高強管線鋼的實驗室溫度時效方法研究

王世新，常智偉

（1.河北石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北廊坊 065000；2.河北東方學(xué)院，河北廊坊 065000）

高強管線鋼的實驗室溫度時效方法研究

王世新1，常智偉2

（1.河北石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北廊坊 065000；2.河北東方學(xué)院，河北廊坊 065000）

實驗室溫度時效是研究溫度對管線鋼性能影響的重要手段，加熱介質(zhì)的溫度到達(dá)試驗所需的溫度后，很難準(zhǔn)確測量試樣芯部的溫度何時能到達(dá)試驗所需的溫度。因此擬采用伴熱帶加熱的方式對管圈進行溫度時效處理，再加工成所需的試樣進行鋼材的性能檢測，比較接近現(xiàn)場涂敷的加熱工藝。

高強管線鋼；伴熱帶；實驗室溫度時效；性能

管道運輸是輸送原油、天然氣最經(jīng)濟有效的運輸方式。隨著石油、天然氣運輸?shù)陌l(fā)展，油氣管線輸送壓力的不斷提高，對管線鋼性能的要求也越來越高。管線鋼是指用于輸送石油、天然氣等的大口經(jīng)焊接鋼管用熱軋卷板或?qū)捄癜?。管線鋼在使用過程中，除要求具有較高的耐壓強度外，還要求具有較高的低溫韌性和優(yōu)良的焊接性能。隨著管徑和壓力的提高，為了保證管道壁厚在合理的范圍內(nèi)，需要提高管材的強度，高強鋼的研究和應(yīng)用已成為了目前及下階段管道建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)和重點研究對象。

實驗室溫度時效是研究溫度對管線鋼性能影響的重要手段，通常采用的方法普遍是將加工好的試樣在油浴爐、鹽浴爐或其它加熱設(shè)備中進行一定溫度下的保溫處理。油浴爐使用的加熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油，當(dāng)加熱溫度在200℃以上時，會有大量的揮發(fā)性組分溢出，不利于環(huán)保及實驗人員健康。本課題中擬嘗試用該類伴熱帶對管線鋼管段進行溫度時效處理。因鋼管的外徑為1 016mm，所以選擇的加熱帶長度為3.5m左右，寬度約180mm。本次實驗選用的鋼管為日本新日鐵提供的X100 D1 016mm×12.3mm，因受鋼管數(shù)量的限制，在試驗前將該鋼管切成0.5m長的管段4段，一段不加熱，其余三段鋼管在三個不同溫度下加熱并保溫5min后，室溫冷卻，然后用冷切割方式切割并加工橫縱向圓棒拉伸試樣在30t的電子拉伸試驗機上做拉伸試驗。

1 鋼管管段加熱處理

將加熱帶纏繞到管段上，盡量拉緊加熱帶端部的系緊帶子并固定在支架上，使得加熱帶與鋼管外壁貼合良好，保證鋼管受熱均勻。在帶子的邊緣做好標(biāo)記，以保證拉伸試樣的工作區(qū)落在加熱帶覆蓋區(qū)域。通過加熱帶的溫度控制器設(shè)定溫度后，啟動保溫按鈕后，加熱帶開始對管段進行加熱，溫度控制器顯示窗口到達(dá)設(shè)定溫度后，加熱停止，進入保溫狀態(tài)，5分鐘后，斷電停止加熱，將加熱帶拆除，一個管段的加熱完畢，管段吊到一邊自然冷去，然后同樣的方法再進行另一個管段在另一溫度的加熱處理。

此次試驗所用管段的加熱溫度為三個溫度點，溫度控制器表盤設(shè)定溫度分別是160℃、175℃和185℃。鋼管內(nèi)外表面的實測溫度高于設(shè)定溫度30℃左右，另外鋼管表面的溫度還與加熱帶的貼合程度有關(guān)，貼合的好，鋼管表面溫度偏高，反之，貼合的不好，鋼管表面的溫度偏低。因受鋼管數(shù)量的限制，此次試驗僅進行了三個溫度點的試驗。鋼管表面采用測溫紙及測溫筆進行測溫。測溫紙記錄的是鋼管表面達(dá)到的最高溫度，溫差為5~6℃。測溫筆的筆記化了就說明溫度已達(dá)到這個溫度點，各測溫筆的溫度間隔一般是5℃。測溫紙貼在加熱帶中間位置的管壁表面，同時在其管壁附近用測溫筆做筆記記號。

