楊雄英

直縫焊管生產(chǎn)工藝對X65M鋼級鋼材屈服強(qiáng)度的影響

楊雄英

（中國石化集團(tuán)江漢石油管理局沙市鋼管廠，湖北荊州434001）

以某X65M鋼級鋼板為例，分析了直縫焊管生產(chǎn)工藝對該材質(zhì)焊管最終屈服強(qiáng)度的影響。分析認(rèn)為：成型工藝對X65M鋼級鋼板的屈服強(qiáng)度影響較大，成型后母材屈服強(qiáng)度減小30～70 MPa；擴(kuò)徑雖能使屈服強(qiáng)度增加，但增幅不大，不足以彌補(bǔ)成型后造成的屈服強(qiáng)度損失；棒狀試樣的屈服強(qiáng)度普遍比板狀試樣的大，但增量不大。建議鋼管生產(chǎn)廠對原料的理化性能及金相組織進(jìn)行充分評估，預(yù)測屈服強(qiáng)度變化趨勢，避免成品鋼管的屈服強(qiáng)度超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

直縫埋弧焊管；屈服強(qiáng)度；包辛格效應(yīng)；金相組織

目前國內(nèi)大多數(shù)鋼管生產(chǎn)廠家均采用JCOE法生產(chǎn)直縫鋼管，JCOE具有設(shè)備投資少、建設(shè)周期短、生產(chǎn)鋼管規(guī)格靈活等特點(diǎn)。在生產(chǎn)JCOE鋼管時，鋼板經(jīng)銑邊后預(yù)彎、J成型、C成型和O成型等多道下壓步驟，形成一個不太規(guī)則的管坯，隨后通過擴(kuò)徑整圓，使其直度、圓度進(jìn)一步得到優(yōu)化［1］。在這一系列過程中，鋼管屈服強(qiáng)度會發(fā)生變化。一般情況下，在JCO成型過程中，鋼管內(nèi)層圓周方向承受壓縮變形，外層承受拉伸變形［2］。鋼管內(nèi)層由于承受壓縮變形產(chǎn)生了包辛格效應(yīng)，包辛格效應(yīng)是指金屬材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，而后再經(jīng)同向加載，屈服強(qiáng)度增大；反向加載，屈服強(qiáng)度減?。?］。在生產(chǎn)JCOE鋼管時，成型過程和在隨后壓平拉伸試樣及拉伸試驗的過程中，管線鋼管經(jīng)過反復(fù)拉壓應(yīng)變，屈服強(qiáng)度減小。在隨后的擴(kuò)徑過程中，內(nèi)外層均承受拉伸變形，管體整個斷面均由于承受拉伸變形產(chǎn)生了加工硬化，屈服強(qiáng)度會增大，最終鋼板制成JCOE鋼管后，屈服強(qiáng)度的增減幅度由這兩個因素共同決定［4］。各鋼廠由于生產(chǎn)工藝不同，在制成JCOE鋼管后屈服強(qiáng)度的大小并不一致［5］。

以某X65M鋼級試驗材料為例，說明直縫焊管生產(chǎn)工序?qū)υ摬馁|(zhì)鋼管最終屈服強(qiáng)度的影響。

1 原材料概況

此批X65M鋼級鋼板化學(xué)成分見表1，滿足API Spec 5L—2012《管線鋼管規(guī)范》及GB/T 9711—2011《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。X65M鋼級鋼板的力學(xué)性能見表2，進(jìn)廠驗收屈服強(qiáng)度值合格，比鋼管的標(biāo)準(zhǔn)值平均高20～70 MPa。X65M鋼級鋼板母材的金相組織如圖1所示，金相組織為鐵素體+珠光體［6－7］。

表1 X65M鋼級鋼板的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表2 X65M鋼級鋼板的力學(xué)性能

