X70M 管線鋼管高溫拉伸性能研究

0 前 言

在石油、 化工行業(yè)和危險品儲運(yùn)中， 存在大量的易燃易爆化學(xué)品， 一旦發(fā)生泄漏很容易引起火災(zāi)或爆炸

。 高溫屈服強(qiáng)度決定了一定溫度范圍內(nèi)材料許用應(yīng)力， 而許用應(yīng)力是材料強(qiáng)度設(shè)計的基礎(chǔ)， 事關(guān)設(shè)備安全。 例如鋼材在火災(zāi)高溫條件下由于強(qiáng)度與剛度急劇降低會使其承載力顯著下降

， 因此材料高溫拉伸性能具有重要意義

。張華佳等

研究了幾種常用石油管材料的高溫拉伸性能， 指出12Cr2Mo1R 等石油管材都具有抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨著溫度升高而下降的規(guī)律。高溫下鋼材的力學(xué)性能研究表明

， 當(dāng)溫度小于250 ℃時， 鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能變化不大， 彈性模量和屈服強(qiáng)度基本保持不變； 當(dāng)溫度大于250 ℃時， 鋼的力學(xué)性能開始逐漸下降， 塑性逐漸提高。 呂俊利

的研究表明， 超過300 ℃后， 鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線就沒有明顯的屈服極限和屈服平臺， 強(qiáng)度和彈性模量明顯減小。 為了探索管線鋼管在高溫條件下的強(qiáng)度及塑性， 筆者研究了X70M 管線鋼管在300 ℃及以上高溫條件下的拉伸性能。

1 試驗材料和方案

試驗材料為X70M 鋼級Φ1 067 mm×14.27 mm螺旋埋弧焊管， 制管用卷板采用低C-Mn-Cr-Nb的成分設(shè)計， 通過熱機(jī)械控制軋制工藝（TMCP）生產(chǎn)， 其主要化學(xué)成分見表1。 使用體積分?jǐn)?shù)為3 %的硝酸酒精溶液對試樣母材進(jìn)行腐蝕， 顯微組織如圖1 所示。 由圖1 可以看出， 試樣母材組織為粒狀貝氏體和鐵素體、 塊狀鐵素體及少量珠光體。

沿管體縱向方向取樣， 室溫拉伸試樣采用Φ10 mm 圓棒試樣， 標(biāo)距長度為50 mm； 高溫拉伸試樣采用Φ8 mm 圓棒試樣， 標(biāo)距長度為40 mm。雖然兩種試樣的標(biāo)距和直徑均不同， 但是比例系數(shù)相同， 即L

=5d， 因此試驗結(jié)果具有可比性。拉伸試驗溫度為室溫 （20 ℃）、 300 ℃、 350 ℃、400 ℃、 450 ℃、 500 ℃、 550 ℃和600 ℃。 每個溫度均進(jìn)行一組拉伸試驗， 每組2 個試樣。 室溫拉伸試驗按照GB/T 228.1—2010 《金屬材料 拉伸試驗 第1 部分： 室溫試驗方法》 進(jìn)行， 高溫拉伸試驗按照GB/T 228.2—2015 《金屬材料 拉伸試驗 第2 部分： 高溫試驗方法》 進(jìn)行。

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 拉伸試驗

X70M 管線鋼室溫與高溫下的拉伸試驗結(jié)果見表2， 室溫及高溫拉伸試驗曲線如圖2 所示，高溫拉伸試驗應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3 所示。

表3 為高溫拉伸強(qiáng)度的折減系數(shù)， 本研究定義的高溫拉伸試驗的折減系數(shù)等于高溫拉伸性能與對應(yīng)的室溫拉伸性能的比值。 對屈服強(qiáng)度折減系數(shù)-溫度和抗拉強(qiáng)度折減系數(shù)-溫度的試驗數(shù)據(jù)采用Boltzmann 函數(shù)進(jìn)行S 曲線擬合。 Boltzmann 函數(shù)模型為

3）大數(shù)據(jù)時代相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)生充分考慮了數(shù)據(jù)處理效率、處理方式和處理后的實踐應(yīng)用效果等因素，如無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等，都在數(shù)據(jù)高效處理中發(fā)揮著自身的應(yīng)用優(yōu)勢。同時，在加快我國城鄉(xiāng)建設(shè)步伐，促進(jìn)城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)發(fā)展的過程中，也需要考慮大數(shù)據(jù)時代對這類學(xué)科產(chǎn)生的影響，促使該時代背景下城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)走向計量化的過程得到相應(yīng)的支持，并明確與之相關(guān)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

t—溫度。

對于“過早練習(xí)站立，行走”對于腿型的影響并無定論。我們的主張是順其自然。寶寶要站就站，要走則走。不壓制，不強(qiáng)求，不攀比。

屈服強(qiáng)度的擬合方程為

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析 文中數(shù)據(jù)均采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行匯總分析。兩組患兒的療效對比采用秩和檢驗，血清OPN、PTX3、CD4+、CD8+、 CD4+/CD8+采用獨立樣本t檢驗，患兒復(fù)發(fā)情況和不良反應(yīng)情況對比采用χ2檢驗。其中計量資料以表示，計數(shù)資料以[例(%)]表示，P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

