X70M 管線鋼管高溫拉伸性能研究

0 前 言

在石油、 化工行業和危險品儲運中， 存在大量的易燃易爆化學品， 一旦發生泄漏很容易引起火災或爆炸

。 高溫屈服強度決定了一定溫度范圍內材料許用應力， 而許用應力是材料強度設計的基礎， 事關設備安全。 例如鋼材在火災高溫條件下由于強度與剛度急劇降低會使其承載力顯著下降

， 因此材料高溫拉伸性能具有重要意義

。張華佳等

研究了幾種常用石油管材料的高溫拉伸性能， 指出12Cr2Mo1R 等石油管材都具有抗拉強度和屈服強度隨著溫度升高而下降的規律。高溫下鋼材的力學性能研究表明

， 當溫度小于250 ℃時， 鋼結構的力學性能變化不大， 彈性模量和屈服強度基本保持不變； 當溫度大于250 ℃時， 鋼的力學性能開始逐漸下降， 塑性逐漸提高。 呂俊利

的研究表明， 超過300 ℃后， 鋼材的應力-應變曲線就沒有明顯的屈服極限和屈服平臺， 強度和彈性模量明顯減小。 為了探索管線鋼管在高溫條件下的強度及塑性， 筆者研究了X70M 管線鋼管在300 ℃及以上高溫條件下的拉伸性能。

1 試驗材料和方案

試驗材料為X70M 鋼級Φ1 067 mm×14.27 mm螺旋埋弧焊管， 制管用卷板采用低C-Mn-Cr-Nb的成分設計， 通過熱機械控制軋制工藝（TMCP）生產， 其主要化學成分見表1。 使用體積分數為3 %的硝酸酒精溶液對試樣母材進行腐蝕， 顯微組織如圖1 所示。 由圖1 可以看出， 試樣母材組織為粒狀貝氏體和鐵素體、 塊狀鐵素體及少量珠光體。

沿管體縱向方向取樣， 室溫拉伸試樣采用Φ10 mm 圓棒試樣， 標距長度為50 mm； 高溫拉伸試樣采用Φ8 mm 圓棒試樣， 標距長度為40 mm。雖然兩種試樣的標距和直徑均不同， 但是比例系數相同， 即L

=5d， 因此試驗結果具有可比性。拉伸試驗溫度為室溫 （20 ℃）、 300 ℃、 350 ℃、400 ℃、 450 ℃、 500 ℃、 550 ℃和600 ℃。 每個溫度均進行一組拉伸試驗， 每組2 個試樣。 室溫拉伸試驗按照GB/T 228.1—2010 《金屬材料 拉伸試驗 第1 部分： 室溫試驗方法》 進行， 高溫拉伸試驗按照GB/T 228.2—2015 《金屬材料 拉伸試驗 第2 部分： 高溫試驗方法》 進行。

2 試驗結果及討論

2.1 拉伸試驗

X70M 管線鋼室溫與高溫下的拉伸試驗結果見表2， 室溫及高溫拉伸試驗曲線如圖2 所示，高溫拉伸試驗應力-應變曲線如圖3 所示。

表3 為高溫拉伸強度的折減系數， 本研究定義的高溫拉伸試驗的折減系數等于高溫拉伸性能與對應的室溫拉伸性能的比值。 對屈服強度折減系數-溫度和抗拉強度折減系數-溫度的試驗數據采用Boltzmann 函數進行S 曲線擬合。 Boltzmann 函數模型為

3）大數據時代相關技術的產生充分考慮了數據處理效率、處理方式和處理后的實踐應用效果等因素，如無線網絡技術和數據挖掘技術等，都在數據高效處理中發揮著自身的應用優勢。同時，在加快我國城鄉建設步伐，促進城鄉規劃學發展的過程中，也需要考慮大數據時代對這類學科產生的影響，促使該時代背景下城鄉規劃學走向計量化的過程得到相應的支持，并明確與之相關的機遇和挑戰。

t—溫度。

對于“過早練習站立，行走”對于腿型的影響并無定論。我們的主張是順其自然。寶寶要站就站，要走則走。不壓制，不強求，不攀比。

屈服強度的擬合方程為

1.6 統計學分析 文中數據均采用SPSS 20.0軟件進行匯總分析。兩組患兒的療效對比采用秩和檢驗，血清OPN、PTX3、CD4+、CD8+、 CD4+/CD8+采用獨立樣本t檢驗，患兒復發情況和不良反應情況對比采用χ2檢驗。其中計量資料以表示，計數資料以[例(%)]表示，P<0.05為差異具有統計學意義。

