分析无缝钢管断后伸长率不合格的原因

力学性能是钢铁产品的重要性能指标之一，钢铁产品的力学性能采用拉力试验机进行试验，断裂后测出的力学性能指标有:屈服强度(试样呈现屈服现象时的应力点)、抗拉强度(相应最大力对应的应力)、断后伸长率(断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率)等。由于该方法简便快捷，因而广泛应用于钢铁产品的检验及质量评估中。

某A机组生产的执行技术标准为GB/T 5310- -2017《高压锅炉用无缝钢管》的12Cr1MoVG和20C钢管，在进行理化性能检验时，偶尔会出现断后伸长率不合格情况。影响断后伸长率的主要因素有:金属材料自身的性能、内部存在的各种冶金缺陷，试样的几何形状、标距和直径，试样表面光洁度和测量误差等"。现重点分析试样形状造成钢管断后伸长率不合格的原因。

断后伸长率不合格影响因素分析

1.1试样

由于A机组专门用于中厚壁管的生产，所取拉伸试样可采用全壁厚弧形条状试样(简称条状样)，也可以采用圆棒试样(简称圆棒样)P。现场调查发现，断后伸长率不合格的试样均为条状样。这两种形状试样的试验结果是有差异的，圆棒样通常较条状样的断后伸长率高，原因: - -是圆棒样经机加工后，表面光滑，缺陷较少，而条状样的两表面均为直接轧制面，表面缺陷相对较多;二是两种形状试样在拉伸时的应力和应变状态也有差异，圆棒样的派生应力相等，四周收缩变形均匀,而条状样的派生应力不相等，四周收缩变形存在差异，也造成了两种试样断后伸长率的差异2。

按照CB/T228.1--2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》，在A机组生产的两支12Cr1MoVG钢管上分别取样(试样编号1和2),各加工成两个25 mm宽度的条状样(编号a和b)和两个φ10mm圆棒试样(编号c和d)，试样的形状、尺寸和表面光洁度经测量完全满足CB/T 228.1-2010和GB/T 2975- -1998《钢及 钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》要求后，为减少偏差，拉伸试验由同一个人在同- -台设备上进行0，断后伸长率按比例标距进行测量。12Cr1MoVG 钢管的拉伸试验结果见表1。从表1可以看出，两种形状试样的测试结果中，抗拉强度和屈服强度相差不大，而圆棒样的平均断后伸长率比条状样的高6.7%。

1.2生产情况

现场有3套机组同时生产12Cr1MoVG和20G钢管，统计其近期条状样的断后伸长率测试结果，结果见表2。从表2中可以发现，B机组和C机组生产的20G和12Cr1MoVG钢管的断后伸长率均要高于A机组生产的。

查询近两年的理化性能检验数据发现，B机组和C机组生产的20G和12Cr1 MoVG钢管的断后伸长率均没有出现不合格的现象，而A机组所取的条状样则断断续续出现了多次断后伸长率不合格的情况，这说明A机组存在某些固有因素致使其产品在拉伸试验中引起断后伸长率偏低。3个机组中，A机组是Assel三辊斜轧管机组，其余2个机组为PQF连轧管机组。因此认为，应当是轧制工艺的不同导致试样的几何形状不同，最终引起断后伸长率的差异。进一步观察分析认为: Assel 三辊斜轧管机组会在钢管内表面产生等距的内螺旋，而PQF连轧管机组则内表面光滑。由于内螺旋的存在致使试样标距内的横截面积变化，从而表现出圆棒样和条状样之间的拉伸试验结果差异(表1)，以及各机组生产的钢管的断后伸长率的差异(表2)。

1.3矫直的影响

生产的12Cr1MoVG和20G钢管都要经过矫直，若矫直压下量大，会引起钢管外表面发生冷变形，产生加工硬化,最终导致材料屈强比上升、断后伸长率下降。实际生产中，A机组专用于中厚壁管的生产，其矫直的压下量与B和C机组相比会相对较大，所取的条状样会保留加工硬化面，因而测出的断后伸长率低，而圆棒样则切除了管壁外表加工硬化面，因而测出的断后伸长率高。矫直也是条状样断后伸长率偏低或不合格的原因之一。

分析与讨论

分析发现，试样形状是断后伸长率的重要影响因素之一，同一产品采用条状样比采用圆棒样测出的断后伸长率低;机组之间对比分析可知，Assel 三辊斜轧管机组的产品的断后伸长率比其他机组的低，由此产生不合格现象。矫直对两种形状的试样影响较小，而条状样中的内螺旋是引起断后伸长率偏低或不合格的重要因素之一。

由于材料试验的目的是真实反映材料的性能，而钢管的条状样断后伸长率偏低或不合格不是材料本身的塑性差，而是由试样尺寸的差异引起的，因此对带有内螺旋的钢管进行拉伸试验时，如果内螺旋引起的试样横截面形状公差大于GB/T 228.1的规定，为使试验结果具有可比性，应该在加工拉伸试样时去掉无缝钢管内壁的内螺旋，这样才能排除试样结构对试验结果的影响。