直缝焊管生产工艺对X65M钢级钢材屈服强度的影响

以某X65M钢级钢板为例，分析了直缝焊管生产工艺对该材质焊管最终屈服强度的影响。分析认为：成型工艺对X65M钢级钢板的屈服强度影响较大，成型后母材屈服强度减小30～70 MPa；扩径虽能使屈服强度增加，但增幅不大，不足以弥补成型后造成的屈服强度损失；棒状试样的屈服强度普遍比板状试样的大，但增量不大。建议钢管生产厂对原料的理化性能及金相组织进行充分评估，预测屈服强度变化趋势，避免成品钢管的屈服强度超出标准要求。

目前国内大多数钢管生产厂家均采用JCOE法生产直缝钢管，JCOE具有设备投资少、建设周期短、生产钢管规格灵活等特点。在生产JCOE钢管时，钢板经铣边后预弯、J成型、C成型和O成型等多道下压步骤，形成一个不太规则的管坯，随后通过扩径整圆，使其直度、圆度进一步得到优化。在这一系列过程中，钢管屈服强度会发生变化。一般情况下，在JCO成型过程中，钢管内层圆周方向承受压缩变形，外层承受拉伸变形。钢管内层由于承受压缩变形产生了包辛格效应，包辛格效应是指金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，而后再经同向加载，屈服强度增大；反向加载，屈服强度减小。在生产JCOE钢管时，成型过程和在随后压平拉伸试样及拉伸试验的过程中，管线钢管经过反复拉压应变，屈服强度减小。在随后的扩径过程中，内外层均承受拉伸变形，管体整个断面均由于承受拉伸变形产生了加工硬化，屈服强度会增大，最终钢板制成JCOE钢管后，屈服强度的增减幅度由这两个因素共同决定。各钢厂由于生产工艺不同，在制成JCOE钢管后屈服强度的大小并不一致。

以某X65M钢级试验材料为例，说明直缝焊管生产工序对该材质钢管最终屈服强度的影响。

1原材料概况

此批X65M钢级钢板化学成分见表1，满足API Spec 5L—2012《管线钢管规范》及GB/T 9711—2011《石油天然气工业管线输送系统用钢管》标准的规定。X65M钢级钢板的力学性能见表2，进厂验收屈服强度值合格，比钢管的标准值平均高20~70 MPa。X65M钢级钢板母材的金相组织如图1所示，金相组织为铁素体+珠光体。

2直缝生产各工序对其屈服强度的影响

该批X65M钢级钢板制成JCOE钢管后，其屈服强度普遍偏小，有的未达到API Spec 5L—2012规定的450 MPa。由于原材料入厂验收时屈服强度均合格，为弄清屈服强度值在直缝焊管生产的哪个环节发生了损失，进行了以下试验：在JCOE钢管同一部位成型前、成型后和扩径后分别制作块状试样，并进行拉伸试验，其屈服强度对比情况如图2所示。

从图2可以看出：JCOE钢管成型后比成型前屈服强度平均减小了30～60 MPa；扩径后母材屈服强度有所增加，但增量不大，不足以弥补成型后造成的屈服强度损失，说明轧制过程对母材屈服强度影响较大；这是因为在成型时钢板内层受压、外层受拉，而在拉伸试样校平时，钢管内层受拉、外层受压，在试验时整个拉伸试样受拉应力，会产生一定的包辛格效应。为弄清包辛格效应的影响力，在不同JCOE钢管的同一部位分别取板状和棒状试样，并进行对比试验，JCOE钢管母材板状、棒状试样的屈服强度对比结果如图3所示。

由图3可以看出：棒状试样的屈服强度普遍比板状试样的大，但增量不大，不足以抵消成型后屈服强度值的损失。

由此可见，成型工艺对此种X65M钢级钢板的屈服强度影响较大，成型后母材屈服强度减小30～70 MPa；扩径虽能使屈服强度值有所增大，但增幅不大，不足以抵消成型后屈服强度值的损失。加工成棒状试样的屈服强度普遍比板状试样的略大。

3原因分析

目前，国内使用的管线钢显微组织主要有两种：一种是铁素体+珠光体型低钢级管线钢，主要包括X65M及以下钢级；另一种是针状铁素体型高钢级管线钢。该X65M钢级钢板的显微组织为铁素体+珠光体型管线钢，晶粒尺寸较大，由文献可知，该基体在受力发生形变过程中，铁素体相已发生塑性变形，而珠光体只发生弹性变形，从受力状态回复后，在基体内两相之间就形成了“内应力”，表现为屈服强度值减小。X65M钢板应力-应变曲线如图4所示。从图4可以看出：拉伸曲线有明显的屈服点和屈服平台，所以即使经过扩径，屈服强度值也不能得到明显增大。而针状铁素体型管线钢具有连续屈服行为，在卷曲过程中包辛格效应较小。

4结语

该X65M钢级钢板的显微组织为铁素体＋珠光体，且晶粒尺寸较大，拉伸曲线屈服平台明显，在直缝钢管成型过程中，屈服强度损失较大，在扩径后形变强化不足，造成部分成品管屈服强度小于API Spec 5L—2012标准规定值（450 MPa）的现象。针对此问题，有如下建议：

（1）在生产前，应对原料的理化性能及金相显微组织进行充分评估，预测屈服强度的变化趋势，避免成品钢管的屈服强度超出相关标准要求范围。

（2）在钢厂采购X65M钢级钢板时，应要求钢板的屈服强度大于API Spec 5L-2012标准规定下限值30 MPa。

（3）钢厂应改进钢板的生产工艺，改变钢板的显微组织状态，细化晶粒尺寸，提高其形变强化的能力，满足钢板制成钢管后屈服强度达到APISpec 5L-2012标准要求的450 MPa以上。