X70M 管线钢管高温拉伸性能研究

0 前 言

在石油、 化工行业和危险品储运中， 存在大量的易燃易爆化学品， 一旦发生泄漏很容易引起火灾或爆炸

。 高温屈服强度决定了一定温度范围内材料许用应力， 而许用应力是材料强度设计的基础， 事关设备安全。 例如钢材在火灾高温条件下由于强度与刚度急剧降低会使其承载力显著下降

， 因此材料高温拉伸性能具有重要意义

。张华佳等

研究了几种常用石油管材料的高温拉伸性能， 指出12Cr2Mo1R 等石油管材都具有抗拉强度和屈服强度随着温度升高而下降的规律。高温下钢材的力学性能研究表明

， 当温度小于250 ℃时， 钢结构的力学性能变化不大， 弹性模量和屈服强度基本保持不变； 当温度大于250 ℃时， 钢的力学性能开始逐渐下降， 塑性逐渐提高。 吕俊利

的研究表明， 超过300 ℃后， 钢材的应力-应变曲线就没有明显的屈服极限和屈服平台， 强度和弹性模量明显减小。 为了探索管线钢管在高温条件下的强度及塑性， 笔者研究了X70M 管线钢管在300 ℃及以上高温条件下的拉伸性能。

1 试验材料和方案

试验材料为X70M 钢级Φ1 067 mm×14.27 mm螺旋埋弧焊管， 制管用卷板采用低C-Mn-Cr-Nb的成分设计， 通过热机械控制轧制工艺（TMCP）生产， 其主要化学成分见表1。 使用体积分数为3 %的硝酸酒精溶液对试样母材进行腐蚀， 显微组织如图1 所示。 由图1 可以看出， 试样母材组织为粒状贝氏体和铁素体、 块状铁素体及少量珠光体。

沿管体纵向方向取样， 室温拉伸试样采用Φ10 mm 圆棒试样， 标距长度为50 mm； 高温拉伸试样采用Φ8 mm 圆棒试样， 标距长度为40 mm。虽然两种试样的标距和直径均不同， 但是比例系数相同， 即L

=5d， 因此试验结果具有可比性。拉伸试验温度为室温 （20 ℃）、 300 ℃、 350 ℃、400 ℃、 450 ℃、 500 ℃、 550 ℃和600 ℃。 每个温度均进行一组拉伸试验， 每组2 个试样。 室温拉伸试验按照GB/T 228.1—2010 《金属材料 拉伸试验 第1 部分： 室温试验方法》 进行， 高温拉伸试验按照GB/T 228.2—2015 《金属材料 拉伸试验 第2 部分： 高温试验方法》 进行。

2 试验结果及讨论

2.1 拉伸试验

X70M 管线钢室温与高温下的拉伸试验结果见表2， 室温及高温拉伸试验曲线如图2 所示，高温拉伸试验应力-应变曲线如图3 所示。

表3 为高温拉伸强度的折减系数， 本研究定义的高温拉伸试验的折减系数等于高温拉伸性能与对应的室温拉伸性能的比值。 对屈服强度折减系数-温度和抗拉强度折减系数-温度的试验数据采用Boltzmann 函数进行S 曲线拟合。 Boltzmann 函数模型为

3）大数据时代相关技术的产生充分考虑了数据处理效率、处理方式和处理后的实践应用效果等因素，如无线网络技术和数据挖掘技术等，都在数据高效处理中发挥着自身的应用优势。同时，在加快我国城乡建设步伐，促进城乡规划学发展的过程中，也需要考虑大数据时代对这类学科产生的影响，促使该时代背景下城乡规划学走向计量化的过程得到相应的支持，并明确与之相关的机遇和挑战。

t—温度。

对于“过早练习站立，行走”对于腿型的影响并无定论。我们的主张是顺其自然。宝宝要站就站，要走则走。不压制，不强求，不攀比。

屈服强度的拟合方程为

1.6 统计学分析 文中数据均采用SPSS 20.0软件进行汇总分析。两组患儿的疗效对比采用秩和检验，血清OPN、PTX3、CD4+、CD8+、 CD4+/CD8+采用独立样本t检验，患儿复发情况和不良反应情况对比采用χ2检验。其中计量资料以表示，计数资料以[例(%)]表示，P<0.05为差异具有统计学意义。