式中： η—折減系數；

從表2、 表3 以及圖2 可以看出， X70M 管線鋼的屈服強度與抗拉強度總體上隨試驗溫度的提高而降低， 斷后伸長率在低于600 ℃時總體上無明顯變化。 由于本研究未進行300 ℃以下的高溫拉伸試驗， 所以根據折減系數的擬合公式和擬合曲線分析試驗溫度對管線鋼強度的影響。 對于屈服強度， 當試驗溫度大于室溫時就開始出現下降的趨勢， 且下降速率較均勻； 對于抗拉強度，當試驗溫度大于室溫時也開始出現下降的趨勢，但是下降速率不均勻。 溫度不超過350 ℃時， 抗拉強度下降較慢， 溫度大于350 ℃時， 抗拉強度下降速率加快。 屈服強度與抗拉強度隨溫度的變化不同步， 屈服強度隨溫度下降明顯快于抗拉強度。 因此， 溫度對屈服強度的影響大于對抗拉強度的影響。

①與負對照組相比，復合酶A和復合酶B均有降低料重比的趨勢，但沒有達到顯著性水平。且復合酶A組的效果要好于復合酶B組，復合酶A組比負對照組平均日增重提高了4.11%，料重比降低了2.83%。

抗拉強度的擬合方程為

由式 （3） 可以確定出抗拉強度的折減系數 （R

） 為0.977， 兩個方程擬合出的R

均接近1。

品粥時那種潤物細無聲的味覺感受，讓人仿佛置身于空靈明凈的佛園。痛苦時、落魄時、煩悶時、心浮氣躁目空一切時，你都不妨坐下來喝一碗粥，也許在不知不覺間，心中便有一陣春風悄然拂來了。

X70M 管線鋼的屈服強度折減系數-溫度擬合曲線和抗拉強度折減系數-溫度擬合曲線分別如圖4 和圖5 所示。

2.2 試驗溫度對拉伸性能的影響

由式 （2） 可以確定出屈服強度的折減系數（R

） 為0.994。

另外， 在300 ℃時的抗拉強度明顯高于20 ℃和350 ℃。 研究發現， 碳鋼和低合金鋼的抗拉強度在某一溫度范圍內會出現一個反常峰值， 峰值溫度與藍脆溫度相當， 如圖6 所示

。 屈立軍等

對Q420 鋼在高溫下的強度進行了研究， 發現Q420鋼在250～400 ℃溫度下出現藍脆現象， 抗拉強度升高， 但屈服強度的藍脆現象并不明顯。 從本研究的試驗結果可以看出， X70M 管線鋼的高溫拉伸性能也具有類似特性。

從表2 可以看出， X70M 管線鋼的斷后伸長率總體變化不大， 直至600 ℃時才出現明顯提高。 由圖3 可以看出， 從400 ℃開始， 均勻伸長率（或最大力總延伸率） 隨著溫度的升高呈現出了下降趨勢， 在A

處應力-應變曲線形狀發生顯著變化， 由圓屋頂型逐漸變為更加陡峭的形狀。 這意味著X70M 管線鋼頸縮后的變形量總體上隨著溫度的提高而增大， 并且從400 ℃開始， 其屈強比隨著溫度的升高也呈現出下降趨勢（20 ℃的屈強比結果除外）。 均勻伸長率和屈強比通常被認為代表了材料的變形能力和應變強化能力，材料的均勻伸長率越大， 其強化能力和變形能力就越高； 材料的屈強比越低， 其強化能力和變形能力就越高

。 X70M 管線鋼的斷后伸長率這一塑性指標總體上沒有隨溫度變化而變化， 在600 ℃時出現較明顯增大， 但是由于均勻變形段隨溫度的提高而減小， 因此其抵抗變形的能力隨著溫度的提高呈下降趨勢。

綜上所述， 該X70M 管線鋼的強度總體上隨溫度的提高而降低， 且對構件承載有利的均勻變形段隨溫度的提高而減小， 其抵抗變形的能力隨溫度的提高而下降。

3 結 論

（1） 隨著溫度的升高， X70M 管線鋼的屈服強度、 抗拉強度均呈下降趨勢， 兩者下降不同步， 屈服強度隨溫度下降顯著快于抗拉強度， 溫度對屈服強度的影響大于對抗拉強度的影響。

（2） X70M 管線鋼的斷后伸長率這一塑性指標總體上沒有隨溫度變化而變化， 在600 ℃時出現較明顯增大， 但是由于均勻變形段隨溫度的提高而減小， 應力-應變曲線形狀隨溫度的提高逐漸由圓屋頂型變為更加陡峭形狀， 其抵抗變形的能力隨著溫度的提高呈下降趨勢。

（3） 對強度折減系數進行S 曲線擬合， 屈服強度和抗拉強度的折減系數 （R

） 分別為0.994和0.977， 擬合可信度較高。

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