钢管拉伸性能的影响。结果表明:对于X65以下钢级钢管包申格效应明显,即制管后屈服强度下降明显,并且差异值随着强度水平的提高而提高,而对于X70以上钢级钢管,包申格效应不明显,制管后屈服强度下降不大;对于抗拉强度,所试验钢级钢管制管前后基本一致。材料的组织是影响屈服强度变化或包申格效应大小的主要因素。

通常,在钢板作为原材料生产钢管的情况下,由于在制管过程中受压缩和拉伸变形,以及由塑性形变产生的内应力、加工硬化和包申格效应的影响,钢管与原材料的屈服强度有所不同。由于一般的螺旋埋弧焊管的制管工艺都不采用冷扩径工艺,成型后管体屈服强度(特别是较高钢级的管线钢管横向屈服强度)有一定程度的下降。这对于决定高强度钢管的选材和制品的质量设计以及制管条件等方面有极其重要的意义。

国内外管材(包括生产焊管用的热轧板卷和钢板)生产厂家都曾因对包申格效应估计不足而给用户和管材生产厂家带来一些麻烦,对此也开展了大量的工作,至今尚未取得定量的计算方法,也没有统一的规范。本研究对APIBX80级螺旋埋弧焊管制管前后性能变化的一般规律进行研究,结合螺旋埋弧焊管制造过程及试样展平过程产生的包申格效应对钢管拉伸性能的影响做了分析。

1制管工艺及试样情况

典型的螺旋埋弧焊钢管主要工艺流程为:拆卷→矫平→钢卷头尾对接→剪边(铣边)→成型→内焊、外焊。

螺旋埋弧焊管的成型是由与带钢纵向成一定角度布置的三辊弯板机构及辅助辊实现的,相应地,拉伸试样一般也要经过类似的变形过程。图1为螺旋埋弧焊管横向压平板状试样变形过程示意图,从图1中可以看出,卷板首先在拆卷过程中要经受一次弯曲变形,钢带矫直又要经历一次较小的弯曲变形,钢管成型过程是第二次大的弯曲变形,最后试样的压平是第三次大的弯曲变形,如果采用棒状试样则没有试样压平过程。

一般地,钢管横向拉伸试样的角度近似对应于板卷上与轧制方向成相当于成型角的角度。螺旋埋弧焊管的成型角按公式(1)计算。为了简化对应关系,根据经验,取样角度一般按30°或45°考虑。

sinα=B/πD,(1)式中:

α—成型角度,(°);

B—切边后带钢宽度,mm;

D—钢管外径,mm

2板卷及钢管的性能状况

2.1拉伸试验数据

APIBX80级卷板及钢管的拉伸试验数据进行汇总分析,各规格或钢级的数值为一系列数值的平均值。卷板与钢管的数据按照同炉批对应的原则一一对应。不同钢级卷板与钢管的拉伸性能对比见表1

从表1可以看出,对于屈服强度,管体横向比对应的卷板最小高4MPa,而最大低43 MPa,平均低26MPa;对于抗拉强度,最小低7 MPa,最大高9MPa,平均高1 MPa,变化不大;对于屈强比,管体横向比板卷最小相差为0,最大低0.08,平均低0.04。管体横向与卷板屈服强度和抗拉强度对比分别见图2和图3。对于断后伸长率指标,制管前后相差不大。

2.2屈服强度变化量与强度水平的关系

屈服强度变化量与强度水平的关系见图4。从图4看出,卷板强度在620MPa以下时,屈服强度的降低值随着卷板强度水平的提高而提高,而在620MPa以上时,屈服强度的降低值逐渐变小。

2.3屈服强度变化量与t/D的关系

5给出了屈服强度变化与t/D(t为管壁厚度,D为管径)的关系,从图5可以看出,制管前后屈服强度变化值与t/D没有比较明显的相关性,即使是在同一强度水平上也是如此。

3分析与讨论

从图2可以看出,卷板屈服强度在550 MPa以下时,数据点大多数均分布于y=x直线下方,即钢管横向试样的屈服强度比卷板要低;卷板屈服强度在580MPa左右时,数据点分布于y=x直线上,即钢管横向试样的屈服强度与板卷基本一致。从图3可以看出,对于抗拉强度,除了个别数据较离散外,大多数均分布于y=x直线上或附近,即钢管横向试样的抗拉强度与卷板接近,平均只相差1 MPa

制管前后的拉伸试验数据表明,螺旋埋弧焊管的管体横向屈服强度明显低于卷板,平均要低26MPa。制管后试样屈服强度的降低主要是由于钢管生产过程的弯曲变形的包申格效应对性能的影响,即钢管的横向明显受到生产过程中的几次弯曲变形的影响,使屈服强度降低。其中X80钢拉伸试样由于采用的是圆棒试样而没有试样压平这一影响,并且X80钢管的屈服强度与抗拉强度均比制管前有一定程度提高。钢管在制管过程中的形变程度对制管后性能有一定影响,t/D值为反映钢管制管过程形变程度或弯曲变形大小的指标之一,t/D值越大,变形程度也越大。对于统计数据,t/D值在0.0120.019范围内,随着t/D值的增大,屈服强度的下降值没有明显的变化。这与经验数据不太相符,主要原因可能是数据量偏少。

随着钢级的提高,对于化学成分而言,C含量逐渐降低,Cr,Mo,Nb,VTi等微合金元素的含量则逐渐增多。在金相组织方面,B级以及X42级基本为多边形铁素体+珠光体组织,随着钢级的提高,多边形铁素体逐渐减少,而块状铁素体的比例则逐渐提高;对于X70钢级,针状铁素体的比例已经很大;X80钢级就主要是粒状贝氏体了。不同的组织特点,其形变强化能力与包申格效应值是有差异的,强度越高,其形变强化能力也越强。

影响制管前后强度变化主要为形变强化和包申格效应共同作用的结果,影响主要因素是材料本身的成分、组织及性能特点。需要说明的是,由于钢管生产中并不一定能在取样板卷对应的钢管上取样,所以钢管试样不能按卷号对应,只能按炉对应,但从经验数据看,由于大批量生产,同炉板卷的性能已经比较均匀。

4结语

对于X65及以下钢级的螺旋缝埋弧焊接钢管,卷板经过成型与焊接过程制成螺旋钢管后,由于包申格效应,管体横向的屈服强度指标明显下降,相比卷板试样屈服强度平均低26MPa;而对于X70以上钢级,包申格效应则不太明显,材料的组织是影响屈服强度变化或包申格效应大小的主要因素,而卷板制成钢管后的抗拉强度没有明显变化。以上结论是基于统计数据,这对于板卷生产厂家和钢管制造厂家制定卷板技术条件有一定的参考意义。

本文标题:螺旋埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的统计分析

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