一种管线钢热轧卷板屈服强度的测试方法

摘要

本发明涉及一种管线钢热轧卷板屈服强度的测试方法，对于平直的矩形拉伸试样，按GB/T 228.1-2010所述方法测试屈服强度；对于不平直的矩形横截面拉伸试样，首先在矩形横截面拉伸试样相邻处的热轧卷板上加工对应方向的圆形横截面拉伸试样，并求出其规定比例极限R

说明书

技术领域

本发明涉及金属力学检测技术领域，尤其涉及一种管线钢热轧卷板屈服强度的测试方法。

背景技术

GB/T 14164-2013《石油天然气输送管用热轧宽钢带》规定，对于L485/X70及以下级别的钢带和钢板，拉伸试验应采用全厚度矩形试样；对于L555/X80及以上级别的钢带和钢板，拉伸试验可采用全厚度矩形试样或圆棒试样。但由于圆棒试样在加工过程中去掉了表面层，使材料的性能发生变化。如果表面层强度(硬度)较高，加工后试样强度就会降低；如果表面层强度(硬度)较低，加工后试样强度就会升高。并且如果管线钢管直径比较小，则拉伸样坯弯曲角度大，圆棒拉伸试样不直，很难保证加工后试样的轴心是一条直线，试验结果的准确性值得商榷。因此，管线钢热轧卷板采用全厚度矩形试样做拉伸试验更科学、更合理。

GB/T 14164-2013同时规定用规定总延伸强度R_t0.5来度量管线钢卷板的屈服强度。R_t0.5是管线钢热轧板卷最重要的力学性能指标之一，也是保证管道工程安全运行必不可少的技术参数。但是由于管线钢热轧卷板呈弯曲状态，其拉伸试验过程中引伸计标距内的变形实际由两部分组成：一是不平直试样受拉展平产生的变形，另一个是试样真实的弹塑性变形，直接拉伸的不平直试样使得测量结果与真实值之间存在一定的误差，R_t0.5检测值波动大，检测值偏低，直接影响了对管线钢热轧卷板屈服强度的评定效果。

目前国内绝大部分单位对取样方向为轧制方向、30°方向、45°方向的管线钢热轧卷板的不平直矩形拉伸试样，均采用冷压平的方法来测定其R_t0.5以得到材料的屈服强度。然而对试样进行冷压平的过程会对材料的应力状态产生影响，并且由于冷压平并无标准尺度，仅凭经验评估，使得测量值和真实值之间存在一定的误差，具体表现为测得的R_t0.5值波动大，从而影响了对管线钢热轧卷板屈服强度的真实评定。同时，由于钢级的升高和壁厚的增大，使得试样的冷压平变得越来越困难，对材料屈服强度的测试的影响变得愈加明显。因此如何正确界定高钢级、大壁厚管线钢管的屈服强度是必须解决的一个迫在眉捷的问题，解决和处理好这个问题是研制和生产管线钢热轧卷板关键因素之一。

经检索，有关高温拉伸速率的设定方法的相关专利或文献报道有很多，如《管线钢Rt0.5的测量误差分析》(焊管，2005，N0.1)；《螺旋焊管试样不平度对规定总伸长应力测定值的影响》(焊管，1996，N0.6)；《管线钢规定总伸长延伸强度测量误差及其消除方法》(焊管，2007，N0.5)；《西气东输工程用X70热轧板卷屈服强度检测值波动大的探讨》(钢铁研究，2003，N0.6)；《X80与X100级管线钢屈服强度Rt0.5与Rp0.2的差异性研究》(焊管，2007，N0.5)；《管线钢屈服强度的稳定性试验》(理化检验，2010，N0.10)；申请号为200910010670.0(申请日为2009-03-09)的中国专利《一种高钢级大壁厚管线钢管屈服强度的测定方法》等。

上述关于管线钢屈服强度的测定方法的文献中，有的建议采用R_P0.2做为管线钢屈服强度的性能指标，但这跟管线钢规范要求采用R_t0.5做为管线钢屈服强度的性能指标不吻合。有的采用冷压平法测量管线钢的屈服强度等，其不足之处在背景技术中已阐述。《管线钢屈服强度的稳定性试验》和《一种高钢级大壁厚管线钢管屈服强度的测定方法》采用预拉伸至R_P0.01来测试管线钢热轧卷板的屈服强度，其不足之处在于不同钢级、不同壁厚的管线钢热轧卷板的比例极限不一定都是R_P0.01，这样预拉伸至R_P0.01会导致有的试样并未完全展平，而有的试样已超过了真实的比例极限，从而影响了屈服强度测试的准确性。因此，上述方法用于管线钢屈服强度的测试时均存在不足之处。

