试样加工方法及形状对X90/X100钢级管材性能测试结果的影响

试样加工方法及形状对 X90/X100钢级管材性能测试结果的影响

王向宇 黄进 王硕 刘洋

天津钢管集团股份有限公司 天津市 300308

摘要：随着建筑业发展，对建筑材料种类和质量要求也不断提高，管线钢管是工程建造中必不可少的建筑材料。X90/X100管线钢管是被应用比较多的建筑类材料之一，在其生产加工过程中钢级的改变对钢管管线有决定性影响。所以为了更好地发挥X90/X100管线钢管在建筑工程中的使用性能，我们对其加工方法和结构形态等都进行了多次测验，得到有效数据，比如横圆棒型的拉伸性能明显比矩行使用效果要好。

关键词：形变强化；拉伸实验；试样加工

引言：

大口径厚壁管线钢管一般被作为石油天然气等重要原材料运输管道。可想而知它的使用性能以及安全性多么重要。石油天然气等都是经济发展所必要的重要资源。世界上由于资源抢夺引发的战争随处可见，其自身特别的物理化学状态决定了其运输方式的不同和特别。高级钢管管线的拉伸性稳定性都比较好，符合管道建设标准，为保证资源运输安全可靠，X90/X100管线钢管的性能必须经过不断反复测试，只有其经受住考验，测试结果稳定，才可以被使用到管道建设当中。测试主要包括管道变形强化及辛格效应等，当钢管儿在固定塑形后，受到反方向作用力的时候变形状态如何；或者管道内原材料流量的增加与减少对管道是否有影响；管道能够承受的最大作用力是多少；钢管钢极的改变对屈服强度和钢管拉伸度的影响等等众多问题必须一一进行实验，得到准确有效数据，才可以投入生产进行使用。

1. 试样加工影响金属材料性能的主要因素

1.对金属材料表面光滑程度影响

在对钢管管线生产加工过程当中，设备运行时与管线的摩擦碰撞使金属钢管表面产生一定的划痕，以及在生产过程中的废渣、生产垃圾等会附着在钢管表面，这样就会使钢管表面粗糙不光滑。

2.生产过程易发生钢管形变

对于钢管管道等大型建筑材料的生产和加工，对加工场地、技术手段、生产设备等的都有很高要求。环境温度、湿度对生产金属建筑材料时都有重要影响，如果对环境控制不严格，严重时就会导致金属变形，金属钢管发生形变无法达到出厂使用标准。同时生产过程对金属密度、材质、硬度都有严格要求，换言之，如果生产材料不合格那么生产出的钢管管道安全性、稳定性、以及自身硬度等都会发生改变。

3.生产设备对管道质量影响

大型管道管线加工也必须是经过在大的生产设备下对金属材料进行融合、塑形、切割、打磨等复杂的生产工艺下才能完成。因为生产材料的特殊性要求生产设备原件质量必须过关，不能在生产过程中发生变形及损坏。在金属材料切割打磨过程中会产生大量热量如果金属元件材质稳定性差遇热发生形变，将会严重影响管道钢管生产进程。 综上所述，试样加工对钢管管线加工产生诸多不良影响，生产工艺有待改善。

2. 式样加工对钢管生产影响的措施及方法

1.控制好生产工艺

钢管管道生产加工过程中产生的诸多问题实际还是生产方法不够完善，加工工艺不够严谨。首先我们要做的就是提高加工技术，在金属打磨切割过程中选择适当的加工模具。减少模具元件与钢管之间产生的摩擦和碰撞，以期减少钢管表面划痕，增加表面光滑度。另外选择合适的加工技术，掌握好生产过程中各设备参数数据，严格执行，降低生产不合格率，减少原材料浪费，增加企业经济效益。 2.选择合适的加工材料

可以完成管道加工生产的原材料有很多，但要使生产出的成品管线管道各项指标都符合使用标准，就必须在生产过程中选择合适的材料，进行融合加工使钢管硬度、拉伸度、屈服强度等符合运输管道建设要求。钢管加工主要使用合金、圆钢等材料进行加工制作。材料的选择非常严格，不允许原材料表面有裂痕、气孔、麻点、沙眼等总之生产原材料表面不光滑，不可以被使用，以及生产之前还要对生产材料密度、稳定性、韧性等做好比对和调查，选择最合适的原材料。3.最大可能减少工件表面影响因素

