提高不锈钢焊管力学性能检测准确性方法有哪些

 为确保施工质量，不锈钢焊管使用前的检验尤为重要。但由于不锈钢焊管的横向压平试样很难被完全压平，用这种试样进行试验，试验数据特别是屈服强度出现较大的误差。本文分析了误差出现的原因，提出了有关建议。不锈钢焊管是用钢板或钢带按一定的螺旋线的角度卷成管坯，然后将管缝焊接起来制成的。其优点是可以用较窄的钢带生产大直径钢管，也可以用同样宽度的钢带生产不同直径的钢管。螺旋焊管广泛用于石油天然气的长距离管道运输中，管道运输是石油天然气运输中最经济、最安全的方法。近年来，随着国民经济的快速发展，石油天然气消耗量急剧增加，管道建设不断发展，从而带动了不锈钢焊管的需求和生产，由此造成不锈钢焊管的质量参差不齐。为确保施工质量，使用前的检验尤为重要。现将日常检验中遇到的问题及解决方法加以总结。

一、遇到的问题

 本文所提不锈钢焊管以GB/T 9711-2017《石油天然气工业管线输送系统用钢管》为检验标准，主要用于输送石油天然气，在油田应用比较广泛。标准中要求检验螺旋焊管管体材料的规定总延伸强度R t0.5作为屈服强度（当检验钢级大于L625的PSL2钢管时，采用规定塑性延伸强度R p0.2），对于管径大于φ219mm的钢管要求取横向试样。检验了一批钢级为L450管径为φ273mm的螺旋焊管，标准中对L450钢级钢管管体材料屈服强度R t0.5的要求是≥450MPa，实际检验中先后共做了4件试样，测得的屈服强度值如表所示：从表可以看出，同样的4件试样，所检测出的R t0.5的值偏低，且数据不稳定，波动较大，而同样可以作为屈服强度指标的R p0.2的值却非常稳定，数值较高。关键在于R t0.5的值不满足标准要求，而R p0.2的值却满足标准要求。

二、原因分析

 为了慎重起见，笔者比对试验曲线及数据仔细分析了原因。首先要了解，规定总延伸强度R t0.5和规定塑性延伸强度R p0.2是如何测量的。要测量这两个参数都要用到目前拉伸试验机所必不可少的附件—引伸计。测量时将引伸计装卡于试样上，测量杆底部的刀刃与试样接触，试样在拉伸时受力变长，测量杆之间的距离也随之增大，其增加量通过与测量杆连接的测量元件转变为可测量的电信号，然后传递给电脑。引伸计的测量精度非常高，稍微一点变化都会对其测量结果影响很大，例如规定总延伸强度R t0.5就是用引伸计测量试样平行长度内50mm距离被拉长0.5%时的强度，即50mm乘以0.5%约0.25mm的长度变化，而规定塑性延伸强度R p0.2则更小，约只有0.1mm的长度变化。因此钢材拉伸试验对试样的加工质量要求很高，加工粗糙的试样对试验结果特别是对用引伸计测量的屈服强度指标影响很大。

 不锈钢焊管的横向试样是沿着管体的圆周方向切下的试样，通常都带有一定的弯曲度，因此加工过程中要经过压平处理，但钢材都有一定的韧性，施加足够大的压力时可以压的很平，但是压力一卸，钢材又在一定程度上恢复了以前的形态。笔者曾经做过试验，用200吨的压力试验机压平一组不锈钢焊管的横向试样，10分钟以后卸掉压力，试样依旧保留一定的弯曲度。所以，螺旋焊管的横向试样很难被完全压平，这就给随后的试验带来不确定性。用带有弯曲度的试样进行试验，引伸计的测量会存在不小的误差，特别是测量规定总延伸强度R t0.5时，误差更大。在测量R t0.5时，由于引伸计基本上是从试验开始位置附近开始计数，此时试样还处于弯曲状态，所以测得的这0.5%的变形量中不仅包含了试样材料被拉伸时的伸长量，还包含了试样由弯变直所产生的伸长量。这个由弯变直的伸长量或许很小，但对于测量总变形量只有0.25mm的屈服强度来说，影响不可忽视。也即是，电脑软件记录规定总延伸强度R t0.5的力值时，试样自身的伸长量并未达到0.5%。因此上例中所测的规定总延伸强度R t0.5并不是真实的屈服强度，其值要比真实值低，并且由于每个试样的弯曲程度不同，所以会出现数据波动较大的情况。而测量规定塑性延伸强度R p0.2时，引伸计是从试样材料开始弹性变形附近开始计数，此时试样已经被试验机拉直，这样就可避免试样由弯变直所带来的影响，因此所测数据相对比较准确。

三、总结及建议

 日常检验不锈钢焊管的屈服强度时，如果采用原始壁厚的横向压平试样并且检验结果高于标准所要求的数值时，可判为合格。当所测的屈服强度R t0.5低于标准值且低的不太多时，建议参考规定塑性延伸强度R p0.2的测量值谨慎处理。如果是壁厚较厚的不锈钢焊管，尽量加工成圆棒试样进行试验，可以提高试验的准确性。此外，新的室温拉伸试验方法，无论是国标还是美标都优先推荐使用应变（引伸计）控制方法进行试验，这对于加工较完美的试样例如圆棒试样肯定是无问题的。但在现实检验中，由于设备、加工人员以及工作量的影响，使用前的入库检验所用的试样在多数情况下并不能做到精雕细琢，特别是对于像螺旋焊管这种原始壁厚的横向压平试样和一些热轧无缝钢管的原始壁厚试样，应变（引伸计）控制方法却并不可取，因为受试样由弯变直或者壁厚不均匀的影响，在拉伸初期引伸计的示值变化难以确定，笔者在试验中发现，明明在拉伸，引伸计的示值却在减小，这就很容易造成试验机的控制出现错误，忽快忽慢，严重影响试验质量，所以对于这种原始壁厚试样建议采用位移控制方法，或者在前期采用位移控制，当力值达到一定程度时，例如屈服前，再换成应变（引伸计）控制，这样可以提高检测数据的准确性。