发明内容

本发明提供了一种管线钢热轧卷板屈服强度的测试方法，对管线钢热轧卷板横向、轧制方向、30°方向、45°方向采用全厚度矩形横截面试样进行测试，其中不平直的矩形横截面拉伸试样的屈服强度测试采用预拉至规定比例极限R_P50的方法，能够科学、准确地评价管线钢热轧卷板的屈服强度；解决了常规测试中采用冷压平方法的不稳定性，是管线钢热轧卷板屈服强度的一种新的测试方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种管线钢热轧卷板屈服强度的测试方法，包括如下步骤：

1)设定规定比例极限R_P50；规定拉伸曲线上曲线段某点切线和纵坐标夹角的正切值tanθ₂比直线段和纵坐标夹角的正切值tanθ₁增加50％时，即tanθ₂＝1.5tanθ₁时，该点对应的应力为规定比例极限R_P50；

2)规定比例极限R_P50的计算方法：由规定比例极限R_P50的定义可知，tanθ₂＝1.5tanθ₁；由于E_t＝1/tanθ₁，E_tan＝1/tanθ₂，可推出E_t＝1.5E_tan，其中E_t为拉伸杨氏模量，E_tan为所求规定比例极限R_P50处的切线模量；首先根据理论计算求出E_t，然后再计算出E_tan的理论值即E_tan＝E_t/1.5；

3)在拉伸实验机操作界面中设置多个切线弹性模量E_tan的选定点应力，程序自动计算出选定点应力的切线弹性模量E_tan的实际值，比较E_tan的实际值与理论值的相对误差，若相对误差不大于3％，则该选定点应力有效；求出所有有效数据点应力的平均值，该平均值即为规定比例极限R_P50；

4)用所测试的管线钢热轧卷板加工多件带肩部的全厚度矩形横截面拉伸试样，不同方向的试样数量依据实际情况而定；；

5)对于平直的矩形拉伸试样，按GB/T 228.1-2010所述方法测试屈服强度；

6)对于不平直的矩形横截面拉伸试样，首先在矩形横截面拉伸试样相邻处的热轧卷板上加工对应方向的圆形横截面拉伸试样，每个方向加工一组圆形横截面拉伸试样，每组至少为3件；将圆形横截面拉伸试样分别拉至断裂，并按步骤2)求出每件圆形横截面拉伸试样的规定比例极限R_P50(n)，取同组圆形横截面拉伸试样规定比例极限R_P50(n)的平均值作为该方向的规定比例极限R_P50；

7)将不平直的矩形横截面拉伸试样分别预拉伸至规定比例极限R_P50后卸载，将拉伸试样松开，再重新夹持后拉至断裂，然后按GB/T>

所述拉伸试验机选用Zwick Z100型全自动拉伸实验机。

所述在拉伸实验机操作界面中设置切线弹性模量E_tan的选定点应力数量为3～20个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

对管线钢热轧卷板横向、轧制方向、30°方向、45°方向采用全厚度矩形横截面试样进行测试，其中不平直的矩形横截面拉伸试样的屈服强度测试采用预拉至规定比例极限R_P50的方法，能够科学、准确地评价管线钢热轧卷板的屈服强度；解决了常规测试中采用冷压平方法的不稳定性，是管线钢热轧卷板屈服强度的一种新的测试方法。

附图说明

图1是本发明所述拉伸曲线上规定比例极限R_P50的示意图。

具体实施方式

本发明一种管线钢热轧卷板屈服强度的测试方法，包括如下步骤：

1)设定规定比例极限R_P50；规定拉伸曲线上曲线段某点切线和纵坐标夹角的正切值tanθ₂比直线段和纵坐标夹角的正切值tanθ₁增加50％时，即tanθ₂＝1.5tanθ₁时，该点对应的应力为规定比例极限R_P50；

2)规定比例极限R_P50的计算方法：由规定比例极限R_P50的定义可知，tanθ₂＝1.5tanθ₁；由于E_t＝1/tanθ₁，E_tan＝1/tanθ₂，可推出E_t＝1.5E_tan，其中E_t为拉伸杨氏模量，E_tan为所求规定比例极限R_P50处的切线模量；首先根据理论计算求出E_t，然后再计算出E_tan的理论值即E_tan＝E_t/1.5；

