石油钢管产品最小伸长率规定简析

孙 宏

中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 华油钢管公司 （河北 青县 062658）

石油钢管产品最小伸长率规定简析

孙 宏

中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 华油钢管公司 （河北 青县 062658）

介绍了石油天然气行业钢管产品API Spec 5L(44版)等标准对于最小规定伸长率要求的相关规定，分析讨论了如何计算非标准尺寸圆棒拉伸试样的规定最小伸长率，并给出了非标准尺寸圆棒拉伸试样规定最小伸长率计算的实例。

钢管 拉伸试验 圆棒试样 最小伸长率

最小断后伸长率是评价管材塑性的一个重要指标，不同的产品或试验标准对于最小断后伸长率的规定值不尽相同。如GB/T 9711.1-1997《石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第1部分：A级钢管》等国家标准对此的规定比较简明，而API Spec 5L则比较复杂一些。在实际采用标准时，对于标准试样基本上没有什么异议，但是对于非标准试样，就会有不同的理解，而API Spec 5L对于非标准或小尺寸圆棒拉伸试样断后伸长率的规定并不太明晰。为了明确小尺寸试样伸长率要求的选取，主要对API Spec 5L(44版)以及相关标准关于断后伸长率的规定要求进行了简要的解释与分析。

1 相关标准的规定

同其它石油管材标准一样，API Spec 5L(44版)与ISO 3183:2007《石油天然气工业—管线输送系统用钢管》基本上一致,部分内容做了修改[1]。API Spec 5L(44版)关于最小断后伸长率的规定也与ISO 3183:2007相同，基本上与以前的API Spec 5L版本一致，而不同于ISO 3183:2007以前的版本。

API Spec 5L(44版)关于最小断后伸长率的规定是：

9.3拉伸性能

API Spec 5L(44版)中表6 PSL1钢管的拉伸试验要求与表7 PSL2钢管的拉伸试验要求。

注释 c（表 6）或 f（表 7）规定最小伸长率 Af，应采用公式(1)确定，以百分数表示并圆整到最接近的1%。

式中 C—当采用SI单位制时,为1 940，当采用USC单位制时，为625 000；

AXC—适用的拉伸试样面积，用mm2(0.20in2)表示,具体如下：

圆棒试样：直径12.5mm(0.500in)和8.9mm(0.350 in)的圆棒试样为130mm2(0.20in2)；直径6.4mm(0.250 in)的圆棒试样为65mm2(0.10in2)；

全截面试样：取(a)485mm2(0.75in2)和(b)试样横截面积两者的较小者，其试样横截面积由规定外径和规定壁厚计算，且圆整到最接近的10mm2(0.01 in2)；

板状试样：取(a)485 mm2(0.75in2)和(b)试样横截面积两者的较小者，其试样横截面积由试样规定宽度和钢管规定壁厚计算，且圆整到最接近的10mm2(0.01in2)。

U—规定最小抗拉强度,用MPa(psi)表示。

10.2.4.2拉伸试验

应报告标距长度为50mm(2in)的断裂后伸长率百分数。对于试样标距长度小于50mm(2in)的试样，应按ISO 2566-1《钢 伸长值的换算 第1部分：碳素钢和低合金钢》或ASTM A370《钢产品力学性能试验的标准试验方法和定义》的规定将所测量的断裂后伸长率换算为50mm(2in)长度上的伸长率。上一版API Spec 5L没有该条款，增加该条可能是考虑到ISO 3183体系标准一般规定采用比例拉伸试样，因此需要进行转换。

API Spec 5CT（9 版）(套管和油管规范)以及 API Spec 5DP-09（1版）(钻杆规范)管体部分内容对于伸长率的规定与API Spec 5L(44版)基本上一致)[2,3]。

ASTM A370-10关于小尺寸试样伸长率的规定是[4]：

A2.2.4.3当标准试样不能制取但是需要对材料进行试验时，与标准试样成比例的小尺寸试样可能会被采用，如图4所示。可能会采用其他尺寸的小尺寸试样。对于任何这种小尺寸试样，用于测量伸长率的标距长度应为试样直径的4倍 （见ASTM A370-10中图4的注4）。产品规范中的50mm(2in)标距长度的圆棒试样伸长率的要求应适用于小尺寸试样。

A6规定了将标准圆棒试样转换成标准板状试样伸长率的方法。这一条与ISO 2566-1的作用一致。

2 分析与讨论

依据以上的叙述，问题是对于API Spec 5L(44版)标准，当采用8.9mm的圆棒试样时，其标距长度为35.6mm而不是标准试样的50mm，那么其规定最小伸长率值Af应该是对应于35.6mm还是应该对应于50mm；当采用6.4mm的圆棒试样时，其标距长度为25.4mm也不是标准试样的50mm，那么其规定最小伸长率值Af是应该对应于25.4mm还应该是对应于50mm。换句话说，API Spec 5L(44版)标准表6及表7中最小伸长率的要求是适用于试样本身为50mm标距的试样还是是将其他非50mm标距试样换算成50mm标距试样后的要求。

