趙藝

（新疆八鋼金屬制品有限公司烏魯木齊金圓螺旋焊管分廠，新疆 烏魯木齊 830000）

0 前言

螺旋焊管主要用于輸送流體，介質(zhì)有水、蒸汽、天然氣、石油和化學(xué)液體等，輸水時(shí)除一般形式鋼管外還有不銹鋼芯子免補(bǔ)口鋼管和承插鋼管形式，承插鋼管因其安裝快捷、方便而受到用戶歡迎，這兩種鋼管均需將管端擴(kuò)口，對(duì)于壁厚≤10 mm鋼管，冷擴(kuò)口后會(huì)發(fā)生冷作硬化，冷作硬化會(huì)改變力學(xué)性能，是否能滿足使用要求需要研究，同時(shí)該類鋼管因安裝需要擴(kuò)徑率太小，不能執(zhí)行GB9711-2011PSL1《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》中0.003-0.015定徑率要求，國內(nèi)對(duì)承插鋼管并沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，因此合適的擴(kuò)徑率是保證使用功能的重要參數(shù)。

1 螺旋焊管微擴(kuò)口分析

1.1 冷作硬化

材質(zhì)為Q235B的螺旋焊管兩端在擴(kuò)徑力作用下微擴(kuò)口成型，截取擴(kuò)徑后的母材做力學(xué)性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率均發(fā)生了變化，見表1和表2可以看出，擴(kuò)口后屈服強(qiáng)度已接近抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度有的超出正常材料標(biāo)準(zhǔn)范圍；冷作硬化后延伸率已低于正常材料標(biāo)準(zhǔn)值26%，但均大于15%，目前沒有微擴(kuò)口力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，從同樣產(chǎn)生冷作硬化的冷軋帶肋鋼筋《冷軋帶肋鋼筋GBT 13788-2017》標(biāo)準(zhǔn)看（見表3），擴(kuò)口管材料Q235B抗拉強(qiáng)度接近冷軋帶肋鋼筋CRB550，擴(kuò)口管材料屈服強(qiáng)度采用的是Rt0.5，冷軋帶肋鋼筋延伸強(qiáng)度采用的是Rp0.2，兩者沒有可比性，斷后延伸率可以做為對(duì)比的指標(biāo)，斷后延伸率指標(biāo)是不小于11%。從表2看，微擴(kuò)口管端斷后延伸率均大于15%。

表1 擴(kuò)徑前母材拉伸表

表2 擴(kuò)徑后母材拉伸表

金屬塑性變形時(shí)，由于變形不均勻，使變形時(shí)所施加的能量約有10～15%以彈性能的形式存留在金屬內(nèi)部形成變形內(nèi)應(yīng)力，微擴(kuò)口過程中主要產(chǎn)生晶格畸變內(nèi)應(yīng)力。這類變形內(nèi)應(yīng)力有時(shí)是有害的，它導(dǎo)致工件的變形、開裂和抗蝕性降低，使工件降低抗負(fù)荷能力。需要采取一定措施，使內(nèi)外應(yīng)力疊加后相互抵消。涂塑鋼管是鋼管常用的防腐形式，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是CJ/T120-2008，是以鋼管為基管，以塑料粉末為涂層材料，在其內(nèi)表面熔融涂敷一層環(huán)氧粉末，在其外表面熔融涂敷一層聚乙烯層的防腐技術(shù)，其工藝特點(diǎn)是：

（1）涂塑工藝首先要求鋼管必須100%鋼砂噴丸處理，對(duì)于微擴(kuò)口鋼管來說，微擴(kuò)口后經(jīng)過內(nèi)外100%鋼砂噴丸處理，在表面層造成壓應(yīng)力，能提高疲勞強(qiáng)度；

（2）鋼管噴丸處理后，涂塑工藝要求鋼管必須加熱到250℃左右，以保證涂敷材料落在鋼管上時(shí)能立即熔化，通過鋼管旋轉(zhuǎn)將涂料均勻涂敷于鋼管內(nèi)外表面。這一加熱溫度產(chǎn)生的變化稱為回復(fù)，見圖1。隨著金屬加熱溫度的升高，金屬原子動(dòng)能增大，空位和位錯(cuò)移動(dòng)，使得原來在變形晶粒中分散雜亂的位錯(cuò)逐漸集中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨向于完整狀態(tài)，從圖中可看出，在回復(fù)溫度范圍內(nèi)，金屬內(nèi)應(yīng)力基本消除，延伸率緩慢提高，而在此同時(shí)卻保留了其強(qiáng)化了的機(jī)械性能，噴丸和低溫加熱后微擴(kuò)口部分的力學(xué)性能表見表4。

表3 冷軋帶肋鋼筋力學(xué)性能表

圖1 加熱溫度對(duì)冷變形金屬的組織與性能的影響

表4 回復(fù)后母材拉伸表

從表4可以看出，經(jīng)過低溫加熱，微擴(kuò)口母材部分延伸率有了提高，材料韌性得到了提升。

1.2 擴(kuò)口變形量

鋼管因受外力作用而變形的過程可分為三個(gè)階段：彈性變形階段，彈性-塑性變形階段，斷裂，微擴(kuò)口需要的是塑性變形，變形量過大會(huì)造成擴(kuò)口部分焊縫甚至母材撕裂，因此擴(kuò)口變形率必須控制在一定范圍內(nèi)，GB9711-2011PSL1《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》中定徑率0.003-0.015的要求對(duì)承插鋼管無效，不能滿足安裝尺寸的需要，從表5實(shí)際情況看，擴(kuò)口變形率在0.025-0.05之間是比較合適的，既能滿足安裝尺寸要求，又能滿足力學(xué)性能要求。需要注意的是，微擴(kuò)口鋼管必須經(jīng)100%X射線檢測(cè)，檢測(cè)合格后才能擴(kuò)口，否則有焊縫缺陷的鋼管擴(kuò)口時(shí)必然產(chǎn)生裂紋缺陷，影響正常使用。

表5 擴(kuò)徑比數(shù)據(jù)表

1.3 尺寸變化

微擴(kuò)口鋼管經(jīng)冷變形后，圓周方向尺寸增大了許多，壁厚必然發(fā)生變化，從實(shí)際測(cè)量看，母材壁厚會(huì)減薄0.2 mm左右，因此在選用母材壁厚時(shí)必須考慮減薄量，以確保管線有效運(yùn)行。

2 總結(jié)

承插鋼管因其安裝方便快捷受到了用戶的歡迎，但此類鋼管暫沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，力學(xué)性能指標(biāo)和部分關(guān)鍵設(shè)計(jì)數(shù)值沒有統(tǒng)一的要求，必然會(huì)造成行業(yè)亂象，影響產(chǎn)品的使用和推廣，通過摸索得到的數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)生產(chǎn)，能確保產(chǎn)品滿足功能需求。