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螺旋焊管微擴(kuò)口分析

2019-01-11 06:59:02趙藝
新疆農(nóng)機(jī)化 2018年5期
關(guān)鍵詞:內(nèi)應(yīng)力噴丸延伸率

趙藝

(新疆八鋼金屬制品有限公司烏魯木齊金圓螺旋焊管分廠,新疆 烏魯木齊 830000)

0 前言

螺旋焊管主要用于輸送流體,介質(zhì)有水、蒸汽、天然氣、石油和化學(xué)液體等,輸水時(shí)除一般形式鋼管外還有不銹鋼芯子免補(bǔ)口鋼管和承插鋼管形式,承插鋼管因其安裝快捷、方便而受到用戶歡迎,這兩種鋼管均需將管端擴(kuò)口,對(duì)于壁厚≤10 mm鋼管,冷擴(kuò)口后會(huì)發(fā)生冷作硬化,冷作硬化會(huì)改變力學(xué)性能,是否能滿足使用要求需要研究,同時(shí)該類鋼管因安裝需要擴(kuò)徑率太小,不能執(zhí)行GB9711-2011PSL1《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》中0.003-0.015定徑率要求,國(guó)內(nèi)對(duì)承插鋼管并沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),因此合適的擴(kuò)徑率是保證使用功能的重要參數(shù)。

1 螺旋焊管微擴(kuò)口分析

1.1 冷作硬化

材質(zhì)為Q235B的螺旋焊管兩端在擴(kuò)徑力作用下微擴(kuò)口成型,截取擴(kuò)徑后的母材做力學(xué)性能試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率均發(fā)生了變化,見表1和表2可以看出,擴(kuò)口后屈服強(qiáng)度已接近抗拉強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度有的超出正常材料標(biāo)準(zhǔn)范圍;冷作硬化后延伸率已低于正常材料標(biāo)準(zhǔn)值26%,但均大于15%,目前沒(méi)有微擴(kuò)口力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn),從同樣產(chǎn)生冷作硬化的冷軋帶肋鋼筋《冷軋帶肋鋼筋GBT 13788-2017》標(biāo)準(zhǔn)看(見表3),擴(kuò)口管材料Q235B抗拉強(qiáng)度接近冷軋帶肋鋼筋CRB550,擴(kuò)口管材料屈服強(qiáng)度采用的是Rt0.5,冷軋帶肋鋼筋延伸強(qiáng)度采用的是Rp0.2,兩者沒(méi)有可比性,斷后延伸率可以做為對(duì)比的指標(biāo),斷后延伸率指標(biāo)是不小于11%。從表2看,微擴(kuò)口管端斷后延伸率均大于15%。

表1 擴(kuò)徑前母材拉伸表

表2 擴(kuò)徑后母材拉伸表

金屬塑性變形時(shí),由于變形不均勻,使變形時(shí)所施加的能量約有10~15%以彈性能的形式存留在金屬內(nèi)部形成變形內(nèi)應(yīng)力,微擴(kuò)口過(guò)程中主要產(chǎn)生晶格畸變內(nèi)應(yīng)力。這類變形內(nèi)應(yīng)力有時(shí)是有害的,它導(dǎo)致工件的變形、開裂和抗蝕性降低,使工件降低抗負(fù)荷能力。需要采取一定措施,使內(nèi)外應(yīng)力疊加后相互抵消。涂塑鋼管是鋼管常用的防腐形式,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是CJ/T120-2008,是以鋼管為基管,以塑料粉末為涂層材料,在其內(nèi)表面熔融涂敷一層環(huán)氧粉末,在其外表面熔融涂敷一層聚乙烯層的防腐技術(shù),其工藝特點(diǎn)是:

(1)涂塑工藝首先要求鋼管必須100%鋼砂噴丸處理,對(duì)于微擴(kuò)口鋼管來(lái)說(shuō),微擴(kuò)口后經(jīng)過(guò)內(nèi)外100%鋼砂噴丸處理,在表面層造成壓應(yīng)力,能提高疲勞強(qiáng)度;

(2)鋼管噴丸處理后,涂塑工藝要求鋼管必須加熱到250℃左右,以保證涂敷材料落在鋼管上時(shí)能立即熔化,通過(guò)鋼管旋轉(zhuǎn)將涂料均勻涂敷于鋼管內(nèi)外表面。這一加熱溫度產(chǎn)生的變化稱為回復(fù),見圖1。隨著金屬加熱溫度的升高,金屬原子動(dòng)能增大,空位和位錯(cuò)移動(dòng),使得原來(lái)在變形晶粒中分散雜亂的位錯(cuò)逐漸集中,內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨向于完整狀態(tài),從圖中可看出,在回復(fù)溫度范圍內(nèi),金屬內(nèi)應(yīng)力基本消除,延伸率緩慢提高,而在此同時(shí)卻保留了其強(qiáng)化了的機(jī)械性能,噴丸和低溫加熱后微擴(kuò)口部分的力學(xué)性能表見表4。

表3 冷軋帶肋鋼筋力學(xué)性能表

圖1 加熱溫度對(duì)冷變形金屬的組織與性能的影響

表4 回復(fù)后母材拉伸表

從表4可以看出,經(jīng)過(guò)低溫加熱,微擴(kuò)口母材部分延伸率有了提高,材料韌性得到了提升。

1.2 擴(kuò)口變形量

鋼管因受外力作用而變形的過(guò)程可分為三個(gè)階段:彈性變形階段,彈性-塑性變形階段,斷裂,微擴(kuò)口需要的是塑性變形,變形量過(guò)大會(huì)造成擴(kuò)口部分焊縫甚至母材撕裂,因此擴(kuò)口變形率必須控制在一定范圍內(nèi),GB9711-2011PSL1《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》中定徑率0.003-0.015的要求對(duì)承插鋼管無(wú)效,不能滿足安裝尺寸的需要,從表5實(shí)際情況看,擴(kuò)口變形率在0.025-0.05之間是比較合適的,既能滿足安裝尺寸要求,又能滿足力學(xué)性能要求。需要注意的是,微擴(kuò)口鋼管必須經(jīng)100%X射線檢測(cè),檢測(cè)合格后才能擴(kuò)口,否則有焊縫缺陷的鋼管擴(kuò)口時(shí)必然產(chǎn)生裂紋缺陷,影響正常使用。

表5 擴(kuò)徑比數(shù)據(jù)表

1.3 尺寸變化

微擴(kuò)口鋼管經(jīng)冷變形后,圓周方向尺寸增大了許多,壁厚必然發(fā)生變化,從實(shí)際測(cè)量看,母材壁厚會(huì)減薄0.2 mm左右,因此在選用母材壁厚時(shí)必須考慮減薄量,以確保管線有效運(yùn)行。

2 總結(jié)

承插鋼管因其安裝方便快捷受到了用戶的歡迎,但此類鋼管暫沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),力學(xué)性能指標(biāo)和部分關(guān)鍵設(shè)計(jì)數(shù)值沒(méi)有統(tǒng)一的要求,必然會(huì)造成行業(yè)亂象,影響產(chǎn)品的使用和推廣,通過(guò)摸索得到的數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)生產(chǎn),能確保產(chǎn)品滿足功能需求。

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