對(duì)API SPEC 5L（45版）中有關(guān)拉伸試驗(yàn)伸長(zhǎng)率的討論

李記科，楊紅兵

（1.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，西安710077；2.北京隆盛泰科石油管工程技術(shù)有限公司，北京100101）

對(duì)API SPEC 5L（45版）中有關(guān)拉伸試驗(yàn)伸長(zhǎng)率的討論

李記科1，楊紅兵2

（1.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，西安710077；2.北京隆盛泰科石油管工程技術(shù)有限公司，北京100101）

對(duì)API SPEC 5L（45版）10.2.4試驗(yàn)方法中有關(guān)拉伸試驗(yàn)伸長(zhǎng)率的內(nèi)容進(jìn)行了討論，認(rèn)為其標(biāo)準(zhǔn)要求不合理。建議采用API SPEC 5L（43版）6.2.1拉伸性能條款中的要求：“當(dāng)需記錄或報(bào)告伸長(zhǎng)率時(shí)，如采用板狀試樣，記錄或報(bào)告中應(yīng)注明試樣的公稱寬度；如采用圓棒試樣，應(yīng)注明直徑和標(biāo)距長(zhǎng)度；如采用全斷面試樣亦應(yīng)予以注明”?；蛘咝薷臑?“應(yīng)報(bào)告4倍比例試樣（標(biāo)距長(zhǎng)度為4倍直徑的棒狀試樣，的斷后伸長(zhǎng)率。對(duì)于采用50mm（2 in）定標(biāo)距試樣，應(yīng)按照ISO 2566-1或ASTM A370，將斷裂后測(cè)得的伸長(zhǎng)率轉(zhuǎn)換為4倍比例試樣的斷后伸長(zhǎng)率。”

標(biāo)準(zhǔn)；拉伸試驗(yàn)；伸長(zhǎng)率；API SPEC 5L

鋼管生產(chǎn)在執(zhí)行API SPEC 5L（45版）標(biāo)準(zhǔn)[1]時(shí)，在報(bào)告拉伸試驗(yàn)伸長(zhǎng)率時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些疑惑。比如以外徑762mm、壁厚26.2mm、鋼級(jí)X80M的PLS2直縫埋弧焊接鋼管為例，橫向拉伸試驗(yàn)若選擇標(biāo)距長(zhǎng)度35mm、標(biāo)距內(nèi)直徑8.75mm（φ8.75mm 為 ASTM A370[2]中試樣尺寸，φ8.9mm為API SPEC 5L中試樣尺寸，實(shí)際操作中基本選用ASTM A370中試樣尺寸）的棒狀試樣進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)際得到的延伸率記為A。按照API SPEC 5L（45版）10.2.4試驗(yàn)方法中有關(guān)拉伸試驗(yàn) “應(yīng)報(bào)告標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm（2 in）試樣的斷后伸長(zhǎng)率。對(duì)于試樣標(biāo)距長(zhǎng)度小于50mm（2 in）的試樣，應(yīng)按照ISO 2566-13或ASTM A370，將斷裂后測(cè)得的伸長(zhǎng)率轉(zhuǎn)換為50mm（2 in）長(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)率 ”的規(guī)定，這時(shí)可以有幾種不同的選擇，且不同選擇會(huì)得到不同的結(jié)果值，現(xiàn)就這個(gè)問題進(jìn)行討論。

1 不同試樣伸長(zhǎng)率的換算

API SPEC 5L中明確指出進(jìn)行伸長(zhǎng)率換算引用標(biāo)準(zhǔn)ISO 2566-1。ISO 2566-1標(biāo)準(zhǔn)中伸長(zhǎng)率換算依據(jù)的是Oliver公式

式中：Ar—標(biāo)距長(zhǎng)度為L(zhǎng)0時(shí)的伸長(zhǎng)率；

L0—原始標(biāo)距長(zhǎng)度；

S0—試樣的原始截面積。

以外徑762mm、壁厚26.2mm、鋼級(jí)X80M PLS2直縫埋弧焊接鋼管為例。假設(shè)橫向拉伸試驗(yàn)選擇標(biāo)距長(zhǎng)度35mm、標(biāo)距內(nèi)直徑為8.75mm的棒狀試樣進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)際得到的延伸率記為A35，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），即

將式（2）再代入式（1）中，可得到其他試樣伸長(zhǎng)率Ar與標(biāo)距長(zhǎng)度35mm、標(biāo)距內(nèi)直徑8.75mm的棒狀試樣伸長(zhǎng)率A35間的換算關(guān)系，即

若要換算成標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm拉伸試樣的延伸率，即L0=50mm，代入式（3）中可得