圖1 X65M鋼級鋼板的金相組織

2 直縫生產(chǎn)各工序?qū)ζ淝?qiáng)度的影響

該批X65M鋼級鋼板制成JCOE鋼管后，其屈服強(qiáng)度普遍偏小，有的未達(dá)到API Spec 5L—2012規(guī)定的450 MPa。由于原材料入廠驗收時屈服強(qiáng)度均合格，為弄清屈服強(qiáng)度值在直縫焊管生產(chǎn)的哪個環(huán)節(jié)發(fā)生了損失，進(jìn)行了以下試驗：在JCOE鋼管同一部位成型前、成型后和擴(kuò)徑后分別制作塊狀試樣，并進(jìn)行拉伸試驗［8］，其屈服強(qiáng)度對比情況如圖2所示。

從圖2可以看出：JCOE鋼管成型后比成型前屈服強(qiáng)度平均減小了30～60 MPa；擴(kuò)徑后母材屈服強(qiáng)度有所增加，但增量不大，不足以彌補(bǔ)成型后造成的屈服強(qiáng)度損失，說明軋制過程對母材屈服強(qiáng)度影響較大；這是因為在成型時鋼板內(nèi)層受壓、外層受拉，而在拉伸試樣校平時，鋼管內(nèi)層受拉、外層受壓，在試驗時整個拉伸試樣受拉應(yīng)力，會產(chǎn)生一定的包辛格效應(yīng)。為弄清包辛格效應(yīng)的影響力，在不同JCOE鋼管的同一部位分別取板狀和棒狀試樣，并進(jìn)行對比試驗，JCOE鋼管母材板狀、棒狀試樣的屈服強(qiáng)度對比結(jié)果如圖3所示。

圖2 JCO鋼管成型前、成型后和擴(kuò)徑后屈服強(qiáng)度對比情況

圖3 JCO鋼管母材板狀、棒狀試樣的屈服強(qiáng)度對比

由圖3可以看出：棒狀試樣的屈服強(qiáng)度普遍比板狀試樣的大［9］，但增量不大，不足以抵消成型后屈服強(qiáng)度值的損失。

由此可見，成型工藝對此種X65M鋼級鋼板的屈服強(qiáng)度影響較大，成型后母材屈服強(qiáng)度減小30～70 MPa；擴(kuò)徑雖能使屈服強(qiáng)度值有所增大，但增幅不大，不足以抵消成型后屈服強(qiáng)度值的損失。加工成棒狀試樣的屈服強(qiáng)度普遍比板狀試樣的略大。

3 原因分析

目前，國內(nèi)使用的管線鋼顯微組織主要有兩種：一種是鐵素體+珠光體型低鋼級管線鋼，主要包括X65M及以下鋼級；另一種是針狀鐵素體型高鋼級管線鋼［10-11］。該X65M鋼級鋼板的顯微組織為鐵素體+珠光體型管線鋼，晶粒尺寸較大，由文獻(xiàn)［12］可知，該基體在受力發(fā)生形變過程中，鐵素體相已發(fā)生塑性變形，而珠光體只發(fā)生彈性變形，從受力狀態(tài)回復(fù)后，在基體內(nèi)兩相之間就形成了“內(nèi)應(yīng)力”，表現(xiàn)為屈服強(qiáng)度值減小。X65M鋼板應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4所示。從圖4可以看出：拉伸曲線有明顯的屈服點(diǎn)和屈服平臺，所以即使經(jīng)過擴(kuò)徑，屈服強(qiáng)度值也不能得到明顯增大。而針狀鐵素體型管線鋼具有連續(xù)屈服行為，在卷曲過程中包辛格效應(yīng)較?。?3-14］。

圖4 X65M鋼板應(yīng)力-應(yīng)變曲線

4 結(jié)語

該X65M鋼級鋼板的顯微組織為鐵素體+珠光體，且晶粒尺寸較大，拉伸曲線屈服平臺明顯，在直縫鋼管成型過程中，屈服強(qiáng)度損失較大［15］，在擴(kuò)徑后形變強(qiáng)化不足，造成部分成品管屈服強(qiáng)度小于API Spec 5L—2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（450 MPa）的現(xiàn)象。針對此問題，有如下建議：

