趙金蘭

( 中國石油集團石油管工程技術研究院 陜西 西安 710077)

0 引 言

管道輸送是石油、天然氣最經(jīng)濟、最合理的運輸方式。目前，我國的油氣管道建設正處于蓬勃發(fā)展時期，如西氣東輸一線、二線干線及其支線管道工程相續(xù)完工，西氣東輸三線管道工程又開始建設。在管道建設用中，鋼管的力學性能是保證其最終使用性能的重要指標，各力學性能試驗數(shù)據(jù)是鋼管質量控制和驗收的重要依據(jù)，但目前國內(nèi)在鋼管管體拉伸試驗屈強比的計算和判定中存在不一致之處。

1 管體拉伸試驗與屈強比

拉伸試驗是指在承受軸向拉伸載荷下測定材料特性的試驗方法，是材料力學性能測試中最常見的試驗方法之一[1]。通過拉伸試驗，可以得到鋼管管體的基本力學性能指標，如斷后伸長率、屈服強度、抗拉強度和屈強比等性能指標。

在油氣管道工程建設中比較重視屈強比，要求鋼管管體不僅具有高的屈服強度和抗拉強度，而且具有一定的屈強比。屈強比相對較小時，如鋼管管體因超載而發(fā)生屈服時，由于金屬材料塑性變形的產(chǎn)生從而使其強度提高而不致立刻破壞，從而存在一段延時性，具有較高的可靠性。

目前，我國重大管道工程用鋼管的主要技術標準為GB/T 9711-2017和API Spec 5L-2018，或在此兩大標準上進行補充的項目用技術規(guī)格書。兩個標準除對鋼管管體拉伸性能的屈服強度Rt0.5(表示規(guī)定總伸長率達0.5%時的應力)、抗拉強度Rm進行了要求外，PSL 2級鋼管均對屈強比(屈服強度Rt0.5與抗拉強度Rm的比值，用Rt0.5/Rm表示)也進行了規(guī)定。對于鋼管管體拉伸試驗， GB/T 9711-2017引用標準為GB/T 228和ASTM A 370、 API Spec 5L -2018引用標準為ISO 6892和ASTM A 370，而GB/T 228等效采用ISO 6892。

2 數(shù)值修約與屈強比的計算

2.1 數(shù)值修約

在拉伸試驗用標準中，GB/T 228.1-2010[2]和ASTM A 370-2014[3]對于數(shù)值的修約分別采用GB/T 8170-2008和ASTM E29-2004。前者對于數(shù)值修約的進舍規(guī)則可以概括為“四舍六入五考慮，五后非零應進一，五后皆零視奇偶，五前為偶應舍去，五前為奇則進一”；后者用條文“當將一個數(shù)值修約成規(guī)定的有效位數(shù)時，應選擇修約成精確程度最接近于它的數(shù)值。如可能有兩種選擇，即擬舍棄的數(shù)字正好是5，或5后為零，則選擇以偶數(shù)為結尾的數(shù)字”進行了歸納簡述。

由上文可知，兩者數(shù)值修約的進舍規(guī)則基本相同，只是在敘述方式上有些差別。下面以某項目用規(guī)格為Φ1 219×18.4 mm X80的鋼管管體室溫拉伸試驗為例，對試驗數(shù)值的修約進行說明，結果見表1。

表1 試驗數(shù)值的修約結果

2.2 屈強比的計算

在表1中，屈強比在屈服強度和抗拉強度修約前后的計算值分別為0.873 9、0.874 1，修約后均為0.87。但在實際試驗中，絕大部分情況為采用同一組原始試驗數(shù)據(jù)、運用相同的數(shù)值修約程序，不同的屈強比計算步驟得到不同的計算結果，或者不同的判定結果。表2中為某項目用Φ1 219 mm×18.4 mm X80鋼管管體拉伸試驗情況，包括試驗的原數(shù)值、屈強比的計算結果及判定結果：

表2 屈強比的計算及結果的判定

2.3 對比分析

根據(jù)表2可知，同一組試驗修約前計算屈強比結果不合格、修約后計算合格。同理，也存在修約前計算屈強比結果合格、修約后計算不合格的情況。對于是在屈服強度和抗拉強度修約前計算屈強比、還是修約后計算屈強比，各廠家存在不同的計算方法。在標準GB/T 9711-2017和API Spec 5L -2018沒有提及，在標準GB/T 228.1-2010和ASTM A 370-2014中也沒有規(guī)定，在標準GB/T 8170-2008中規(guī)定了“不允許連續(xù)修約”但對此沒有明確說明且與此情況不相符。

