钢管横向屈服强度测试试样选用方法技术

本发明专利技术公开了一种钢管横向屈服强度测试试样选用方法，该方法克服了目前管线设计过程中存在的选用不同的测试试样，测试结果不同给实际工程中的检验评判造成困惑这一问题，同时，将残余应力对钢管强度即承压能力的影响纳入试样选用过程进行综合考虑，使钢管屈服强度试样的选择更合理、经济。本发明专利技术的技术方案是通过待测钢管的静水压环向屈服强度σｈｓ，与圆棒试样测试的屈服强度σｂｓ、板状试样测试的屈服强度σｓｓ之间的比值关系确定选用的试样，当σｈｓ≥１．１６σｂｓ时，采用圆棒试样测试结果作为判断产品是否合格的标准，当１．１６σｓｓ≤σｈｓ＜１．１６σｂｓ时，采用板状试样的测试结果作为判断产品是否合格的标准，当σｈｓ≤１．１６σｓ时，说明样品的残余应力太大，需要降低残余应力或降级使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种屈服强度测试试样选用方法，尤其涉及一种钢管横向屈服强度测试试样选用方法。
技术介绍
管线是石油天然气最经济、最安全的输送方式，为保证输送效率，提高输送压力是 必由之路，因此，具备一定的承压能力是管线钢管满足使用要求最基本的条件。运行中防止 管线发生塑性变形是保证管线安全的前提。钢管管体的屈服强度，特别是处于主应力方向 钢管横向的屈服强度，直接反映钢管的承压能力，是管线强度设计的基本依据，是保证管线 安全运行最重要的参数。 输送钢管标准规定钢管横向的屈服强度主要采用以下两种试样进行测试压平的 全壁厚板状试样和不压平但是去掉表面层的圆棒试样。大量的试验分析发现，两种试样的 测试结果存在差异，特别是对强度较高的高钢级管线钢两者的差异较大，这一情况在很多 时候会造成用一种试样的测试结果合格，而用另一种试样的测试结果不合格，给钢管生产 中正常的检验、评判带来一定的困惑。 另外，钢管在制造过程中都会存在一定水平的残余应力，残余应力的存在会与内 压叠加影响钢管实际屈服时的压力，也就是承压能力。这就是说，由于残余应力的存在，即 使板状试样、圆棒试样两种试样测试结果都合格，钢管实际的强度可能会出现不足而偏于 危险。
技术实现思路
本专利技术的目的是在确保钢管的强度即承压能力满足设计要求的前提下，提供一种能够根据钢管残余应力的水平，确定在何种情况下使用标准的板状或圆棒试样测结果作为钢管是否合格检验依据的。 为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下 本专利技术，包含如下步骤 第一步测试得出待测钢管的静水压环向屈服强度o hs，圆棒试样测试的屈服强 度Obs，板状试样测试的屈服强度oss; 第二步按照以下规则，比较所得的待测钢管o hs、 o bs、 o ss的值，确定采用何种试 样的测试结果作为钢管是否合格的判断标准 当o hs > 1. 16 o bs时，采用圆棒试样测试结果作为判断产品是否合格的标准； 当1. 16 o ss《o hs < 1. 16 o bs时，采用板状试样的测试结果作为判断产品是否合 格的标准； 当ohs《1. 160s时，说明样品的残余应力太大，需要降低残余应力或降级使用。 本专利技术的有益效果如下 本专利技术，在确保管线强度即承压能力的前提3下，根据钢管残余应力的水平，给出了高强度管线钢管横向屈服强度测试试样的选用办法， 可以在圆棒试样测试的屈服强度o吣板状试样测试的屈服强度0^分别作为评判标准得 出的结论不同时，提供解决方法，既保证了管线运行的安全，又发挥了材料强度潜力，兼顾 了经济与合理。具体实施例方式管线强度设计是保证石油管线能否安全工作的关键，"GB50251-2003输气管道工程设计规范"中给出了管线强度的设计公式，如下所示 ( "卞)xi^尝 (6) 式中，S-钢管计算壁厚(cm) P-设计压力(MPa) D-钢管外径(cm) o rs-钢管横向的最小屈服强度(MPa) F-强度设计系数(主要考虑壁厚公差) p -焊缝系数； t-温度折减系数。当温度小于12(TC时，t值取1.0。 要想得到真实的钢管横向的最小屈服强度o rs，需要进行材料失效或破坏性试 验，而在工程实际中，大多数构件都处于复杂的应力状态，这种情况下进行材料失效或破坏 试验不切实际。为此，人们通过大量的实验、实践和理论分析，提出了许多材料失效或破坏 的理论和假设，得到材料的破坏与某一特定因素有关这一基本认识，于是可以利用简单受 力条件下的试验结果建立复杂应力状态的强度条件。管线设计采用的是管材在简单受力情 况下即单轴拉伸应力状态下测试的屈服强度，即应选用圆棒、板状标准试样的测试结果。 