直縫焊管生產工藝對X65M鋼級鋼材屈服強度的影響

楊雄英

直縫焊管生產工藝對X65M鋼級鋼材屈服強度的影響

楊雄英

（中國石化集團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工藝對該材質焊管最終屈服強度的影響。分析認為：成型工藝對X65M鋼級鋼板的屈服強度影響較大，成型后母材屈服強度減小30～70 MPa；擴徑雖能使屈服強度增加，但增幅不大，不足以彌補成型后造成的屈服強度損失；棒狀試樣的屈服強度普遍比板狀試樣的大，但增量不大。建議鋼管生產廠對原料的理化性能及金相組織進行充分評估，預測屈服強度變化趨勢，避免成品鋼管的屈服強度超出標準要求。

直縫埋弧焊管；屈服強度；包辛格效應；金相組織

目前國內大多數鋼管生產廠家均采用JCOE法生產直縫鋼管，JCOE具有設備投資少、建設周期短、生產鋼管規格靈活等特點。在生產JCOE鋼管時，鋼板經銑邊后預彎、J成型、C成型和O成型等多道下壓步驟，形成一個不太規則的管坯，隨后通過擴徑整圓，使其直度、圓度進一步得到優化［1］。在這一系列過程中，鋼管屈服強度會發生變化。一般情況下，在JCO成型過程中，鋼管內層圓周方向承受壓縮變形，外層承受拉伸變形［2］。鋼管內層由于承受壓縮變形產生了包辛格效應，包辛格效應是指金屬材料經過預先加載產生少量塑性變形，而后再經同向加載，屈服強度增大；反向加載，屈服強度減小［3］。在生產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，管線鋼管經過反復拉壓應變，屈服強度減小。在隨后的擴徑過程中，內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生了加工硬化，屈服強度會增大，最終鋼板制成JCOE鋼管后，屈服強度的增減幅度由這兩個因素共同決定［4］。各鋼廠由于生產工藝不同，在制成JCOE鋼管后屈服強度的大小并不一致［5］。

以某X65M鋼級試驗材料為例，說明直縫焊管生產工序對該材質鋼管最終屈服強度的影響。

1 原材料概況

此批X65M鋼級鋼板化學成分見表1，滿足API Spec 5L—2012《管線鋼管規范》及GB/T 9711—2011《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》標準的規定。X65M鋼級鋼板的力學性能見表2，進廠驗收屈服強度值合格，比鋼管的標準值平均高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鋼級鋼板的化學成分（質量分數）%

表2 X65M鋼級鋼板的力學性能

圖1 X65M鋼級鋼板的金相組織

2 直縫生產各工序對其屈服強度的影響

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

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

圖2 JCO鋼管成型前、成型后和擴徑后屈服強度對比情況

圖3 JCO鋼管母材板狀、棒狀試樣的屈服強度對比

由圖3可以看出：棒狀試樣的屈服強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鋼級鋼板的屈服強度影響較大，成型后母材屈服強度減小30～70 MPa；擴徑雖能使屈服強度值有所增大，但增幅不大，不足以抵消成型后屈服強度值的損失。加工成棒狀試樣的屈服強度普遍比板狀試樣的略大。

3 原因分析

目前，國內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［12］可知，該基體在受力發生形變過程中，鐵素體相已發生塑性變形，而珠光體只發生彈性變形，從受力狀態回復后，在基體內兩相之間就形成了“內應力”，表現為屈服強度值減小。X65M鋼板應力-應變曲線如圖4所示。從圖4可以看出：拉伸曲線有明顯的屈服點和屈服平臺，所以即使經過擴徑，屈服強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屈服行為，在卷曲過程中包辛格效應較小［13-14］。

圖4 X65M鋼板應力-應變曲線

4 結語

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，屈服強度損失較大［15］，在擴徑后形變強化不足，造成部分成品管屈服強度小于API Spec 5L—2012標準規定值（450 MPa）的現象。針對此問題，有如下建議：

（1）在生產前，應對原料的理化性能及金相顯微組織進行充分評估，預測屈服強度的變化趨勢，避免成品鋼管的屈服強度超出相關標準要求范圍。

（2）在鋼廠采購X65M鋼級鋼板時，應要求鋼板的屈服強度大于API Spec 5L—2012標準規定下限值30 MPa。

（3）鋼廠應改進鋼板的生產工藝，改變鋼板的顯微組織狀態，細化晶粒尺寸，提高其形變強化的能力，滿足鋼板制成鋼管后屈服強度達到API Spec 5L—2012標準要求的450 MPa以上。

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●專利信息

一種無縫鋼管斜軋設備

公開了一種無縫鋼管斜軋設備，包括一次斜軋延伸機和二次斜軋延伸機。該一次斜軋延伸機和二次斜軋延伸機共用同一內變形工具，一次斜軋延伸機和二次斜軋延伸機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；管坯在穿孔機上被穿軋成毛管；采用一次斜軋延伸機對毛管進行軋制；一次斜軋后的荒管和內變形工具一起送入二次斜軋延伸機，由定（減）徑機對軋制好的荒管進行定（減）徑，軋制成成品管，進入冷床、分段鋸、精整等后續工序。該實用新型與現有技術相比，可擴大斜軋機組生產的產品規格范圍，并實現倍尺生產，提高生產率。（專利申請號：CN201520670369.3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，屬于無縫鋼管生產設備技術領域，包括若干個支撐輪組。每個支撐輪組均包括兩個相對設置的旋轉輪，旋轉輪均轉動安裝于機架上，兩個旋轉輪之間形成用于放置無縫鋼管的放料空間，放料空間的一側設有水平設置的內噴管，內噴管連通第一換向閥；放料空間的上方設有水平設置的外淋管，外淋管內設有隔板，隔板將外淋管分隔成若干個獨立布水腔，每個布水腔的底部均設有若干個噴淋管，每個布水腔均通過分水管連通一進水管，每個分水管上均設有第二換向閥。該實用新型保證了無縫鋼管的淬火均勻性，進而保證了其整體性能。（專利申請號：CN201520631135.8公開號：CN204918689U申請日：2015.08.19公開日：2015.12.30申請人：山東墨龍石油機械股份有限公司）

一種鋼管無縫內徑張緊連接裝置

公開了一種鋼管無縫內徑張緊連接裝置，包括左鋼管和右鋼管，其特征在于：左鋼管上設置有左外張緊套、左內張緊套；右鋼管上設置有右外張緊套、右內張緊套；設置在左外張緊套和左內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張緊套和右內張緊套螺紋連接，工作人員只要利用機械扳手帶動連接絲桿轉動，即可實現左鋼管和右鋼管的配合，從而可以將傳統規格的短節采用上述方式連接成為超過5 m的可直接加厚的鋼管，從而避免了傳統生產線的問題，大大提高了工作效率。（專利申請號：CN201520529879.9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量管理等工作。