而在標準ASTM E29-2004[4]中，為了在試驗數(shù)值的記錄、計算和報告時作到正確確定數(shù)值的有效位數(shù)，用一章十四條的篇幅規(guī)定了有關規(guī)則。其中，有一條規(guī)則內(nèi)容為“測試數(shù)據(jù)的計算：根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算試驗結果時，應避免在計算過程中進行修約，盡可能地用計算裝置或有效的方法對試驗數(shù)據(jù)進行準確計算，并對最終結果進行修約。”根據(jù)此條規(guī)定，按照標準ASTM A 370-2014進行拉伸試驗確定屈強比時，應在屈服強度和抗拉強度修約前進行計算。

鑒于以上情況，本文認為在數(shù)值修約方面標準ASTM E29-2004更加實用，屈強比的計算應在屈服強度和抗拉強度修約前進行計算，并且推薦在管道工程項目中應對鋼管管體屈強比的計算程序做出技術補充。

3 極限數(shù)值的判定

3.1 極限數(shù)值的判定

在標準GB/T 8170-2008[5]中，極限數(shù)值的概念為“標準(或技術規(guī)范)中規(guī)定考核的以數(shù)量形式給出且符合該標準(或技術規(guī)范)要求的指標數(shù)值范圍的界限值。因此，極限數(shù)值的判定就是對觀測值或計算值是否符合標準(或技術規(guī)范)而做出的判斷。

標準ASTM E29-2004對于觀測值或計算值的判定，除規(guī)定“修約法”外還規(guī)定了“絕對法”，這種“絕對法“就是標準GB/T 8170-2008中規(guī)定的所謂“全數(shù)值比較法”。因此，兩個標準具有相同的極限數(shù)值判定方法，即全數(shù)值比較法和修約值比較法。表3是極限數(shù)值的判定方法，根據(jù)標準GB/T 8170-2008和ASTM E29-2004做出判定。

表3 極限數(shù)值的判定方法

由表3可知，如同標準GB/T 8170-2008中所提一樣“對于同樣的極限數(shù)值，若它本身符合要求，則全數(shù)值比較法比修約值比較法相對較嚴格”。

3.2 對比分析

按照慣例，對屈強比數(shù)值按照標準要求極限值的最右邊數(shù)位的最鄰近單位數(shù)值進行修約，然后進行極限值的判定。在GB/T 9711-2017[6]條文2，圓整部分規(guī)定“除本標準規(guī)定外，為了確定與規(guī)定要求的一致性，應根據(jù)ISO 80000-1 2009，附錄B，規(guī)則A，把觀測值或計算數(shù)值圓整到用于表示極限值的最右邊數(shù)位的最鄰近單位數(shù)值” ； API Spec 5L -2018[7]條文2.2中，圓整部分規(guī)定“除本標準規(guī)定外，為了確定與規(guī)定要求的一致性，應根據(jù)ISO 80000-1 2009/cor1:2011，附錄B，規(guī)則A，把觀測值或計算數(shù)值圓整到用于表示極限值的最右邊數(shù)位的最鄰近單位數(shù)值”但對于極限數(shù)值的判定沒有明確說明。

然而，由于全數(shù)值比較法比修約值比較法相對較嚴格。同時，標準GB/T 8170-2008規(guī)定“當標準或有關文件中，若對極限數(shù)值無特殊規(guī)定時，均應使用全數(shù)值比較法?！币虼?，在極限數(shù)值判定時上述做法存在不合理或寬松之處。

根據(jù)以上情況的對比分析，本文認為在管道工程項目技術規(guī)格書中應對鋼管管體屈強比的數(shù)值判定做出明確規(guī)定；并且，在采用修約值比較法進行極限值判定時應采用更嚴謹?shù)膶懛ǎ热缜姸?.93(+)，表示原數(shù)值超出了0.93，但判為合格。

4 結 論

根據(jù)以上內(nèi)容的闡述、對比和分析，關于鋼管管體屈強比的計算和判定，本文提出如下建議：

1)屈強比的計算應在屈服強度和抗拉強度修約前進行計算；

2)在采用修約值比較法進行極限值判定時應采用更嚴謹?shù)膶懛ǎ?/p>

3)在管道工程項目中，應對鋼管管體屈強比的計算方法和其極限數(shù)值的判定做出明確的技術補充。