设计公式(6)考虑了钢管壁厚公差和温度的影响，同时，"GB50251-2003输气管道 工程设计规范"也要求对应力状态即轴向载荷对承压能力的影响进行校核。但是，在管线设 计中，唯独没考虑钢管残余应力的影响。 静水压试样测试得到的屈服强度是钢管环向和轴向双向拉应力作用下的结构屈 服强度，不能直接作为设计的依据。 由于以上原因，本专利技术的，利用实际钢管静 水压环向屈服强度Ohs和钢管横向的圆棒试样测试的屈服强度o吣板状试样测试的屈服 强度0^之间的关系，引入反映钢管残余应力水平的静水压环向屈服强度Ohs，作为选用圆 棒还是板状试样的测试结果作为检验依据的一个重要指标。 本专利技术，通过以下方式推导得出 首先，在板状试样测试的屈服强度o ^圆棒试样测试的屈服强度o bs、钢管真实的屈服强度o 之间有如下关系式 0 ss《0 bs《0 rs (1) 这是因为，首先，对于板状试样，在制作时由于压平引入Banschinger效应，影响 试样的测试的屈服强度，使其降低，从而使板状试样测试的屈服强度0^低于钢管真实的屈服强度0^;其次，对于棒状试样，在加工时需要去掉表层，由于在钢板轧制和冷却过程 中板材表层的变形量较大、冷却速度快，造成板材表面层的晶粒小、强度相对较高，当圆棒 试样加工时去掉表面层后，屈服强度测试结果比原始状态降低，即圆棒试样测试的屈服强度Obs低于钢管真实的屈服强度Ors;最后，大量实验结果表明，对于高强度管线钢，特别是屈服强度在450MPa以上的管线钢，Banschinger效应的影响大于板材壁厚方向性能差异的 作用，因而有关系式(1)。 其次，米塞斯(Von.Mises)屈服准则即公式(2)，给出了材料单向拉伸屈服强度和 各主应力之间的关系。<formula>formula see original document page 5</formula> 其中，o 。_单向拉伸条件下的屈服强度 0「环向应力 02-轴向应力 03-径向应力 由于输送钢管属于薄壁圆筒，所以钢管的径向应力。3为零，静水压试样的屈服则 是环向和轴向双向拉应力作用下的双向应力屈服。由于静水压试验环向应力h和轴向应 力o 2都是拉应力且有2比1的比例关系，不考虑钢管残余应力的情况下，静水压试验环向 应力c^也就是静水压试样环向的屈服强度Ohs和在单向拉伸条件下钢管管体横向的屈服 应力0^也就是钢管横向真实的屈服强度Ors之间有如下的关系 <formula>formula see original document page 5</formula> 同时，当轴向力02等于零或小于零即呈压应力时，则由(2)式可以推算出环向的 屈服强度和钢管横向真实的屈服强度之间分别有如下的关系 ohs= ors轴向力等于零 (4) ohs《ors轴向力小于零 (5) 公式(4)、公式(5)说明，由于静水压试样环向屈服强度o hs是双向应力作用下的 结构强度，随着轴向力的不同，静水压试样环向屈服强度Ohs和钢管横向真实的屈服强度 o re的关系也在变化，这也是静水压试样环向屈服强度o hs不能直接作为设计的依据的主 要原因。 根据公式(1)、公式(3)，分析如下根据残余应力研究的结果，两倍管径以上长度 钢管管段测试的残余应力是钢管真实的残余应力水平。静水压试样的长度通常要求是10 倍的管径，所以静水压试样环向的屈服强度的测试结果全面反映了钢管真实残余应力的大 小。关系式(3)是静水压本文档来自技高网...

【技术保护点】
钢管横向屈服强度测试试样选用方法，其特征在于：包含如下步骤：第一步：测试得出待测钢管的静水压环向屈服强度σ↓［ｈｓ］，圆棒试样测试的屈服强度σ↓［ｂｓ］，板状试样测试的屈服强度σ↓［ｓｓ］；第二步：按照以下规则，比较所得的待测钢管σ↓［ｈｓ］、σ↓［ｂｓ］、σ↓［ｓｓ］的值，确定采用何种试样的测试结果作为钢管是否合格的判断标准：当σ↓［ｈｓ］≥１．１６σ↓［ｂｓ］时，采用圆棒试样测试结果作为判断产品是否合格的标准；当１．１６σ↓［ｓｓ］≤σ↓［ｈｓ］＜１．１６σ↓［ｂｓ］时，采用板状试样的测试结果作为判断产品是否合格的标准；当σ↓［ｈｓ］≤１．１６σ↓［ｓ］时，说明样品的残余应力太大，需要降低残余应力或降级使用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏达，冯耀荣，申昭熙，董保胜，李云龙，
申请(专利权)人：北京隆盛泰科石油管科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]