螺旋焊管制造中的包辛格效应及其应对措施

2020-03-22赵红标

机械工程与自动化 2020年1期

赵红标

（山西省锅炉压力容器监督检验研究院，山西太原 030012）

0 引言

以批量为单位组织生产的螺旋焊管，不仅要求具备一定的生产效率，更重要的是要求钢管能够保持稳定而合格的质量。近年来，随着管道天然气、煤层气的不断推广和使用，L415（X60）及以上钢级钢管被广泛应用。然而，随着钢材强度级别的提高，螺旋焊管管体出现了屈服强度值降低甚至不合格的现象，严重影响了产品交货时间，提高了生产成本，甚至造成很大的经济损失。因此，弄清屈服强度值降低的原因并提出解决措施，对钢管生产企业格外重要。

本文以山西省某焊管生产企业2010年生产的一批L415MB、D508×7.1螺旋焊钢管为例，分析管体屈服强度降低原因，并提出应对措施。

1 螺旋焊管生产及检验验收

螺旋焊管原材料为太原不锈钢股份有限公司生产的L415MB卷板，其材料质量证明书数据符合GB／T 9711.2—1999和钢管技术规格要求，焊管生产企业按规定对原材料化学成分和力学性能进行了进厂复验，其结果亦满足相关要求。原料钢板经卷制、焊接完成后，按试验批对成品螺旋焊管进行了检验验收，结果显示：前5个试验批试样中有3个试验批管体试样屈服强度不合格，如表1所示。根据标准复验规定，又从不合格批成品螺旋焊管中加倍抽取另外2根钢管试样复验管体屈服强度，结果仍有2个试验批屈服强度不合格，如表2所示。对复验不合格批（管号为6-1206～6-1255、6-1256～6-1302）钢管的处理，按照标准逐根进行了管体拉伸试验检验验收。所有管体拉伸试验结果表明：螺旋焊管管体试样屈服强度与原材料相比均有不同程度的降低，降低幅度约为30MPa～50MPa。

2 管体屈服强度降低原因分析

螺旋焊管生产流程为：整料机装料→整料→剪切（原料宽1 500mm，剪为2×750mm）→捆卷→生产机上料→开卷→压平→刨边→卷焊→钢管成型。随后从抽取的试管上截取横向拉伸试验试样，并对横向试样进行压平，其中整料、捆卷、开卷、压平、卷焊、横向试样压平工序中原材料内外层经过3次压缩—拉伸应变，且每次应变方向相反，应变量达到某一数值后产生包辛格效应。包辛格效应是金属在塑性加工过程中，正向加载引起的塑性应变强化导致金属材料在随后的反向加载过程中呈现塑性应变软化（屈服极限降低），反之亦然。金属材料在单向塑性加工的力学分析中，通常对包辛格效应不予考虑，但对于具有反复正反向加载卸载的塑性变形过程，则应予考虑。钢管强度是形变强化和包辛格效应综合作用的结果，在小于1%的应变量范围内（例如螺旋焊管），随着形变量的增加，包辛格效应的作用越来越明显，多次塑性变形使得包辛格效应将大于形变强化效应，当原料钢板屈服强度较高时，包辛格效应大于形变强化效果。上述因素的综合作用结果导致了L415MB螺旋焊管管体屈服强度降低。

3 应对包辛格效应确保产品质量的措施

包辛格效应在金属材料加工中是不可避免的，尤其是对高强钢而言更为明显。实践表明，采用L415MB及以上钢级制造焊接钢管时，应认真考虑包辛格效应对钢管管体屈服强度的不利影响。因此，为确保产品质量建议采取应对措施。

3.1 合理选用制管原材料是确保钢管拉伸性能的关键

（1）方法一：GB／T 14164—2005表B.1注规定：需方在按照钢管标准来选用本标准牌号时，不宜直接按本表选用对应规定总延伸强度的钢带牌号，应充分考虑制管过程中包辛格效应对规定总延伸强度的影响，由供需双方协商选用合适的钢带牌号，以保证焊管成品性能符合相应标准的要求。因此，制造L415MB及以上钢级的焊接钢管时，在征得需方同意情况下，钢管制造企业可适当提高一个钢材强度级别来采购合适的制管原材料。本案例中，该焊管生产企业在后续批次的L415MB、D508×7.1钢管生产中，经与需方和山西省锅检院共同协商，选用L450MB材料制造钢管，制成后的成品管经检验其性能全部达到L415MB焊管质量要求。该产品敷设于山西省临县—隰县段长输天然气管线，2012年2月投用，2018年使用单位组织四川宇通管道技术有限责任公司和河南省锅炉压力容器安全检测研究院对该段管线进行首次全面检验，检验结果未发现任何材料问题或由材料问题引起的其他新生缺陷，管线至今运行正常。

（2）方法二：GB／T 14164—2005表11注c规定：在考虑包辛格效应时，规定总延伸强度的限制可作相应调整；GB／T 14164—2013表4及表5注a规定：需方在选用表中牌号时，由供需双方协商确定合适的拉伸性能范围和屈强比要求，以保证钢管成品拉伸性能符合相应标准要求。因此，在制造L415MB及以上钢级的焊接钢管时，如选用同牌号原材料制造钢管，则应在原材料采购合同中附加屈服强度最低值限制，即将原材料标准屈服强度最低值提高40MPa～50MPa。