API Spec 5L(44版)标准规定了3种类型的拉伸试样，其中板状试样与全截面试样均为标距长度为50mm的非比例（定标距）试样，而圆棒试样均为标距长度为直径4倍的比例试样（L0=4d），所以虽然圆棒试样的标距长度不同，但是试样的伸长率值有可比性。对于定标距试样或非比例试样，其断后伸长率根据试样的横截面积而变化，而对于比例试样，一般地，当比例值一样时，每种钢级均对应一个值。另外，对于板状试样与全截面试样，当试样横截面积不超过485mm2时，均要求按钢级以及具体试样的公称壁厚与试样公称宽度得到的横截面积计算最小伸长率。如果圆棒试样按50mm标距规定最小伸长率，并规定12.7mm直径试样与8.9mm直径试样采用相同的横截面积（130mm2），而两种试样的实际横截面积相差1倍，对与8.9mm直径试样明显不合理，并且与板状试样的规定相矛盾。圆棒拉伸试样的横截面积不超过485mm2，因此也可以按此方法计算，不过对于6.4mm直径的试样，横截面积圆整到10mm2不够精确。

CSA 245.1-07《钢管》为加拿大的管线钢管标准[5],该标准规定了同API Spec 5L(44版)一样的3种试样类型及尺寸，但是对于最小伸长率的规定比较简单，所有试样的标距均按50mm，各种试样的最小断后伸长率均按照API Spec 5L标准的公式计算（即公式1），也就是按实际横截面积计算，也可以理解为均按照非比例试样计算，不过试样横截面积的上限为500mm2。

API Spec 5DP-09（1版）为钻杆规范(等同 ISO 11961:2008《石油天然气工业 钢制钻杆》)，其中管体部分大体上与API Spec 5L(44版)相同，而接头部分规定全部采用圆棒拉伸试样，试样尺寸同API Spec 5L(44版)或ASTM A370-10，各种尺寸试样的最小断后伸长率均为13，即按比例试样（L0=4d）计算。我国的石油天然气工业输送用钢管的国家标准主要为，GB/T 9711.1-1997、GB/T 9711.2-1999 及 GB/T 9711.3-2005(分别对应等效采用ISO 3183-1:1996、ISO 3183-2:1996及ISO 3183-3:1999)，这些标准规定的拉伸试样均为比例试样，对于每个钢级，只对应一个规定最小伸长率值。

因此，结合ASTM A370-10 A2.2.4.3的规定，对于圆棒试样，所给公式计算的最小伸长率应为试样本身标距长度的值，并且适用于50mm标距试样。对于非50mm标距长度试样，规定最小伸长率与实测的伸长率一样均要换算为50mm标距的数值，这样才会有对应关系。据此，对于规定最小伸长率的计算举例如下：

对于API X80级钢管，依据API Spec 5L(44版)及ASTM A370-10，结合钢管管径与壁厚选择8.9mm直径圆棒拉伸试样，试样标距为35.6mm，最小断后伸长率应该由公式（1）计算，AXC=130mm2，计算出，Af=15.64。 而 API Spec 5L（44版）规定应报告标距长度为50mm的断裂后伸长率百分比，因此最小伸长率应转化成与50mm标距长度相对应。其依据一般为GB/T 17600.1-1998《钢的伸长率换算 第1部分：碳素钢和低合金钢》（等效采用ISO 2566-1:1984）或 ASTM A370[6]，以 GB/T 17600.1-1998 中规定的方法为例，对于相同横截面积、不同标距的非比例试样，换算采用GB/T 17600.1-1998的5.3条款中的公式进行换算，即公式（2）对Af进行换算，公式（2）由GB/T 17600.1-1998标准中的Oliver公式基本简化而来。计算出，Af=13.65，圆整到Af=14。该数值与参照板状试样、全截面试样按照实际面积计算出的值基本相同。因此，对于X80级钢管，当采用8.9mm直径圆棒拉伸试样，标距长度转化为50mm时,最小伸长率 Af=14。 当采用公式 （3）（ASTM A370-10 A6中的公式A6.1）也得到类似的结果。ASTM A370-10 A6中的公式A6.1是以Bertella公式为基础，被Oliver和其他人采用，用于计算直径12.5mm、标距50mm标准试样和其他标准试样的伸长率的相互关系。由于公式（2）与公式（3）不是同一体系标准，符号不太一致。

3 结束语

针对常用石油天然气工业钢管产品及相关试验标准对拉伸性能中标准拉伸试样与非标准拉伸试样最小伸长率规定进行了简要介绍和分析，发现API Spec 5L等API系列标准对拉伸试样既有非比例试样（定标距），也有比例试样。标准拉伸试样的规定比较明确，可以直接对照采用，但是对于非标准（小尺寸）拉伸试样不太明确，在使用时应注意产品标准及引用试验的要求，清楚其最小伸长率指标对应的试样类型，对非标准尺寸试样可参考相应的标准将其转换标准试样。另外，应用钢管产品标准时，应注意比例试样与非比例试样，不同比例系数的比例试样的差异。

[1]API Spec 5L 管线钢管规范(44版)[S].

[2]API Spec 5CT 套管和油管规范（9版）[S].

[3]API Spec 5DP-09 钻杆规范（1版）[S].

[4]ASTM A370-10 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products1[S].

[5]CSA 245.1-07 Steel pipe[S].

[6]GB/T 17600.1-1998钢的伸长率换算 第1部分：碳素钢和低合金钢[S].

An introduction is given to the relevant regulations for the minimal tensile stretch in the standards of API Spec 5L about steel pipe products of petroleum and natural gas industry.Then analysis focuses on how to calculate the regulated minimal tensile stretch about the tensile sample of nonstandard round bar,followed by the actual example of calculating the regulated minimal tensile stretch about the tensile sample.

steel tube;tensile test;round bar sample;minimal tensile stretch

孙宏（1974-），男，高级工程师，现主要从事石油输送钢管材料与试验技术工作。

��路萍

2012-01-10▏