钢管管体拉伸试验中屈强比的计算与判定探讨

赵金兰

( 中国石油集团石油管工程技术研究院 陕西 西安 710077)

0 引 言

管道输送是石油、天然气最经济、最合理的运输方式。目前，我国的油气管道建设正处于蓬勃发展时期，如西气东输一线、二线干线及其支线管道工程相续完工，西气东输三线管道工程又开始建设。在管道建设用中，钢管的力学性能是保证其最终使用性能的重要指标，各力学性能试验数据是钢管质量控制和验收的重要依据，但目前国内在钢管管体拉伸试验屈强比的计算和判定中存在不一致之处。

1 管体拉伸试验与屈强比

拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法，是材料力学性能测试中最常见的试验方法之一[1]。通过拉伸试验，可以得到钢管管体的基本力学性能指标，如断后伸长率、屈服强度、抗拉强度和屈强比等性能指标。

在油气管道工程建设中比较重视屈强比，要求钢管管体不仅具有高的屈服强度和抗拉强度，而且具有一定的屈强比。屈强比相对较小时，如钢管管体因超载而发生屈服时，由于金属材料塑性变形的产生从而使其强度提高而不致立刻破坏，从而存在一段延时性，具有较高的可靠性。

目前，我国重大管道工程用钢管的主要技术标准为GB/T 9711-2017和API Spec 5L-2018，或在此两大标准上进行补充的项目用技术规格书。两个标准除对钢管管体拉伸性能的屈服强度Rt0.5(表示规定总伸长率达0.5%时的应力)、抗拉强度Rm进行了要求外，PSL 2级钢管均对屈强比(屈服强度Rt0.5与抗拉强度Rm的比值，用Rt0.5/Rm表示)也进行了规定。对于钢管管体拉伸试验， GB/T 9711-2017引用标准为GB/T 228和ASTM A 370、 API Spec 5L -2018引用标准为ISO 6892和ASTM A 370，而GB/T 228等效采用ISO 6892。

2 数值修约与屈强比的计算

2.1 数值修约

在拉伸试验用标准中，GB/T 228.1-2010[2]和ASTM A 370-2014[3]对于数值的修约分别采用GB/T 8170-2008和ASTM E29-2004。前者对于数值修约的进舍规则可以概括为“四舍六入五考虑，五后非零应进一，五后皆零视奇偶，五前为偶应舍去，五前为奇则进一”；后者用条文“当将一个数值修约成规定的有效位数时，应选择修约成精确程度最接近于它的数值。如可能有两种选择，即拟舍弃的数字正好是5，或5后为零，则选择以偶数为结尾的数字”进行了归纳简述。

由上文可知，两者数值修约的进舍规则基本相同，只是在叙述方式上有些差别。下面以某项目用规格为Φ1 219×18.4 mm X80的钢管管体室温拉伸试验为例，对试验数值的修约进行说明，结果见表1。

表1 试验数值的修约结果

2.2 屈强比的计算

在表1中，屈强比在屈服强度和抗拉强度修约前后的计算值分别为0.873 9、0.874 1，修约后均为0.87。但在实际试验中，绝大部分情况为采用同一组原始试验数据、运用相同的数值修约程序，不同的屈强比计算步骤得到不同的计算结果，或者不同的判定结果。表2中为某项目用Φ1 219 mm×18.4 mm X80钢管管体拉伸试验情况，包括试验的原数值、屈强比的计算结果及判定结果：

表2 屈强比的计算及结果的判定

2.3 对比分析

根据表2可知，同一组试验修约前计算屈强比结果不合格、修约后计算合格。同理，也存在修约前计算屈强比结果合格、修约后计算不合格的情况。对于是在屈服强度和抗拉强度修约前计算屈强比、还是修约后计算屈强比，各厂家存在不同的计算方法。在标准GB/T 9711-2017和API Spec 5L -2018没有提及，在标准GB/T 228.1-2010和ASTM A 370-2014中也没有规定，在标准GB/T 8170-2008中规定了“不允许连续修约”但对此没有明确说明且与此情况不相符。

而在标准ASTM E29-2004[4]中，为了在试验数值的记录、计算和报告时作到正确确定数值的有效位数，用一章十四条的篇幅规定了有关规则。其中，有一条规则内容为“测试数据的计算：根据试验数据计算试验结果时，应避免在计算过程中进行修约，尽可能地用计算装置或有效的方法对试验数据进行准确计算，并对最终结果进行修约。”根据此条规定，按照标准ASTM A 370-2014进行拉伸试验确定屈强比时，应在屈服强度和抗拉强度修约前进行计算。

鉴于以上情况，本文认为在数值修约方面标准ASTM E29-2004更加实用，屈强比的计算应在屈服强度和抗拉强度修约前进行计算，并且推荐在管道工程项目中应对钢管管体屈强比的计算程序做出技术补充。

3 极限数值的判定

3.1 极限数值的判定

在标准GB/T 8170-2008[5]中，极限数值的概念为“标准(或技术规范)中规定考核的以数量形式给出且符合该标准(或技术规范)要求的指标数值范围的界限值。因此，极限数值的判定就是对观测值或计算值是否符合标准(或技术规范)而做出的判断。

标准ASTM E29-2004对于观测值或计算值的判定，除规定“修约法”外还规定了“绝对法”，这种“绝对法“就是标准GB/T 8170-2008中规定的所谓“全数值比较法”。因此，两个标准具有相同的极限数值判定方法，即全数值比较法和修约值比较法。表3是极限数值的判定方法，根据标准GB/T 8170-2008和ASTM E29-2004做出判定。

表3 极限数值的判定方法

由表3可知，如同标准GB/T 8170-2008中所提一样“对于同样的极限数值，若它本身符合要求，则全数值比较法比修约值比较法相对较严格”。

3.2 对比分析

按照惯例，对屈强比数值按照标准要求极限值的最右边数位的最邻近单位数值进行修约，然后进行极限值的判定。在GB/T 9711-2017[6]条文2，圆整部分规定“除本标准规定外，为了确定与规定要求的一致性，应根据ISO 80000-1 2009，附录B，规则A，把观测值或计算数值圆整到用于表示极限值的最右边数位的最邻近单位数值” ； API Spec 5L -2018[7]条文2.2中，圆整部分规定“除本标准规定外，为了确定与规定要求的一致性，应根据ISO 80000-1 2009/cor1:2011，附录B，规则A，把观测值或计算数值圆整到用于表示极限值的最右边数位的最邻近单位数值”但对于极限数值的判定没有明确说明。

然而，由于全数值比较法比修约值比较法相对较严格。同时，标准GB/T 8170-2008规定“当标准或有关文件中，若对极限数值无特殊规定时，均应使用全数值比较法。”因此，在极限数值判定时上述做法存在不合理或宽松之处。

根据以上情况的对比分析，本文认为在管道工程项目技术规格书中应对钢管管体屈强比的数值判定做出明确规定；并且，在采用修约值比较法进行极限值判定时应采用更严谨的写法，比如屈服强度0.93(+)，表示原数值超出了0.93，但判为合格。

4 结 论

根据以上内容的阐述、对比和分析，关于钢管管体屈强比的计算和判定，本文提出如下建议：

1)屈强比的计算应在屈服强度和抗拉强度修约前进行计算；

2)在采用修约值比较法进行极限值判定时应采用更严谨的写法；

3)在管道工程项目中，应对钢管管体屈强比的计算方法和其极限数值的判定做出明确的技术补充。