分析無縫鋼管斷后伸長率不合格的原因

力學(xué)性能是鋼鐵產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)之一，鋼鐵產(chǎn)品的力學(xué)性能采用拉力試驗機進(jìn)行試驗，斷裂后測出的力學(xué)性能指標(biāo)有:屈服強度(試樣呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力點)、抗拉強度(相應(yīng)最大力對應(yīng)的應(yīng)力)、斷后伸長率(斷后標(biāo)距的殘余伸長與原始標(biāo)距之比的百分率)等。由于該方法簡便快捷，因而廣泛應(yīng)用于鋼鐵產(chǎn)品的檢驗及質(zhì)量評估中。

某A機組生產(chǎn)的執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 5310- -2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》的12Cr1MoVG和20C鋼管，在進(jìn)行理化性能檢驗時，偶爾會出現(xiàn)斷后伸長率不合格情況。影響斷后伸長率的主要因素有:金屬材料自身的性能、內(nèi)部存在的各種冶金缺陷，試樣的幾何形狀、標(biāo)距和直徑，試樣表面光潔度和測量誤差等"?，F(xiàn)重點分析試樣形狀造成鋼管斷后伸長率不合格的原因。

斷后伸長率不合格影響因素分析

1.1試樣

由于A機組專門用于中厚壁管的生產(chǎn)，所取拉伸試樣可采用全壁厚弧形條狀試樣(簡稱條狀樣)，也可以采用圓棒試樣(簡稱圓棒樣)P。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，斷后伸長率不合格的試樣均為條狀樣。這兩種形狀試樣的試驗結(jié)果是有差異的，圓棒樣通常較條狀樣的斷后伸長率高，原因: - -是圓棒樣經(jīng)機加工后，表面光滑，缺陷較少，而條狀樣的兩表面均為直接軋制面，表面缺陷相對較多;二是兩種形狀試樣在拉伸時的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)也有差異，圓棒樣的派生應(yīng)力相等，四周收縮變形均勻,而條狀樣的派生應(yīng)力不相等，四周收縮變形存在差異，也造成了兩種試樣斷后伸長率的差異2。

按照CB/T228.1--2010《金屬材料拉伸試驗第1部分:室溫試驗方法》，在A機組生產(chǎn)的兩支12Cr1MoVG鋼管上分別取樣(試樣編號1和2),各加工成兩個25 mm寬度的條狀樣(編號a和b)和兩個φ10mm圓棒試樣(編號c和d)，試樣的形狀、尺寸和表面光潔度經(jīng)測量完全滿足CB/T 228.1-2010和GB/T 2975- -1998《鋼及 鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗取樣位置及試樣制備》要求后，為減少偏差，拉伸試驗由同一個人在同- -臺設(shè)備上進(jìn)行0，斷后伸長率按比例標(biāo)距進(jìn)行測量。12Cr1MoVG 鋼管的拉伸試驗結(jié)果見表1。從表1可以看出，兩種形狀試樣的測試結(jié)果中，抗拉強度和屈服強度相差不大，而圓棒樣的平均斷后伸長率比條狀樣的高6.7%。

1.2生產(chǎn)情況

現(xiàn)場有3套機組同時生產(chǎn)12Cr1MoVG和20G鋼管，統(tǒng)計其近期條狀樣的斷后伸長率測試結(jié)果，結(jié)果見表2。從表2中可以發(fā)現(xiàn)，B機組和C機組生產(chǎn)的20G和12Cr1MoVG鋼管的斷后伸長率均要高于A機組生產(chǎn)的。

查詢近兩年的理化性能檢驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，B機組和C機組生產(chǎn)的20G和12Cr1 MoVG鋼管的斷后伸長率均沒有出現(xiàn)不合格的現(xiàn)象，而A機組所取的條狀樣則斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)了多次斷后伸長率不合格的情況，這說明A機組存在某些固有因素致使其產(chǎn)品在拉伸試驗中引起斷后伸長率偏低。3個機組中，A機組是Assel三輥斜軋管機組，其余2個機組為PQF連軋管機組。因此認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)是軋制工藝的不同導(dǎo)致試樣的幾何形狀不同，最終引起斷后伸長率的差異。進(jìn)一步觀察分析認(rèn)為: Assel 三輥斜軋管機組會在鋼管內(nèi)表面產(chǎn)生等距的內(nèi)螺旋，而PQF連軋管機組則內(nèi)表面光滑。由于內(nèi)螺旋的存在致使試樣標(biāo)距內(nèi)的橫截面積變化，從而表現(xiàn)出圓棒樣和條狀樣之間的拉伸試驗結(jié)果差異(表1)，以及各機組生產(chǎn)的鋼管的斷后伸長率的差異(表2)。

1.3矯直的影響

生產(chǎn)的12Cr1MoVG和20G鋼管都要經(jīng)過矯直，若矯直壓下量大，會引起鋼管外表面發(fā)生冷變形，產(chǎn)生加工硬化,最終導(dǎo)致材料屈強比上升、斷后伸長率下降。實際生產(chǎn)中，A機組專用于中厚壁管的生產(chǎn)，其矯直的壓下量與B和C機組相比會相對較大，所取的條狀樣會保留加工硬化面，因而測出的斷后伸長率低，而圓棒樣則切除了管壁外表加工硬化面，因而測出的斷后伸長率高。矯直也是條狀樣斷后伸長率偏低或不合格的原因之一。

分析與討論

分析發(fā)現(xiàn)，試樣形狀是斷后伸長率的重要影響因素之一，同一產(chǎn)品采用條狀樣比采用圓棒樣測出的斷后伸長率低;機組之間對比分析可知，Assel 三輥斜軋管機組的產(chǎn)品的斷后伸長率比其他機組的低，由此產(chǎn)生不合格現(xiàn)象。矯直對兩種形狀的試樣影響較小，而條狀樣中的內(nèi)螺旋是引起斷后伸長率偏低或不合格的重要因素之一。

由于材料試驗的目的是真實反映材料的性能，而鋼管的條狀樣斷后伸長率偏低或不合格不是材料本身的塑性差，而是由試樣尺寸的差異引起的，因此對帶有內(nèi)螺旋的鋼管進(jìn)行拉伸試驗時，如果內(nèi)螺旋引起的試樣橫截面形狀公差大于GB/T 228.1的規(guī)定，為使試驗結(jié)果具有可比性，應(yīng)該在加工拉伸試樣時去掉無縫鋼管內(nèi)壁的內(nèi)螺旋，這樣才能排除試樣結(jié)構(gòu)對試驗結(jié)果的影響。