（1）在生產(chǎn)前，應(yīng)對原料的理化性能及金相顯微組織進(jìn)行充分評估，預(yù)測屈服強(qiáng)度的變化趨勢，避免成品鋼管的屈服強(qiáng)度超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求范圍。

（2）在鋼廠采購X65M鋼級鋼板時，應(yīng)要求鋼板的屈服強(qiáng)度大于API Spec 5L—2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下限值30 MPa。

（3）鋼廠應(yīng)改進(jìn)鋼板的生產(chǎn)工藝，改變鋼板的顯微組織狀態(tài)，細(xì)化晶粒尺寸，提高其形變強(qiáng)化的能力，滿足鋼板制成鋼管后屈服強(qiáng)度達(dá)到API Spec 5L—2012標(biāo)準(zhǔn)要求的450 MPa以上。

［1］杜偉，婁琦，黃磊，等.管線鋼JCOE制管前后力學(xué)性能變化分析［J］.焊管，2010，33（5）：20-23.

［2］孫宏，田鵬，王芳，等.制造工藝對焊管力學(xué)性能的影響［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2013（5）：17-18，43.

［3］孫宏.管線鋼管拉伸試驗的研究［J］.鋼管，2009，32（3）：56-58.

［4］高惠臨.管線鋼的形變強(qiáng)化、包辛格效應(yīng)與鋼管強(qiáng)度［J］.焊管，2010，33（8）：5-9.

［5］李銀華，丁素風(fēng).開冷和返紅溫度對管線鋼X65屈服強(qiáng)度的影響［C］//2011年全國軋鋼學(xué)術(shù)交流會論文集，2011：74-77.

［6］張有余.高級別管線鋼的組織性能及變形抗力模型［J］.鋼鐵研究學(xué)報，2013，25（6）：40-43，48.

［7］張晨鵬，田鵬，佘芳睿，等.管線鋼帶狀組織有關(guān)評定標(biāo)準(zhǔn)的分析探討［J］.焊管，2011，34（6）：58-61.

［8］孫少峰，戶志國，王芳濤.制管工藝對熱軋鋼卷開平板屈服強(qiáng)度的影響［J］.焊管，2011，34（6）：25-30.

［9］高惠臨.管線鋼屈強(qiáng)比分析與評述［J］.焊管，2010，33（6）：10-14.

［10］余宏偉，李銀華，易勛.軋制溫度和冷卻速率對微合金鋼組織和性能的影響［J］.河北冶金，2011（10）：29-32.

［11］彭濤，高惠臨.管線鋼顯微組織的基本特征［J］.焊管，2010，33（7）：5-10.

［12］王樹人，葉蘇錦，王長安，等.X80級管線鋼管屈服強(qiáng)度測量影響因素的分析［J］.焊管，2009，32（12）：16-19.

［13］盧國清，齊彪，陳德，等.拉伸試驗速率對測試結(jié)果的影響［J］.物理測試，2015，33（5）：1-5.

［14］賈少偉.測量工具對拉伸屈服強(qiáng)度結(jié)果的影響［J］.全面腐蝕控制，2014，28（2）：48-49.

［15］楊志剛，劉雅政，高鑫，等.X65管線鋼帶狀組織對焊接性能的影響［J］.河北冶金，2014（4）：14-17.

●專利信息

一種無縫鋼管斜軋設(shè)備

公開了一種無縫鋼管斜軋設(shè)備，包括一次斜軋延伸機(jī)和二次斜軋延伸機(jī)。該一次斜軋延伸機(jī)和二次斜軋延伸機(jī)共用同一內(nèi)變形工具，一次斜軋延伸機(jī)和二次斜軋延伸機(jī)之間的距離大于等于一次斜軋后鋼管的長度。由管坯加熱爐將管坯加熱到穿孔溫度；管坯在穿孔機(jī)上被穿軋成毛管；采用一次斜軋延伸機(jī)對毛管進(jìn)行軋制；一次斜軋后的荒管和內(nèi)變形工具一起送入二次斜軋延伸機(jī)，由定（減）徑機(jī)對軋制好的荒管進(jìn)行定（減）徑，軋制成成品管，進(jìn)入冷床、分段鋸、精整等后續(xù)工序。該實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，可擴(kuò)大斜軋機(jī)組生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格范圍，并實(shí)現(xiàn)倍尺生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率。（專利申請?zhí)枺篊N201520670369.3公開號：CN204912275U申請日：2015.08.31公開日：2015.12.30申請人：中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司）

