X70M 基于应变设计地区用焊管理化性能的研究

苏 志，梁 栋，范 锋，汪 超

（渤海装备南京巨龙钢管有限公司，江苏南京 210061）

0 引言

中缅天然气管道工程（国内段）沿线途经沙漠、冻土、泥石流，滑坡和地震液化等复杂地带，输送的天然气既有国内不同地区的天然气，也有从国外引入的天然气，恶劣的地质条件和复杂的输送介质使得中缅天然气管道工程用钢管生产面临许多技术难题。为了适应中缅天然气管道工程建设的需要，针对X70 级管线钢基于应变设计地区用Φ1016×17.5 mm直缝埋弧焊管生产中存在的技术瓶颈问题进行研究。根据中石油管道建设项目经理部在北京召开的关于中缅管道大变形钢管国产化工作协调会的精神和要求，渤海装备南京巨龙钢管有限公司（以下简称公司）与某钢厂一起承接了天然气管道X70M Φ1016×17.5 mm 规格钢管的试制任务。

公司高度重视本次联合试制大变形钢管工作，成立了中缅管道大变形钢管国产化试制领导小组和工作小组，并制定了详细的试制计划，以确保按时、保质保量地完成试制工作。北京协调会前，公司于联合该钢厂进行了X70M Φ1016×21.0 mm 规格大变形直缝埋弧焊管单炉试制工作，取得了良好效果，并对板、管送管材研究院进行了质量评价。协调会结束后，钢厂和公司进入正式的试制程序。针对Φ1016×17.5 mm规格共进行了3 轮钢管试制工作。在试制过程中，针对不同的钢板理化性能，对制管各环节的工艺进行优化，包括成型、焊接工艺、取样加工管理规定等，严格控制试验过程，最终取得了较理想结果。

1 试验及加工条件

在管研院相关负责人及现场监理见证下进行试验，各实验项目的主要设备见表1。试验条件为：K 型热电偶点焊于试样芯部（厚度方向1/2 处），高温密封胶密封；试样厚度为17.5 mm，6 组试样同时放置油预炉内。试验时效工艺如图1 所示，通道2 测量试件表面升温曲线，因未测量出完整曲线，不做分析；通道1 测量试件芯部（厚度方向1/2 处）升温曲线，其初始油温为205 ℃、开始时刻16：05，升温至185 ℃、195 ℃的时刻分别为16：15、16：18。

图1 时效工艺测定曲线

表1 主要试验设备

2 理化试验情况

2.1 实验数量

制管171 根，横向取样67 根，纵向取样171 根。按大变形（A版）判定结果：

（1）Φ17.5 mm 试验数量及合格率统计（时效前）：①时效前屈服强度，19 组超过550 MPa 的要求，3 组低于450 MPa；②抗拉强度，有6 组超715 MPa；③应力比方面，Rt1.5/Rt0.5，1 组超1.10；Rt2.0/Rt1.0，5 组低于1.04；Rt5.0/Rt1.0，7 组低于1.08；④UEL，9 组低于7.0%。

（2）Φ17.5 mm 试验数量及合格率统计（时效后）：①时效后屈服强度，58 组超过550 MPa 的要求，6 组低于450 MPa；②抗拉强度，有15 组超715 MPa；③应力比方面，Rt1.5/Rt0.5，4 组超1.07；Rt2.0/Rt1.0，2 组低于1.04；Rt5.0/Rt1.0，3 组低于1.08；④UEL，8 组低于6.0%。

2.2 化学成分

产品化学成分分析如表2 化学成分分析结果（重量比），符合标准要求（其中PCM 为相变材料）。

表2 化学成分分析结果 %

2.3 纵向拉伸性能

2.3.1 典型拉伸曲线

图2、图3 分别是KDNJ040 钢管在热时效前后的名义应力—应变曲线。由图可以看出：经过图1 的热时效加热曲线，应力—应变曲线仍为拱顶型，时效后并未出现明显的屈服平台。

图2 热时效前应力—应变曲线

图3 热时效后应力—应变曲线

2.3.2 不同扩径率时强度、应力比、均匀延伸率

纵向拉伸性能包括强度、应力比、均匀延伸率的分布及变化对比情况，在Φ1016×17.5 mm 样品的扩径率为1.4%和1.0%时进行试验并绘图。由试验结果曲线可知，1.0%扩径率对应钢板制管后，纵向拉伸性能（屈服强度539 MPa，抗拉强度680 MPa）；纵向均匀延伸率，时效前9.3%，时效后7.8%；纵向应力比完全可满足标准要求。

3 结论

扩径率1%对应钢板制管后横向平均屈服强度516 MPa、抗拉强度658 MPa，满足标准要求；纵向时效前平均屈服强度512 MPa、抗拉强度666 MPa，纵向时效后平均屈服强度539 MPa、抗拉强度680 MPa，时效后屈服强度接近上限550 MPa；试样横向与纵向（时效前）的屈服强度值之间的差较小，钢管具有较好的各向同性。扩径率1%对应钢板制管后，纵向时效前应力比Rt1.5/Rt0.5、Rt2.0/Rt1.0、Rt5.0/Rt1.0，分别为1.18、1.07、1.12，满足时效前应力比1.10、1.04、1.08 要求；纵向时效后应力比Rt1.5/Rt0.5、Rt2.0/Rt1.0、Rt5.0/Rt1.0，分别为1.15、1.07、1.13，满足时效后应力比1.07、1.04、1.08 的要求。