螺旋焊管微扩口分析

赵艺

（新疆八钢金属制品有限公司乌鲁木齐金圆螺旋焊管分厂，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 前言

螺旋焊管主要用于输送流体，介质有水、蒸汽、天然气、石油和化学液体等，输水时除一般形式钢管外还有不锈钢芯子免补口钢管和承插钢管形式，承插钢管因其安装快捷、方便而受到用户欢迎，这两种钢管均需将管端扩口，对于壁厚≤10 mm钢管，冷扩口后会发生冷作硬化，冷作硬化会改变力学性能，是否能满足使用要求需要研究，同时该类钢管因安装需要扩径率太小，不能执行GB9711-2011PSL1《石油天然气工业管线输送系统用钢管》中0.003-0.015定径率要求，国内对承插钢管并没有行业标准或国家标准，因此合适的扩径率是保证使用功能的重要参数。

1 螺旋焊管微扩口分析

1.1 冷作硬化

材质为Q235B的螺旋焊管两端在扩径力作用下微扩口成型，截取扩径后的母材做力学性能试验，发现屈服强度、抗拉强度、延伸率均发生了变化，见表1和表2可以看出，扩口后屈服强度已接近抗拉强度，抗拉强度有的超出正常材料标准范围；冷作硬化后延伸率已低于正常材料标准值26%，但均大于15%，目前没有微扩口力学性能标准，从同样产生冷作硬化的冷轧带肋钢筋《冷轧带肋钢筋GBT 13788-2017》标准看（见表3），扩口管材料Q235B抗拉强度接近冷轧带肋钢筋CRB550，扩口管材料屈服强度采用的是Rt0.5，冷轧带肋钢筋延伸强度采用的是Rp0.2，两者没有可比性，断后延伸率可以做为对比的指标，断后延伸率指标是不小于11%。从表2看，微扩口管端断后延伸率均大于15%。

表1 扩径前母材拉伸表

表2 扩径后母材拉伸表

金属塑性变形时，由于变形不均匀，使变形时所施加的能量约有10～15%以弹性能的形式存留在金属内部形成变形内应力，微扩口过程中主要产生晶格畸变内应力。这类变形内应力有时是有害的，它导致工件的变形、开裂和抗蚀性降低，使工件降低抗负荷能力。需要采取一定措施，使内外应力叠加后相互抵消。涂塑钢管是钢管常用的防腐形式，执行标准是CJ/T120-2008，是以钢管为基管，以塑料粉末为涂层材料，在其内表面熔融涂敷一层环氧粉末，在其外表面熔融涂敷一层聚乙烯层的防腐技术，其工艺特点是：

（1）涂塑工艺首先要求钢管必须100%钢砂喷丸处理，对于微扩口钢管来说，微扩口后经过内外100%钢砂喷丸处理，在表面层造成压应力，能提高疲劳强度；

（2）钢管喷丸处理后，涂塑工艺要求钢管必须加热到250℃左右，以保证涂敷材料落在钢管上时能立即熔化，通过钢管旋转将涂料均匀涂敷于钢管内外表面。这一加热温度产生的变化称为回复，见图1。随着金属加热温度的升高，金属原子动能增大，空位和位错移动，使得原来在变形晶粒中分散杂乱的位错逐渐集中，内部结构趋向于完整状态，从图中可看出，在回复温度范围内，金属内应力基本消除，延伸率缓慢提高，而在此同时却保留了其强化了的机械性能，喷丸和低温加热后微扩口部分的力学性能表见表4。

表3 冷轧带肋钢筋力学性能表

图1 加热温度对冷变形金属的组织与性能的影响

表4 回复后母材拉伸表

从表4可以看出，经过低温加热，微扩口母材部分延伸率有了提高，材料韧性得到了提升。

1.2 扩口变形量

钢管因受外力作用而变形的过程可分为三个阶段：弹性变形阶段，弹性-塑性变形阶段，断裂，微扩口需要的是塑性变形，变形量过大会造成扩口部分焊缝甚至母材撕裂，因此扩口变形率必须控制在一定范围内，GB9711-2011PSL1《石油天然气工业管线输送系统用钢管》中定径率0.003-0.015的要求对承插钢管无效，不能满足安装尺寸的需要，从表5实际情况看，扩口变形率在0.025-0.05之间是比较合适的，既能满足安装尺寸要求，又能满足力学性能要求。需要注意的是，微扩口钢管必须经100%X射线检测，检测合格后才能扩口，否则有焊缝缺陷的钢管扩口时必然产生裂纹缺陷，影响正常使用。

表5 扩径比数据表

1.3 尺寸变化

微扩口钢管经冷变形后，圆周方向尺寸增大了许多，壁厚必然发生变化，从实际测量看，母材壁厚会减薄0.2 mm左右，因此在选用母材壁厚时必须考虑减薄量，以确保管线有效运行。

2 总结

承插钢管因其安装方便快捷受到了用户的欢迎，但此类钢管暂没有行业标准和国家标准，力学性能指标和部分关键设计数值没有统一的要求，必然会造成行业乱象，影响产品的使用和推广，通过摸索得到的数据用于指导生产，能确保产品满足功能需求。