無縫鋼管分段淬火裝置

公開了一種無縫鋼管分段淬火裝置，屬于無縫鋼管生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括若干個支撐輪組。每個支撐輪組均包括兩個相對設(shè)置的旋轉(zhuǎn)輪，旋轉(zhuǎn)輪均轉(zhuǎn)動安裝于機(jī)架上，兩個旋轉(zhuǎn)輪之間形成用于放置無縫鋼管的放料空間，放料空間的一側(cè)設(shè)有水平設(shè)置的內(nèi)噴管，內(nèi)噴管連通第一換向閥；放料空間的上方設(shè)有水平設(shè)置的外淋管，外淋管內(nèi)設(shè)有隔板，隔板將外淋管分隔成若干個獨(dú)立布水腔，每個布水腔的底部均設(shè)有若干個噴淋管，每個布水腔均通過分水管連通一進(jìn)水管，每個分水管上均設(shè)有第二換向閥。該實(shí)用新型保證了無縫鋼管的淬火均勻性，進(jìn)而保證了其整體性能。（專利申請?zhí)枺篊N201520631135.8公開號：CN204918689U申請日：2015.08.19公開日：2015.12.30申請人：山東墨龍石油機(jī)械股份有限公司）

一種鋼管無縫內(nèi)徑張緊連接裝置

公開了一種鋼管無縫內(nèi)徑張緊連接裝置，包括左鋼管和右鋼管，其特征在于：左鋼管上設(shè)置有左外張緊套、左內(nèi)張緊套；右鋼管上設(shè)置有右外張緊套、右內(nèi)張緊套；設(shè)置在左外張緊套和左內(nèi)張緊套之間的連接絲桿。通過連接絲杠上的左連接柱和右連接柱分別與左內(nèi)張緊套和右內(nèi)張緊套螺紋連接，工作人員只要利用機(jī)械扳手帶動連接絲桿轉(zhuǎn)動，即可實(shí)現(xiàn)左鋼管和右鋼管的配合，從而可以將傳統(tǒng)規(guī)格的短節(jié)采用上述方式連接成為超過5 m的可直接加厚的鋼管，從而避免了傳統(tǒng)生產(chǎn)線的問題，大大提高了工作效率。（專利申請?zhí)枺篊N201520529879.9公開號：CN204921580U申請日：2015.07.21公開日：2015.12.30申請人：江蘇華菱錫鋼特鋼有限公司）

（王元蓀）

Influence of SAWL Process on Yield Strength of X65M Steel

YANG Xiongying
（Shashi Steel Pipe Plant，SINOPEC Jianghan Petroleum Administration Bureau，Jingzhou 434001，China）

Analyzed in the paper，taking a certain type of X65M steel plate as an example，is the influence of the SAWL process on the final yield strength of the weld tube.The analysis leads to the following conclusion.The formation process has strong influence on the yield strength of the X65M steel plate，so the yield strength of the base metal after formation will decrease by 30～70 MPa.And although the expanding process may increase the yield strength，the increasement is not good enough to make up for the loss of yield strength resulting from formation. Moreover，the yield strengths of the rod specimens are generally higher than the plate specimens，but the differences are not big.It is suggested that the tube manufacturers carry out sufficient evaluations on the physicochemical property and metallographic structure of the raw material and predict the changing trend of the yield strength，so as to prevent the yield strength of the final tube from going beyond the requirements of applicable standard.

SAWL steel pipe；yield strength；Bauschinger effect；metallographic structure

TG335.75；TG113.25+1

B

1001－2311（2016）05－0056－04

2016-02-23；修定日期：2016-05-03）

楊雄英（1975－），女，工程師，從事焊管工藝及其質(zhì)量管理等工作。