王树人，崔志新
（1.中国石油天然气管道局钢管厂，辽宁辽阳 111000;
2.鞍钢弓矿公司球团厂，辽宁辽阳111007）
摘 要：通过对陕京二线管道工程用X70级管线钢规定总伸长应力值（Rt0.5）在测量过程中所产生的误差进行分析，指出了加载速度、试样形状尺寸、试样偏心、试样不平度、试验机力值偏差以及人为和设备等因素对测量误差的影响，提出了减小误差的方法。
关键词：管线钢；Rt0.5；测量误差
金属拉伸试验所获得的强度和塑性数据，对于工程设计、材料的研制以及材质的验收等都有很重要的价值。规定总伸长应力值（Rt0.5）是管线钢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。但是由于试验设备、试验条件、试样形状及不平度等各种因素的影响，使测量结果与真实值之间存在一定的误差，直接影响了对管线钢性能的评定。通过对陕京二线管道工程用X70级管线钢规定总伸长应力值（Rt0.5）在测量过程中所产生的误差进行分析，找出了造成误差的主要原因，提出了减少误差的方法。
1 管线钢屈服现象的产生
屈服现象是金属材料在拉伸试验中塑性变形开始的标志，它可以用位错理论解释：低碳钢中的碳、氮原子与韧位错交互作用形成柯氏气团，使位错被钉扎，在开始塑性变形时必须提高外力克服柯氏气团的“钉扎力”才能使位错运动，这是上屈服强度；一旦位错开动后，塑性变形所需应力又迅速降了下来，在较小的应力下继续发生塑性变形，于是形成锯齿状的屈服平台。屈服平台的变形是不均匀的，这是由于试样在变形过程中不断形成“屈服微区”，当载荷从上屈服点下降到下屈服点时，试样局部开始形成与拉伸轴成45°的屈服线（或称吕德斯带），随后再沿试样长度方向逐渐扩展，当屈服线布满整个试样长度时，屈服平台结束，试样开始进入均匀变形阶段。
陕京二线管道工程选用的是针状铁素体型管线钢，这种采用新型控轧、控冷工艺制造的管线钢具有良好的强韧性配合，其组织结构为少量多边形铁素体（PF）+ 针状铁素体（AF）+ 岛状组织（以M-A 微元为主），这种晶体结构中存在高密度位错。一个开动的位错会被更多的位错阻挡，必须持续加力才能使这些堆积的位错逐个开动起来，因此拉伸曲线没有明显的屈服平台（ 如图1所示），具有连续屈服的特性。所以国际上对于管线钢的检验普遍采用规定总伸长应力值（Rt0.5）做为屈服的判定依据。
2 试验误差产生的主要原因
导致拉伸试验结果产生误差的因素有很多，如：试验标准、试验设备、试样材料、试样质量等。在实际测量过程中主要存在以下几个方面的影响因素：
（1）加载速度的影响" 一般来说，加载速度过快，测得的上屈服强度或规定非比例伸长应力将会有不同程度的提高。因此，拉伸试验标准根据不同的材料性质和试验目的，对拉伸速度做了相应的规定。如弹性模量（E）不小于150GPa的材料，加载的应力速率为6~60MPa/S。为了避免由于加载速度不同而影响试验结果的准确性，同时也使不同试验设备所采集的数据具有可比性，建议采用带有电液伺服控制系统的万能拉力试验机，以相同的恒定加载速度进行试验。
（2）试样形状、尺寸的影响" 不同截面形状的试样进行对比试验表明，下屈服点受试样形状的影响较小，而上屈服点所受影响较大，随着试样肩部过渡的缓和，上屈服点明显增高。对于截面形状相同的试样，试样的尺寸对延伸率有明显的影响，而对规定总伸长应力值（Rt0.5）的影响较小。我国管线钢完全采用板状的拉伸试样，其截面形状相同，因此只要试样尺寸在尺寸公差允许范围内，对规定总伸长应力值（Rt0.5）的测量值影响不大。
（3）试样“偏心”的影响" 在拉伸试验时，一般不允许对试样施加偏心力，因为偏心力会使试样产生附加的扭矩，从而使试验结果产生误差。造成试样偏心，除去由于试验机结构不良（ 对中性不好）而产生偏斜外，偏心力还可能是由于试样形状不正确、夹头结构和安装不正确等原因造成的。
对于采用球铰式引伸计（ 或其他机械引伸计）进行的试验，如果引伸计装卡没有保证水平或者在试样长度方向没有保证垂直而存在“ 偏心”时，同样会对规定总伸长应力值（Rt0.5）测试造成影响。因此引伸计的装卡一定要保证垂直，而且要保持平稳、水平。
（4）试样不平度的影响" 在管线钢规定总伸长应力值（Rt0.5）误差产生的所有原因中，试样的不平度是最重要的因素之一。管线钢测量规定总伸长应力值（Rt0.5）时均采用50.8mm定标距，其测量时的变形只有0.254mm，因此它对试样的不平度极为敏感。由于试样存在不平，使拉伸试验过程中引伸计标距内的实际变形由两部分组成，一是试样弯曲受拉展平所产生的附加变形，另一个是试样真实的弹塑性变形（相当于完全展平后试样的拉伸变形）。由于不平试样受拉展平所需的拉伸应力可以忽略不计，因此当拉伸试样存在弯曲时，所测规定总伸长应力值（Rt0.5）将减少，而且试样弯曲度越大，ε真变形越大，Rt0.5就越小。
试样的平直度是确保Rt0.5值准确的有力保证，为了减小Rt0.5的测量误差，API Spec 5L和GB9711.1-1999中均规定“ 采用冷压平试样测定管体横向的规定总伸长应力值”。陕京二线工程X70级管线钢的强度高、厚度大，试样弯曲度较大，试样的平直度难以保证，给试样压平带来一定困难，拉伸试验前需对试样反复压平。
一般来讲，试样不平度不大于0.3mm/50mm时，试样不平度对Rt0.5的测定结果影响较小；而试样不平度大于0.3mm/50mm时，测得的Rt0.5较充分展平试样降低较大。因此，为保证管体横向拉伸试验的Rt0.5测量的准确性，要求试样不平度应不大于0.3mm/50mm。
（5）试验机力值偏差的影响" 设备在长期大负荷的工作状态下容易产生疲劳现象，造成力值测量不准确，从而影响试验结果。建议有条件的试验室应备有力值标定装置（ 如压力环），当发现试验结果存在问题时对试验机进行力值标定，或者不定期地对所用拉力试验机进行力值标定，保证力值系统准确无误。
（6）人为及设备因素 在X70级管线钢开发研制初期，由于一些检验单位无检测Rt0.5的拉伸试验机或部分试验人员对针状铁素体型钢的连续屈服特性不够了解，人为地把凭经验估算的上屈服强度ReH或下屈服强度ReL当成Rt0.5，造成所得值不能真实地反映X70级管线钢屈服强度的现象。对于没有检测Rt0.5拉伸试验机的单位，可以采用双表式机械引伸计（ 如球铰式引伸计），它消除了试样受偏心力所引起的伸长量误差，是目前最常用的一种引伸计。
3 结 语
对于管线钢Rt0.5的测量误差应从以下几个方面加以克服：
（1）充分展平试样，使其不平度不大于0.3mm/50mm
（2）保证试样的加工精度，注意试样和引伸计的装卡；
（3）采用带有电液伺服控制系统的万能拉力试验机，尽量使用相同的加载速度进行试验；对于无此类设备的单位建议使用双表式机械引伸计。 |
