趙紅標(biāo)

（山西省鍋爐壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，山西 太原 030012）

0 引言

以批量為單位組織生產(chǎn)的螺旋焊管，不僅要求具備一定的生產(chǎn)效率，更重要的是要求鋼管能夠保持穩(wěn)定而合格的質(zhì)量。近年來，隨著管道天然氣、煤層氣的不斷推廣和使用，L415（X60）及以上鋼級(jí)鋼管被廣泛應(yīng)用。然而，隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高，螺旋焊管管體出現(xiàn)了屈服強(qiáng)度值降低甚至不合格的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品交貨時(shí)間，提高了生產(chǎn)成本，甚至造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，弄清屈服強(qiáng)度值降低的原因并提出解決措施，對(duì)鋼管生產(chǎn)企業(yè)格外重要。

本文以山西省某焊管生產(chǎn)企業(yè)2010年生產(chǎn)的一批L415MB、D508×7.1螺旋焊鋼管為例，分析管體屈服強(qiáng)度降低原因，并提出應(yīng)對(duì)措施。

1 螺旋焊管生產(chǎn)及檢驗(yàn)驗(yàn)收

螺旋焊管原材料為太原不銹鋼股份有限公司生產(chǎn)的L415MB卷板，其材料質(zhì)量證明書數(shù)據(jù)符合GB／T 9711.2—1999和鋼管技術(shù)規(guī)格要求，焊管生產(chǎn)企業(yè)按規(guī)定對(duì)原材料化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行了進(jìn)廠復(fù)驗(yàn)，其結(jié)果亦滿足相關(guān)要求。原料鋼板經(jīng)卷制、焊接完成后，按試驗(yàn)批對(duì)成品螺旋焊管進(jìn)行了檢驗(yàn)驗(yàn)收，結(jié)果顯示：前5個(gè)試驗(yàn)批試樣中有3個(gè)試驗(yàn)批管體試樣屈服強(qiáng)度不合格，如表1所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)驗(yàn)規(guī)定，又從不合格批成品螺旋焊管中加倍抽取另外2根鋼管試樣復(fù)驗(yàn)管體屈服強(qiáng)度，結(jié)果仍有2個(gè)試驗(yàn)批屈服強(qiáng)度不合格，如表2所示。對(duì)復(fù)驗(yàn)不合格批（管號(hào)為6-1206～6-1255、6-1256～6-1302）鋼管的處理，按照標(biāo)準(zhǔn)逐根進(jìn)行了管體拉伸試驗(yàn)檢驗(yàn)驗(yàn)收。所有管體拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明：螺旋焊管管體試樣屈服強(qiáng)度與原材料相比均有不同程度的降低，降低幅度約為30MPa～50MPa。

2 管體屈服強(qiáng)度降低原因分析

螺旋焊管生產(chǎn)流程為：整料機(jī)裝料→整料→剪切（原料寬1 500mm，剪為2×750mm）→捆卷→生產(chǎn)機(jī)上料→開卷→壓平→刨邊→卷焊→鋼管成型。隨后從抽取的試管上截取橫向拉伸試驗(yàn)試樣，并對(duì)橫向試樣進(jìn)行壓平，其中整料、捆卷、開卷、壓平、卷焊、橫向試樣壓平工序中原材料內(nèi)外層經(jīng)過3次壓縮—拉伸應(yīng)變，且每次應(yīng)變方向相反，應(yīng)變量達(dá)到某一數(shù)值后產(chǎn)生包辛格效應(yīng)。包辛格效應(yīng)是金屬在塑性加工過程中，正向加載引起的塑性應(yīng)變強(qiáng)化導(dǎo)致金屬材料在隨后的反向加載過程中呈現(xiàn)塑性應(yīng)變軟化（屈服極限降低），反之亦然。金屬材料在單向塑性加工的力學(xué)分析中，通常對(duì)包辛格效應(yīng)不予考慮，但對(duì)于具有反復(fù)正反向加載卸載的塑性變形過程，則應(yīng)予考慮。鋼管強(qiáng)度是形變強(qiáng)化和包辛格效應(yīng)綜合作用的結(jié)果，在小于1%的應(yīng)變量范圍內(nèi)（例如螺旋焊管），隨著形變量的增加，包辛格效應(yīng)的作用越來越明顯，多次塑性變形使得包辛格效應(yīng)將大于形變強(qiáng)化效應(yīng)，當(dāng)原料鋼板屈服強(qiáng)度較高時(shí)，包辛格效應(yīng)大于形變強(qiáng)化效果。上述因素的綜合作用結(jié)果導(dǎo)致了L415MB螺旋焊管管體屈服強(qiáng)度降低。