試驗發(fā)現(xiàn)：加熱帶與鋼管的貼合緊密程度會影響其對鋼管的加熱，因此試驗時要盡可能地拉緊加熱帶，使其與鋼管表面緊密貼合。鋼管內(nèi)外表面溫度實測結(jié)果與溫度控制器顯示溫度相差在20~40℃，測溫紙與測溫筆的測溫結(jié)果基本吻合，使用測溫筆做記號的方式更實用及方便。

2 試樣切割

試樣切割前，先制定好取樣方案，并在管段待取樣區(qū)域畫出試樣取樣位置及數(shù)量，畫出大塊試樣冷切割邊緣線。大塊毛坯試樣采用氣割加水冷的切割方式，保證取樣區(qū)域鋼管表面溫度不高于50℃。

3 試樣拉伸試驗結(jié)果

將加工好的圓棒拉伸試樣共78件進行檢驗，檢驗用設(shè)備為30t全自動拉伸試驗機，工作段直徑6.4mm橫向圓棒試樣與工作段直徑8.9mm縱向圓棒試樣標(biāo)距均為50mm。分析拉伸試驗結(jié)果可知：

當(dāng)鋼管的加熱溫度不超過210℃時，鋼管的縱向屈服強度、抗拉強度，伸長率、屈強比等等指標(biāo)滿足API 5L（45版）對X100鋼管的技術(shù)要求，拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線為拱頂型光滑曲線。說明鋼管加熱溫度不超過210℃時，溫度對X100鋼管縱向拉伸性能的影響比較小。

當(dāng)鋼管的加熱溫度不超過210℃時，除屈強比外，鋼管橫向圓棒試樣的屈服強度、抗拉強度，伸長率等指標(biāo)均滿足API 5L（45版）對X100鋼管的技術(shù)要求。

試驗用的X100鋼管，加熱后的橫向圓棒試樣拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線有屈服平臺。

采用加熱帶加熱鋼管有以下局限性：

1）需使用管段進行加熱試驗，比較費原料；

2）加熱帶與鋼管的貼合程度影響加熱效果；

3）在加熱5min的條件下，加熱帶中間溫度低于兩側(cè)溫度，加熱不太均勻，隨著加熱時間的延長，加熱區(qū)域的溫度會最終達(dá)到均勻狀態(tài)。

采用加熱帶對鋼管進行加熱可以作為一種鋼管溫度時效處理的方法，但因采用加熱帶對管線鋼管進行加熱有以上的局限性，所以該加熱方法不太適用于短時間的溫度時效處理（比如模仿3PE防腐加熱的5min時效處理）進行鋼管時效處理的方法，可應(yīng)用于管線鋼管的較長時間下的溫度加熱時效處理試驗，如1h的溫度時效處理。

Study on Laboratory Temperature Aging Method for High-Strength Pipeline Steel

Wang Shi-xin，Chang Zhi-wei

Laboratory temperature aging is an important means to study the effect of temperature on the performance of pipeline steel.After the temperature of the heating medium reaches the temperature required for the test，it is necessary to accurately measure the temperature of the sample core when the temperature required to reach the test is Hard to do.In this paper，the heat treatment of the pipe is to be carried out by the heating method，and then processed into the required sample for the performance testing of the steel，which is close to the heating process.

high-strength pipeline steel；with tropical；laboratory temperature aging；performance

TG335

A

1003–6490（2017）03–0086–01

2017–03–05

王世新（1984—），女，河北廊坊人，實驗師，主要研究方向為機械類相關(guān)專業(yè)的教學(xué)及實驗。