式中： η—折减系数；

从表2、 表3 以及图2 可以看出， X70M 管线钢的屈服强度与抗拉强度总体上随试验温度的提高而降低， 断后伸长率在低于600 ℃时总体上无明显变化。 由于本研究未进行300 ℃以下的高温拉伸试验， 所以根据折减系数的拟合公式和拟合曲线分析试验温度对管线钢强度的影响。 对于屈服强度， 当试验温度大于室温时就开始出现下降的趋势， 且下降速率较均匀； 对于抗拉强度，当试验温度大于室温时也开始出现下降的趋势，但是下降速率不均匀。 温度不超过350 ℃时， 抗拉强度下降较慢， 温度大于350 ℃时， 抗拉强度下降速率加快。 屈服强度与抗拉强度随温度的变化不同步， 屈服强度随温度下降明显快于抗拉强度。 因此， 温度对屈服强度的影响大于对抗拉强度的影响。

①与负对照组相比，复合酶A和复合酶B均有降低料重比的趋势，但没有达到显著性水平。且复合酶A组的效果要好于复合酶B组，复合酶A组比负对照组平均日增重提高了4.11%，料重比降低了2.83%。

抗拉强度的拟合方程为

由式 （3） 可以确定出抗拉强度的折减系数 （R

） 为0.977， 两个方程拟合出的R

均接近1。

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X70M 管线钢的屈服强度折减系数-温度拟合曲线和抗拉强度折减系数-温度拟合曲线分别如图4 和图5 所示。

2.2 试验温度对拉伸性能的影响

由式 （2） 可以确定出屈服强度的折减系数（R

） 为0.994。

另外， 在300 ℃时的抗拉强度明显高于20 ℃和350 ℃。 研究发现， 碳钢和低合金钢的抗拉强度在某一温度范围内会出现一个反常峰值， 峰值温度与蓝脆温度相当， 如图6 所示

。 屈立军等

对Q420 钢在高温下的强度进行了研究， 发现Q420钢在250～400 ℃温度下出现蓝脆现象， 抗拉强度升高， 但屈服强度的蓝脆现象并不明显。 从本研究的试验结果可以看出， X70M 管线钢的高温拉伸性能也具有类似特性。

从表2 可以看出， X70M 管线钢的断后伸长率总体变化不大， 直至600 ℃时才出现明显提高。 由图3 可以看出， 从400 ℃开始， 均匀伸长率（或最大力总延伸率） 随着温度的升高呈现出了下降趋势， 在A

处应力-应变曲线形状发生显著变化， 由圆屋顶型逐渐变为更加陡峭的形状。 这意味着X70M 管线钢颈缩后的变形量总体上随着温度的提高而增大， 并且从400 ℃开始， 其屈强比随着温度的升高也呈现出下降趋势（20 ℃的屈强比结果除外）。 均匀伸长率和屈强比通常被认为代表了材料的变形能力和应变强化能力，材料的均匀伸长率越大， 其强化能力和变形能力就越高； 材料的屈强比越低， 其强化能力和变形能力就越高

。 X70M 管线钢的断后伸长率这一塑性指标总体上没有随温度变化而变化， 在600 ℃时出现较明显增大， 但是由于均匀变形段随温度的提高而减小， 因此其抵抗变形的能力随着温度的提高呈下降趋势。

综上所述， 该X70M 管线钢的强度总体上随温度的提高而降低， 且对构件承载有利的均匀变形段随温度的提高而减小， 其抵抗变形的能力随温度的提高而下降。

3 结 论

（1） 随着温度的升高， X70M 管线钢的屈服强度、 抗拉强度均呈下降趋势， 两者下降不同步， 屈服强度随温度下降显著快于抗拉强度， 温度对屈服强度的影响大于对抗拉强度的影响。

（2） X70M 管线钢的断后伸长率这一塑性指标总体上没有随温度变化而变化， 在600 ℃时出现较明显增大， 但是由于均匀变形段随温度的提高而减小， 应力-应变曲线形状随温度的提高逐渐由圆屋顶型变为更加陡峭形状， 其抵抗变形的能力随着温度的提高呈下降趋势。

（3） 对强度折减系数进行S 曲线拟合， 屈服强度和抗拉强度的折减系数 （R

） 分别为0.994和0.977， 拟合可信度较高。

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