3)在拉伸实验机操作界面中设置多个切线弹性模量E_tan的选定点应力，程序自动计算出选定点应力的切线弹性模量E_tan的实际值，比较E_tan的实际值与理论值的相对误差，若相对误差不大于3％，则该选定点应力有效；求出所有有效数据点应力的平均值，该平均值即为规定比例极限R_P50；

4)用所测试的管线钢热轧卷板加工多件带肩部的全厚度矩形横截面拉伸试样，不同方向的试样数量依据实际情况而定；；

5)对于平直的矩形拉伸试样，按GB/T 228.1-2010所述方法测试屈服强度；

6)对于不平直的矩形横截面拉伸试样，首先在矩形横截面拉伸试样相邻处的热轧卷板上加工对应方向的圆形横截面拉伸试样，每个方向加工一组圆形横截面拉伸试样，每组至少为3件；将圆形横截面拉伸试样分别拉至断裂，并按步骤2)求出每件圆形横截面拉伸试样的规定比例极限R_P50(n)，取同组圆形横截面拉伸试样规定比例极限R_P50(n)的平均值作为该方向的规定比例极限R_P50；

7)将不平直的矩形横截面拉伸试样分别预拉伸至规定比例极限R_P50后卸载，将拉伸试样松开，再重新夹持后拉至断裂，然后按GB/T>

所述拉伸试验机选用Zwick Z100型全自动拉伸实验机。

所述在拉伸实验机操作界面中设置切线弹性模量E_tan的选定点应力数量为3～20个。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

比例极限是应力和应变成正比关系的最大应力，即在应力-应变曲线上开始偏离直线时的应力，超过这个最大应力值后，应变和应力不再是正比关系，但仍是弹性形变，即撤去外力时还能回复原长。当应力小于或等于比例极限时，应力与应变满足胡克定律，即应力与应变成正比。

规定比例极限的含义用公式表示为：

公式(1)中：R_P50一规定比例极限，MPa；

F_P50—规定比例极限对应的试验力，N；

S_o—原始横截面积，mm²。

但实际在拉伸曲线上，不是测定开始偏离直线那一点的应力，而是测定偏离一定值的应力。一般规定曲线上某点切线和纵坐标夹角的正切值tanθ₂比直线部分偏离和纵坐标夹角的正切值tanθ₁增加50％时，即tanθ₂＝1.5tanθ₁，则该点对应的应力即为规定比例极限R_P50，如图1所示。

本发明由R_P50在拉伸曲线上的定义，E_tan＝E_t/1.5，并采用将理论计算与实际值相比较的方法，求出规定比例极限R_P50。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

用所测试的管线钢热轧卷板加工横向、45°方向的带肩部的全厚度矩形横截面拉伸试样各3件，同时在不平直的45°方向矩形横截面拉伸试样相邻处加工对应方向的直径为12.7mm圆形横截面拉伸试样3件。试样编号规则如下：首位数字为取样方向：“9”为横向，“5”为45°方向。第二位数字为顺序号。

对于平直的横向矩形拉伸试样，按GB/T 228.1-2010所述方法测试屈服强度；

将45°方向的圆形横截面拉伸试样分别拉至断裂，并按步骤2)求出每件圆形横截面拉伸试样的规定比例极限R_P50(n)，取同组圆形横截面拉伸试样规定比例极限R_P50(n)的平均值作为该方向的规定比例极限R_P50。圆形横截面拉伸试样性能结果见表1，规定比例极限R_P50试验结果见表2。

表1圆形横截面拉伸试样力学性能试验结果

试样号R_t0.5/MPaR_P0.2/MPaR_m/MPaA_50mm/％5155856069827.25257758071625.45359159272625.3

表2规定比例极限R_P50试验结果

则该管线钢热轧板45°方向试样的比例极限R_P50平均值为(489.9+487.1+489.2)/3＝489MPa。

将45°方向的矩形横截面拉伸试样分别预拉伸至规定比例极限R_P50＝489MPa后卸载，将拉伸试样松开，再重新夹持后拉至断裂，然后按GB/T>

表3矩形横截面试样的试验结果

试样号R_t0.5/MPaR_P0.2/MPaR_m/MPaA_50mm/％9162362678831.99262662577431.09362662677931.05156856674038.25257056873838.25357457075037.2

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。