3 應(yīng)對(duì)包辛格效應(yīng)確保產(chǎn)品質(zhì)量的措施

包辛格效應(yīng)在金屬材料加工中是不可避免的，尤其是對(duì)高強(qiáng)鋼而言更為明顯。實(shí)踐表明，采用L415MB及以上鋼級(jí)制造焊接鋼管時(shí)，應(yīng)認(rèn)真考慮包辛格效應(yīng)對(duì)鋼管管體屈服強(qiáng)度的不利影響。因此，為確保產(chǎn)品質(zhì)量建議采取應(yīng)對(duì)措施。

3.1 合理選用制管原材料是確保鋼管拉伸性能的關(guān)鍵

（1）方法一：GB／T 14164—2005表B.1注規(guī)定：需方在按照鋼管標(biāo)準(zhǔn)來選用本標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)時(shí)，不宜直接按本表選用對(duì)應(yīng)規(guī)定總延伸強(qiáng)度的鋼帶牌號(hào)，應(yīng)充分考慮制管過程中包辛格效應(yīng)對(duì)規(guī)定總延伸強(qiáng)度的影響，由供需雙方協(xié)商選用合適的鋼帶牌號(hào)，以保證焊管成品性能符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，制造L415MB及以上鋼級(jí)的焊接鋼管時(shí)，在征得需方同意情況下，鋼管制造企業(yè)可適當(dāng)提高一個(gè)鋼材強(qiáng)度級(jí)別來采購合適的制管原材料。本案例中，該焊管生產(chǎn)企業(yè)在后續(xù)批次的L415MB、D508×7.1鋼管生產(chǎn)中，經(jīng)與需方和山西省鍋檢院共同協(xié)商，選用L450MB材料制造鋼管，制成后的成品管經(jīng)檢驗(yàn)其性能全部達(dá)到L415MB焊管質(zhì)量要求。該產(chǎn)品敷設(shè)于山西省臨縣—隰縣段長(zhǎng)輸天然氣管線，2012年2月投用，2018年使用單位組織四川宇通管道技術(shù)有限責(zé)任公司和河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院對(duì)該段管線進(jìn)行首次全面檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果未發(fā)現(xiàn)任何材料問題或由材料問題引起的其他新生缺陷，管線至今運(yùn)行正常。

（2）方法二：GB／T 14164—2005表11注c規(guī)定：在考慮包辛格效應(yīng)時(shí)，規(guī)定總延伸強(qiáng)度的限制可作相應(yīng)調(diào)整；GB／T 14164—2013表4及表5注a規(guī)定：需方在選用表中牌號(hào)時(shí)，由供需雙方協(xié)商確定合適的拉伸性能范圍和屈強(qiáng)比要求，以保證鋼管成品拉伸性能符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，在制造L415MB及以上鋼級(jí)的焊接鋼管時(shí)，如選用同牌號(hào)原材料制造鋼管，則應(yīng)在原材料采購合同中附加屈服強(qiáng)度最低值限制，即將原材料標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度最低值提高40MPa～50MPa。

表1 螺旋焊管管體拉伸試驗(yàn)結(jié)果

3.2 鋼管制造前應(yīng)進(jìn)行制造工藝評(píng)定

鋼管成型加工工藝對(duì)包辛格效應(yīng)的大小具有一定的影響作用。包辛格效應(yīng)是在原材料加工成型環(huán)節(jié)發(fā)生的，那么，鋼管制造前進(jìn)行制造工藝評(píng)定，可以有效預(yù)防包辛格效應(yīng)造成成品管拉伸性能不合格，這一點(diǎn)至關(guān)重要，鋼管制造企業(yè)應(yīng)給予高度重視。

表2 螺旋焊管管體拉伸試驗(yàn)復(fù)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

（1）鋼管成型加工工藝即原料板經(jīng)多次正反方向的塑性變形，導(dǎo)致鋼管產(chǎn)生包辛格效應(yīng)。對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別較高的鋼管（L415MB及以上鋼級(jí)），包辛格效應(yīng)大于形變強(qiáng)化效果，這是管體屈服強(qiáng)度降低的內(nèi)在原因。

（2）制造L415MB及以上鋼級(jí)的焊接鋼管時(shí)，必須考慮包辛格效應(yīng)的不利影響。

（3）為應(yīng)對(duì)包辛格效應(yīng)，在選材方面，可適當(dāng)提高一個(gè)鋼材強(qiáng)度級(jí)別來選用合適的制管原材料，或者在同牌號(hào)制管原材料采購合同中將原材料標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度最低值提高40MPa～50MPa；在制管方面，制管前應(yīng)進(jìn)行制造工藝評(píng)定，這是有效預(yù)防管體屈服強(qiáng)度不合格的重要手段。