將不同試樣的相關(guān)尺寸代入式（4）中考察不同試樣伸長(zhǎng)率間的關(guān)系：

（1）標(biāo)距長(zhǎng)度50mm、標(biāo)距內(nèi)徑12.5mm的棒狀試樣的伸長(zhǎng)率記為A50，代入式（4）中可得A50=A35；

（2）標(biāo)距長(zhǎng)度50mm、標(biāo)距內(nèi)寬度38.1mm、厚度為鋼管原始壁厚26.2mm的板狀試樣試驗(yàn)結(jié)果記為 A38.1×50， A38.1×50=1.52A35；

（3）標(biāo)距長(zhǎng)度50mm、標(biāo)距內(nèi)寬度25.4mm、厚度為鋼管原始壁厚26.2mm的板狀試樣試驗(yàn)結(jié)果記為 A25.4×50， A25.4×50=1.40A35；

（4）標(biāo)距長(zhǎng)度50mm、標(biāo)距內(nèi)寬度19mm、厚度為鋼管原始壁厚26.2mm的板狀試樣試驗(yàn)結(jié)果記為 A19×50， A19×50=1.32A35。

假設(shè)標(biāo)距長(zhǎng)度35mm、標(biāo)距內(nèi)直徑8.75mm棒狀試樣實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)率A35=20%，換算為其他試樣伸長(zhǎng)率的數(shù)值見表1。

表1 不同拉伸試樣伸長(zhǎng)率關(guān)系

從表1可以看出，序號(hào)1和序號(hào)2兩棒狀試樣的伸長(zhǎng)率相等，但與其他3個(gè)試樣的伸長(zhǎng)率不同，且相互間有較大差異。

2 伸長(zhǎng)率換算公式分析

根據(jù)ISO 2566-1，拉伸試樣可分為定標(biāo)距試樣和比例試樣。定標(biāo)距試樣常用標(biāo)距有50mm，80mm，100mm和200mm，比例系數(shù)常選4和5.65（對(duì)應(yīng)的是標(biāo)距長(zhǎng)度為5倍直徑的試樣），8.16和11.3（對(duì)應(yīng)的是標(biāo)距長(zhǎng)度為10倍直徑的試樣）。對(duì)公式（1）進(jìn)行分析，理論上具有相同比例系數(shù)試樣的伸長(zhǎng)率相同。API SPEC 5L中板狀試樣為50mm標(biāo)距長(zhǎng)度的定標(biāo)距試樣，棒狀試樣為4倍直徑標(biāo)距長(zhǎng)度的試樣（對(duì)應(yīng)的比例系數(shù)k≈4.5）。API SPEC 5L中棒狀試樣為4倍直徑標(biāo)距長(zhǎng)度的試樣，不管試樣的尺寸（如標(biāo)距長(zhǎng)度50mm、標(biāo)距內(nèi)直徑12.5mm的棒狀試樣和標(biāo)距長(zhǎng)度35mm、標(biāo)距內(nèi)直徑8.75mm的棒狀試樣），其本身就具備可比性，若要相互換算，換算系數(shù)也為1，可見API SPEC 5L中棒狀試樣之間的伸長(zhǎng)率沒必要進(jìn)行換算。若將定比例試樣（標(biāo)距長(zhǎng)度35mm、標(biāo)距內(nèi)直徑8.75mm的棒狀試樣）的伸長(zhǎng)率換算成定標(biāo)距板狀試樣的延伸率，如表1中的換算結(jié)果，選擇不同寬度（不同截面積）的板狀試樣，將獲得不同的換算結(jié)果，這將使換算得到伸長(zhǎng)率數(shù)值的可比性變差；若要獲得一定程度可比的換算結(jié)果，進(jìn)行這樣換算還得確定所要換算試樣的寬度尺寸（即截面尺寸），這種換算在實(shí)際中不易操作?？梢夾PI SPEC 5L（45版）10.2.4試驗(yàn)方法中有關(guān)拉伸試驗(yàn)“應(yīng)報(bào)告標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm（2 in）試樣的斷后伸長(zhǎng)率。對(duì)于試樣標(biāo)距長(zhǎng)度小于50mm（2 in）的試樣，應(yīng)該按照ISO 2566-1或者ASTM A370，將斷裂后測(cè)得的伸長(zhǎng)率轉(zhuǎn)換為50mm（2 in）長(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)率”是不合理的。