式中： η—折減系數(shù)；

從表2、 表3 以及圖2 可以看出， X70M 管線鋼的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度總體上隨試驗溫度的提高而降低， 斷后伸長率在低于600 ℃時總體上無明顯變化。 由于本研究未進(jìn)行300 ℃以下的高溫拉伸試驗， 所以根據(jù)折減系數(shù)的擬合公式和擬合曲線分析試驗溫度對管線鋼強(qiáng)度的影響。 對于屈服強(qiáng)度， 當(dāng)試驗溫度大于室溫時就開始出現(xiàn)下降的趨勢， 且下降速率較均勻； 對于抗拉強(qiáng)度，當(dāng)試驗溫度大于室溫時也開始出現(xiàn)下降的趨勢，但是下降速率不均勻。 溫度不超過350 ℃時， 抗拉強(qiáng)度下降較慢， 溫度大于350 ℃時， 抗拉強(qiáng)度下降速率加快。 屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度隨溫度的變化不同步， 屈服強(qiáng)度隨溫度下降明顯快于抗拉強(qiáng)度。 因此， 溫度對屈服強(qiáng)度的影響大于對抗拉強(qiáng)度的影響。

①與負(fù)對照組相比，復(fù)合酶A和復(fù)合酶B均有降低料重比的趨勢，但沒有達(dá)到顯著性水平。且復(fù)合酶A組的效果要好于復(fù)合酶B組，復(fù)合酶A組比負(fù)對照組平均日增重提高了4.11%，料重比降低了2.83%。

抗拉強(qiáng)度的擬合方程為

由式 （3） 可以確定出抗拉強(qiáng)度的折減系數(shù) （R

） 為0.977， 兩個方程擬合出的R

均接近1。

品粥時那種潤物細(xì)無聲的味覺感受，讓人仿佛置身于空靈明凈的佛園。痛苦時、落魄時、煩悶時、心浮氣躁目空一切時，你都不妨坐下來喝一碗粥，也許在不知不覺間，心中便有一陣春風(fēng)悄然拂來了。

X70M 管線鋼的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)-溫度擬合曲線和抗拉強(qiáng)度折減系數(shù)-溫度擬合曲線分別如圖4 和圖5 所示。

2.2 試驗溫度對拉伸性能的影響

由式 （2） 可以確定出屈服強(qiáng)度的折減系數(shù)（R

） 為0.994。

另外， 在300 ℃時的抗拉強(qiáng)度明顯高于20 ℃和350 ℃。 研究發(fā)現(xiàn)， 碳鋼和低合金鋼的抗拉強(qiáng)度在某一溫度范圍內(nèi)會出現(xiàn)一個反常峰值， 峰值溫度與藍(lán)脆溫度相當(dāng)， 如圖6 所示

。 屈立軍等

對Q420 鋼在高溫下的強(qiáng)度進(jìn)行了研究， 發(fā)現(xiàn)Q420鋼在250～400 ℃溫度下出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象， 抗拉強(qiáng)度升高， 但屈服強(qiáng)度的藍(lán)脆現(xiàn)象并不明顯。 從本研究的試驗結(jié)果可以看出， X70M 管線鋼的高溫拉伸性能也具有類似特性。

從表2 可以看出， X70M 管線鋼的斷后伸長率總體變化不大， 直至600 ℃時才出現(xiàn)明顯提高。 由圖3 可以看出， 從400 ℃開始， 均勻伸長率（或最大力總延伸率） 隨著溫度的升高呈現(xiàn)出了下降趨勢， 在A

處應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀發(fā)生顯著變化， 由圓屋頂型逐漸變?yōu)楦佣盖偷男螤睢?這意味著X70M 管線鋼頸縮后的變形量總體上隨著溫度的提高而增大， 并且從400 ℃開始， 其屈強(qiáng)比隨著溫度的升高也呈現(xiàn)出下降趨勢（20 ℃的屈強(qiáng)比結(jié)果除外）。 均勻伸長率和屈強(qiáng)比通常被認(rèn)為代表了材料的變形能力和應(yīng)變強(qiáng)化能力，材料的均勻伸長率越大， 其強(qiáng)化能力和變形能力就越高； 材料的屈強(qiáng)比越低， 其強(qiáng)化能力和變形能力就越高

。 X70M 管線鋼的斷后伸長率這一塑性指標(biāo)總體上沒有隨溫度變化而變化， 在600 ℃時出現(xiàn)較明顯增大， 但是由于均勻變形段隨溫度的提高而減小， 因此其抵抗變形的能力隨著溫度的提高呈下降趨勢。

綜上所述， 該X70M 管線鋼的強(qiáng)度總體上隨溫度的提高而降低， 且對構(gòu)件承載有利的均勻變形段隨溫度的提高而減小， 其抵抗變形的能力隨溫度的提高而下降。

3 結(jié) 論

（1） 隨著溫度的升高， X70M 管線鋼的屈服強(qiáng)度、 抗拉強(qiáng)度均呈下降趨勢， 兩者下降不同步， 屈服強(qiáng)度隨溫度下降顯著快于抗拉強(qiáng)度， 溫度對屈服強(qiáng)度的影響大于對抗拉強(qiáng)度的影響。

（2） X70M 管線鋼的斷后伸長率這一塑性指標(biāo)總體上沒有隨溫度變化而變化， 在600 ℃時出現(xiàn)較明顯增大， 但是由于均勻變形段隨溫度的提高而減小， 應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀隨溫度的提高逐漸由圓屋頂型變?yōu)楦佣盖托螤睿?其抵抗變形的能力隨著溫度的提高呈下降趨勢。

（3） 對強(qiáng)度折減系數(shù)進(jìn)行S 曲線擬合， 屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的折減系數(shù) （R

） 分別為0.994和0.977， 擬合可信度較高。

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