孫 宏

中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司 華油鋼管公司 （河北 青縣 062658）

石油鋼管產(chǎn)品最小伸長(zhǎng)率規(guī)定簡(jiǎn)析

孫 宏

中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司 華油鋼管公司 （河北 青縣 062658）

介紹了石油天然氣行業(yè)鋼管產(chǎn)品API Spec 5L(44版)等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于最小規(guī)定伸長(zhǎng)率要求的相關(guān)規(guī)定，分析討論了如何計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)尺寸圓棒拉伸試樣的規(guī)定最小伸長(zhǎng)率，并給出了非標(biāo)準(zhǔn)尺寸圓棒拉伸試樣規(guī)定最小伸長(zhǎng)率計(jì)算的實(shí)例。

鋼管 拉伸試驗(yàn) 圓棒試樣 最小伸長(zhǎng)率

最小斷后伸長(zhǎng)率是評(píng)價(jià)管材塑性的一個(gè)重要指標(biāo)，不同的產(chǎn)品或試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于最小斷后伸長(zhǎng)率的規(guī)定值不盡相同。如GB/T 9711.1-1997《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件 第1部分：A級(jí)鋼管》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此的規(guī)定比較簡(jiǎn)明，而API Spec 5L則比較復(fù)雜一些。在實(shí)際采用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)試樣基本上沒(méi)有什么異議，但是對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)試樣，就會(huì)有不同的理解，而API Spec 5L對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)或小尺寸圓棒拉伸試樣斷后伸長(zhǎng)率的規(guī)定并不太明晰。為了明確小尺寸試樣伸長(zhǎng)率要求的選取，主要對(duì)API Spec 5L(44版)以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于斷后伸長(zhǎng)率的規(guī)定要求進(jìn)行了簡(jiǎn)要的解釋與分析。

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

同其它石油管材標(biāo)準(zhǔn)一樣，API Spec 5L(44版)與ISO 3183:2007《石油天然氣工業(yè)—管線(xiàn)輸送系統(tǒng)用鋼管》基本上一致,部分內(nèi)容做了修改[1]。API Spec 5L(44版)關(guān)于最小斷后伸長(zhǎng)率的規(guī)定也與ISO 3183:2007相同，基本上與以前的API Spec 5L版本一致，而不同于ISO 3183:2007以前的版本。

API Spec 5L(44版)關(guān)于最小斷后伸長(zhǎng)率的規(guī)定是：

9.3拉伸性能

API Spec 5L(44版)中表6 PSL1鋼管的拉伸試驗(yàn)要求與表7 PSL2鋼管的拉伸試驗(yàn)要求。

注釋 c（表 6）或 f（表 7）規(guī)定最小伸長(zhǎng)率 Af，應(yīng)采用公式(1)確定，以百分?jǐn)?shù)表示并圓整到最接近的1%。

式中 C—當(dāng)采用SI單位制時(shí),為1 940，當(dāng)采用USC單位制時(shí)，為625 000；

AXC—適用的拉伸試樣面積，用mm2(0.20in2)表示,具體如下：

圓棒試樣：直徑12.5mm(0.500in)和8.9mm(0.350 in)的圓棒試樣為130mm2(0.20in2)；直徑6.4mm(0.250 in)的圓棒試樣為65mm2(0.10in2)；

全截面試樣：取(a)485mm2(0.75in2)和(b)試樣橫截面積兩者的較小者，其試樣橫截面積由規(guī)定外徑和規(guī)定壁厚計(jì)算，且圓整到最接近的10mm2(0.01 in2)；

板狀試樣：取(a)485 mm2(0.75in2)和(b)試樣橫截面積兩者的較小者，其試樣橫截面積由試樣規(guī)定寬度和鋼管規(guī)定壁厚計(jì)算，且圓整到最接近的10mm2(0.01in2)。

U—規(guī)定最小抗拉強(qiáng)度,用MPa(psi)表示。

10.2.4.2拉伸試驗(yàn)

應(yīng)報(bào)告標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm(2in)的斷裂后伸長(zhǎng)率百分?jǐn)?shù)。對(duì)于試樣標(biāo)距長(zhǎng)度小于50mm(2in)的試樣，應(yīng)按ISO 2566-1《鋼 伸長(zhǎng)值的換算 第1部分：碳素鋼和低合金鋼》或ASTM A370《鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義》的規(guī)定將所測(cè)量的斷裂后伸長(zhǎng)率換算為50mm(2in)長(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)率。上一版API Spec 5L沒(méi)有該條款，增加該條可能是考慮到ISO 3183體系標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定采用比例拉伸試樣，因此需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

API Spec 5CT（9 版）(套管和油管規(guī)范)以及 API Spec 5DP-09（1版）(鉆桿規(guī)范)管體部分內(nèi)容對(duì)于伸長(zhǎng)率的規(guī)定與API Spec 5L(44版)基本上一致)[2,3]。