3 API SPEC 5L中拉伸試驗(yàn)伸長(zhǎng)率要求的沿革

關(guān)于拉伸試驗(yàn)的伸長(zhǎng)率，API SPEC 5L（45版）與API SPEC 5L（44版）完全一致。但API SPEC 5L（43版）[4]中附錄D列出了對(duì)不同規(guī)格鋼管采用不同拉伸試樣時(shí)伸長(zhǎng)率的要求：在6.2.1拉伸性能條款中要求 “當(dāng)需記錄或報(bào)告伸長(zhǎng)率時(shí)，如采用板狀試樣，記錄或報(bào)告中應(yīng)注明試樣的公稱寬度；如采用圓棒試樣，應(yīng)注明直徑和標(biāo)距長(zhǎng)度；如采用全斷面試樣亦應(yīng)予以注明”；43版標(biāo)準(zhǔn)無“應(yīng)報(bào)告標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm（2 in）試樣的斷后伸長(zhǎng)率”的要求。關(guān)于拉伸試驗(yàn)的伸長(zhǎng)率，API SPEC 5L（42 版）[5]與 API SPEC 5L（43 版）的表述相同，說明拉伸試驗(yàn)中伸長(zhǎng)率試驗(yàn)值與拉伸試樣的形狀和尺寸有關(guān)系，也就是說伸長(zhǎng)率試驗(yàn)值若不進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿Q算處理，不同試樣獲得的伸長(zhǎng)率試驗(yàn)值不能直接進(jìn)行比較。也可將定標(biāo)距試樣的伸長(zhǎng)率換算為比例試樣的伸長(zhǎng)率，這樣可增強(qiáng)伸長(zhǎng)率試驗(yàn)值的可比性，而不應(yīng)要求 “報(bào)告標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm（2 in）試樣的斷后伸長(zhǎng)率”。

4 建 議

根據(jù)上述討論可見，在API SPEC 5L（45版）中10.2.4試驗(yàn)方法中有關(guān)拉伸試驗(yàn) “應(yīng)報(bào)告標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm（2 in）試樣的斷后伸長(zhǎng)率。對(duì)于試樣標(biāo)距長(zhǎng)度小于50mm（2 in）的試樣，應(yīng)按照ISO 2566-1或ASTM A370，將斷裂后測(cè)得的伸長(zhǎng)率轉(zhuǎn)換為50mm（2 in）長(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)率”不合理。建議將其改回到API SPEC 5L（43版）6.2.1拉伸性能條款中要求 “當(dāng)需記錄或報(bào)告伸長(zhǎng)率時(shí)，如采用板狀試樣，記錄或報(bào)告中應(yīng)注明試樣的公稱寬度；如采用圓棒試樣，應(yīng)注明直徑和標(biāo)距長(zhǎng)度；如采用全斷面試樣亦應(yīng)予以注明”?；蛘咝薷臑?“應(yīng)報(bào)告4倍比例試樣（標(biāo)距長(zhǎng)度為4倍直徑的棒狀試樣的斷后伸長(zhǎng)率。對(duì)于采用50mm（2 in）定標(biāo)距試樣，應(yīng)按照ISO 2566-1或ASTM A370，將斷裂后測(cè)得的伸長(zhǎng)率轉(zhuǎn)換為4倍比例試樣的斷后伸長(zhǎng)率”。

［1］API SPEC 5L， 管線鋼管規(guī)范（45版）[S].

［2］ASTM A370，鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義[S].

［3］ISO 2566-1，鋼—伸長(zhǎng)率換算—第1部分：碳鋼和低合金鋼[S].

［4］API SPEC 5L， 管線鋼管規(guī)范（43版）[S].

［5］API SPEC 5L， 管線鋼管規(guī)范（42版）[S].

Discussion on Tensile Test Elongation in API SPEC 5L(45th Version)

LI Jike1,YANG Hongbing2
(1.CNPC Tubular Goods Research Institute,Xi’an 710077,China;2.Beijing Longshine Oil Tubular Technology Co.,Ltd.,Beijing 100101,China)

In this article,after discussion on tensile test elongation in API SPEC 5L(45th version)10.2.4 clause,it considered its standard requirements are unreasonable.It suggests to adopt the requirements in the 6.2.1 clause of API SPEC 5L(43rd version):when elongation is recorded or reported,the record or report shall show the nominal width of the test specimen when strip specimens are used and the diameter and gauge length when round bar specimens are used,or shall state when full section specimens are used.Or the standard requirements are modified to:The percentage elongation of 4 times proportion test pieces(gauge length is 4 times the diameter of the round test pieces,after fracture shall be reported.For test pieces with reference to a gauge length of 50mm(2 in),the measured elongation after fracture shall be converted to a percentage elongation of 4 times proportion test pieces in accordance with ISO 2566-1 or ASTM A370.

standard;tensile test;percentage elongation;API SPEC 5L

TG115.52

B

1001－3938（2015）04-0067-03

李記科（1965—），男，主要從事石油管材及裝備的監(jiān)督檢驗(yàn)、質(zhì)量保證、科研和技術(shù)服務(wù)等工作。

2014－11－12

李紅麗