造成工件表面状态改变的因素有很多，比如切割时会造成工件表面温度过高，随着温度的改变。生产原材料性能也会改变如材料的密度、韧性等，为保证材料稳定性，减少形变因素，就必须控制好原件表面温度。降低温度最合理的办法是在切割过程中使用冷却剂，由于切割材料不同，温度升高程度也不同，那么就需要使用不同的冷却剂来降低元件温度。比如在对铸钢材料进行切割时，一般使用大豆油等作为冷却剂；在对铸铁工件进行切割时，一般使用煤油作为冷却剂。而冷却剂的使用又带来了新的问题，会造成管道外壁冷却剂残留，为最大程度减少残留面积，必须严格控制好使用剂量。

4.做表面层硬化处理时的影响

钢管管道在加工过程当中会受到外作用力影响而产生形变。较为常见的变形方式是表面扭曲变形，发生这一现象的根本原因是生产时作用力过大，生产材料受力过猛导致纤维组织破坏，使原材料物理形态发生改变，使钢管表面发生硬化现象，导致金属钢管表面张力发生改变，拉伸度下降，导致钢管使用性能变低。 由以上分析可以得出，表面硬化现象对钢管加工过程中产生的影响比较大，且不易控制和改变，这一问题严重影响了钢管使用性能。

5.金相组织对钢管材料影响分析

由以上分析可以得出，一旦在钢管管道加工过程中发生切割打磨就会使温度增高，物理环境的快速变化极易使工件表面发生金属组织变化，从而改变原件结构，降低元件使性能，缩短原件使用寿命。原件金属组织的改变在加工时对原材料的作用力也发生改变，会使切削效果不理想，钢管管道表面出现大量残渣等。对管道生产产生不利影响。

三、试样加工对X90/X100管线钢管拉伸的影响分析

钢管加工需要使用铸坯、锻坯、空心坯等做制管材料。在样品制作加工前需要做拉伸测试，只有拉伸测试合格才可以投入生产。从某种意义上说样坯的拉伸度一定程度上决定了管道管线的拉伸程度。对于不同形状样坯的测试，需要使用不同机床，比如圆形需要使用车床，矩形需要使用平面磨床等，根据不同样坯选择适当的机床。另外在进行拉伸度测试时还要注意防止生产材料受热膨胀或加工硬化对其拉伸性能产生的影响。严格遵守生产程序有效降低和减少能够影响测试结果的各种因素。严格按照标准要求制作样坯，不符合要求的样坯绝不可以被用于加工管道管线。

结束语：

综上所述，钢管管线生产合格用于工程建设之前，需要经过多次反复测试和实验。只有各个环节都达到生产指标才可以被最终使用。通过对X90/X100管道管线试样加工测验分析，可以知道抽样测试方法不同对钢管拉伸性能的测试结果也不同。横向圆棒试验拉伸结果比矩形试验结果要好，主要是包辛格效应造成的。取样方法主要使用切割法，它对钢管金相组织、硬度、韧度影响比较小，为了使实验结果更加真实有效，在取样时最好能从钢管上截取大块毛坯，采用切割法进行切割如果有冷水，最好用冷水进行冷却，采样面积最好够大留出边缘部分的热影响区。通过比对试验圆棒试样拉伸效果更好。钢管在生产加工过程中外力对钢管表面以及内部结构都会产生影响，钢管外部的一个划痕，内部的一小部分结构变化对钢管稳定性和使用性能都有不利影响。通过对这些问题的分析和总结，可以有效避免在生产过程中产生的原材料浪费，提高成品率。随着工业化进程不断推进，科技进步，对材料的处理方法更科学严谨。金属材料不仅被用于建筑材料生产加工，也被用于医疗、航空航天等众多其他领域，通过科学加工方法和手段不断完善使用性能，使金属材料更好地被用于生产建设当中。

参考文献：

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