ASTM A370-10關(guān)于小尺寸試樣伸長(zhǎng)率的規(guī)定是[4]：

A2.2.4.3當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)試樣不能制取但是需要對(duì)材料進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，與標(biāo)準(zhǔn)試樣成比例的小尺寸試樣可能會(huì)被采用，如圖4所示?？赡軙?huì)采用其他尺寸的小尺寸試樣。對(duì)于任何這種小尺寸試樣，用于測(cè)量伸長(zhǎng)率的標(biāo)距長(zhǎng)度應(yīng)為試樣直徑的4倍 （見(jiàn)ASTM A370-10中圖4的注4）。產(chǎn)品規(guī)范中的50mm(2in)標(biāo)距長(zhǎng)度的圓棒試樣伸長(zhǎng)率的要求應(yīng)適用于小尺寸試樣。

A6規(guī)定了將標(biāo)準(zhǔn)圓棒試樣轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)板狀試樣伸長(zhǎng)率的方法。這一條與ISO 2566-1的作用一致。

2 分析與討論

依據(jù)以上的敘述，問(wèn)題是對(duì)于API Spec 5L(44版)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)采用8.9mm的圓棒試樣時(shí)，其標(biāo)距長(zhǎng)度為35.6mm而不是標(biāo)準(zhǔn)試樣的50mm，那么其規(guī)定最小伸長(zhǎng)率值A(chǔ)f應(yīng)該是對(duì)應(yīng)于35.6mm還是應(yīng)該對(duì)應(yīng)于50mm；當(dāng)采用6.4mm的圓棒試樣時(shí)，其標(biāo)距長(zhǎng)度為25.4mm也不是標(biāo)準(zhǔn)試樣的50mm，那么其規(guī)定最小伸長(zhǎng)率值A(chǔ)f是應(yīng)該對(duì)應(yīng)于25.4mm還應(yīng)該是對(duì)應(yīng)于50mm。換句話(huà)說(shuō)，API Spec 5L(44版)標(biāo)準(zhǔn)表6及表7中最小伸長(zhǎng)率的要求是適用于試樣本身為50mm標(biāo)距的試樣還是是將其他非50mm標(biāo)距試樣換算成50mm標(biāo)距試樣后的要求。

API Spec 5L(44版)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了3種類(lèi)型的拉伸試樣，其中板狀試樣與全截面試樣均為標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm的非比例（定標(biāo)距）試樣，而圓棒試樣均為標(biāo)距長(zhǎng)度為直徑4倍的比例試樣（L0=4d），所以雖然圓棒試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度不同，但是試樣的伸長(zhǎng)率值有可比性。對(duì)于定標(biāo)距試樣或非比例試樣，其斷后伸長(zhǎng)率根據(jù)試樣的橫截面積而變化，而對(duì)于比例試樣，一般地，當(dāng)比例值一樣時(shí)，每種鋼級(jí)均對(duì)應(yīng)一個(gè)值。另外，對(duì)于板狀試樣與全截面試樣，當(dāng)試樣橫截面積不超過(guò)485mm2時(shí)，均要求按鋼級(jí)以及具體試樣的公稱(chēng)壁厚與試樣公稱(chēng)寬度得到的橫截面積計(jì)算最小伸長(zhǎng)率。如果圓棒試樣按50mm標(biāo)距規(guī)定最小伸長(zhǎng)率，并規(guī)定12.7mm直徑試樣與8.9mm直徑試樣采用相同的橫截面積（130mm2），而兩種試樣的實(shí)際橫截面積相差1倍，對(duì)與8.9mm直徑試樣明顯不合理，并且與板狀試樣的規(guī)定相矛盾。圓棒拉伸試樣的橫截面積不超過(guò)485mm2，因此也可以按此方法計(jì)算，不過(guò)對(duì)于6.4mm直徑的試樣，橫截面積圓整到10mm2不夠精確。

CSA 245.1-07《鋼管》為加拿大的管線(xiàn)鋼管標(biāo)準(zhǔn)[5],該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了同API Spec 5L(44版)一樣的3種試樣類(lèi)型及尺寸，但是對(duì)于最小伸長(zhǎng)率的規(guī)定比較簡(jiǎn)單，所有試樣的標(biāo)距均按50mm，各種試樣的最小斷后伸長(zhǎng)率均按照API Spec 5L標(biāo)準(zhǔn)的公式計(jì)算（即公式1），也就是按實(shí)際橫截面積計(jì)算，也可以理解為均按照非比例試樣計(jì)算，不過(guò)試樣橫截面積的上限為500mm2。

API Spec 5DP-09（1版）為鉆桿規(guī)范(等同 ISO 11961:2008《石油天然氣工業(yè) 鋼制鉆桿》)，其中管體部分大體上與API Spec 5L(44版)相同，而接頭部分規(guī)定全部采用圓棒拉伸試樣，試樣尺寸同API Spec 5L(44版)或ASTM A370-10，各種尺寸試樣的最小斷后伸長(zhǎng)率均為13，即按比例試樣（L0=4d）計(jì)算。我國(guó)的石油天然氣工業(yè)輸送用鋼管的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要為，GB/T 9711.1-1997、GB/T 9711.2-1999 及 GB/T 9711.3-2005(分別對(duì)應(yīng)等效采用ISO 3183-1:1996、ISO 3183-2:1996及ISO 3183-3:1999)，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的拉伸試樣均為比例試樣，對(duì)于每個(gè)鋼級(jí)，只對(duì)應(yīng)一個(gè)規(guī)定最小伸長(zhǎng)率值。

因此，結(jié)合ASTM A370-10 A2.2.4.3的規(guī)定，對(duì)于圓棒試樣，所給公式計(jì)算的最小伸長(zhǎng)率應(yīng)為試樣本身標(biāo)距長(zhǎng)度的值，并且適用于50mm標(biāo)距試樣。對(duì)于非50mm標(biāo)距長(zhǎng)度試樣，規(guī)定最小伸長(zhǎng)率與實(shí)測(cè)的伸長(zhǎng)率一樣均要換算為50mm標(biāo)距的數(shù)值，這樣才會(huì)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。據(jù)此，對(duì)于規(guī)定最小伸長(zhǎng)率的計(jì)算舉例如下：

對(duì)于API X80級(jí)鋼管，依據(jù)API Spec 5L(44版)及ASTM A370-10，結(jié)合鋼管管徑與壁厚選擇8.9mm直徑圓棒拉伸試樣，試樣標(biāo)距為35.6mm，最小斷后伸長(zhǎng)率應(yīng)該由公式（1）計(jì)算，AXC=130mm2，計(jì)算出，Af=15.64。 而 API Spec 5L（44版）規(guī)定應(yīng)報(bào)告標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm的斷裂后伸長(zhǎng)率百分比，因此最小伸長(zhǎng)率應(yīng)轉(zhuǎn)化成與50mm標(biāo)距長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)。其依據(jù)一般為GB/T 17600.1-1998《鋼的伸長(zhǎng)率換算 第1部分：碳素鋼和低合金鋼》（等效采用ISO 2566-1:1984）或 ASTM A370[6]，以 GB/T 17600.1-1998 中規(guī)定的方法為例，對(duì)于相同橫截面積、不同標(biāo)距的非比例試樣，換算采用GB/T 17600.1-1998的5.3條款中的公式進(jìn)行換算，即公式（2）對(duì)Af進(jìn)行換算，公式（2）由GB/T 17600.1-1998標(biāo)準(zhǔn)中的Oliver公式基本簡(jiǎn)化而來(lái)。計(jì)算出，Af=13.65，圓整到Af=14。該數(shù)值與參照板狀試樣、全截面試樣按照實(shí)際面積計(jì)算出的值基本相同。因此，對(duì)于X80級(jí)鋼管，當(dāng)采用8.9mm直徑圓棒拉伸試樣，標(biāo)距長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化為50mm時(shí),最小伸長(zhǎng)率 Af=14。 當(dāng)采用公式 （3）（ASTM A370-10 A6中的公式A6.1）也得到類(lèi)似的結(jié)果。ASTM A370-10 A6中的公式A6.1是以Bertella公式為基礎(chǔ)，被Oliver和其他人采用，用于計(jì)算直徑12.5mm、標(biāo)距50mm標(biāo)準(zhǔn)試樣和其他標(biāo)準(zhǔn)試樣的伸長(zhǎng)率的相互關(guān)系。由于公式（2）與公式（3）不是同一體系標(biāo)準(zhǔn)，符號(hào)不太一致。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)常用石油天然氣工業(yè)鋼管產(chǎn)品及相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拉伸性能中標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣與非標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣最小伸長(zhǎng)率規(guī)定進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹和分析，發(fā)現(xiàn)API Spec 5L等API系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拉伸試樣既有非比例試樣（定標(biāo)距），也有比例試樣。標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣的規(guī)定比較明確，可以直接對(duì)照采用，但是對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)（小尺寸）拉伸試樣不太明確，在使用時(shí)應(yīng)注意產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及引用試驗(yàn)的要求，清楚其最小伸長(zhǎng)率指標(biāo)對(duì)應(yīng)的試樣類(lèi)型，對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣可參考相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)將其轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)試樣。另外，應(yīng)用鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)注意比例試樣與非比例試樣，不同比例系數(shù)的比例試樣的差異。

[1]API Spec 5L 管線(xiàn)鋼管規(guī)范(44版)[S].

[2]API Spec 5CT 套管和油管規(guī)范（9版）[S].

[3]API Spec 5DP-09 鉆桿規(guī)范（1版）[S].

[4]ASTM A370-10 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products1[S].

[5]CSA 245.1-07 Steel pipe[S].

[6]GB/T 17600.1-1998鋼的伸長(zhǎng)率換算 第1部分：碳素鋼和低合金鋼[S].

An introduction is given to the relevant regulations for the minimal tensile stretch in the standards of API Spec 5L about steel pipe products of petroleum and natural gas industry.Then analysis focuses on how to calculate the regulated minimal tensile stretch about the tensile sample of nonstandard round bar,followed by the actual example of calculating the regulated minimal tensile stretch about the tensile sample.

steel tube;tensile test;round bar sample;minimal tensile stretch

孫宏（1974-），男，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事石油輸送鋼管材料與試驗(yàn)技術(shù)工作。

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2012-01-10▏