Page 85 - 理化检验-物理分册2025年第一期

代绪成，等：海洋石油工程行业应变时效试验技术现状

1 应变时效试验标准概况 2 海洋石油工业应变时效工况及其对钢材
性能的影响
应变时效试验是在 1982 年提出的，并制定了
GOST 7268—1982《钢的应变时效冲击韧性试验 2.1 应变时效工况
方法》，并在钢材产品标准GOST 27772—1988《建 根据应变时效产生机制的两个必要条件，结合
筑结构钢总体技术规范》中，将应变时效试验作为 海洋石油工程行业的生产制造工艺，钢材发生应变
衡量钢产品质量的一项重要检测项目，其试验原理 时效工况的情况主要有以下4种情况。
是分别测定钢未经受规定应变和经受规定应变，并 2.1.1 结构卷管
人工时效后的冲击吸收能量，采用公式计算出钢 海上石油平台钢结构主要有立柱、拉筋、钢桩和
隔水套管等结构管，这些结构管由于管径大、壁厚
的应变时效敏感性系数，以表征钢的应变时效敏
大，以及尺寸规格多，现有生产技术无法生产制造
[7]
感性 。
成品无缝钢管。因此，对此类大型结构管，一般采
1984年中国制定了GB/T 4160—1984《钢的应
用三棍卷板机对钢板进行卷制成管，再进行焊接成
变时效敏感性试验方法（夏比冲击法）》，并于2004年
型。卷制过程在钢板弯曲内侧产生压应变、外侧产
对该标准进行了修订。我国虽制定了详细的应变时
生拉应变，除应变中性层外，其他位置均发生塑性变
效试验方法标准，但在海洋石油工程行业，常用的钢
形。在随后的焊接过程中，由于焊接时温度可达到
产品标准GB 712—2011《船舶及海洋工程用结构钢》
200~300 ℃， 在焊接位置附近区域，这一温度区间足
中并未提出此项试验要求，导致目前我国海洋石油
以引发应变时效行为 。远离焊接位置的区域虽没
[8]
工程行业钢产品材料技术规格书和建造规格书中未
有被加热而形成高温时效，但长时间的放置也会产
明确应变时效试验要求。
生室温时效。
欧洲标准于近几年开始关注应变时效试验，

由于卷制的结构管主要位于立柱、拉筋和导管
虽未单独制定应变时效试验方法标准，但在海洋石 等重要的主结构位置，对其力学性能的要求较高，因
油工程行业常用的钢材产品标准EN 10225-1：2019 此有必要开展应变时效评估试验。
《海上固定结构用可焊接结构钢——交货技术条件： 2.1.2 封头焊接
第1部分》的附加条款中，对应变时效试验方法进行 封头在海洋石油工程制造业中主要用于管线终
了简单定义，并将应变时效试验作为金属材料的一 端的封堵，一般采用椭圆形封头。封头主要采用冷
项必需检测项目。 冲压成型工艺，再与管线进行焊接形成整体。封头
在海洋石油工程行业常见的BV（法国船级社）、 在冷冲压成型的过程中，椭圆与直边过渡段存在较
API（美国石油学会）和DNV（挪威船级社）等标准 大的应变，且过渡段与焊接位置较近，焊接过程中，
规范中，均对应变时效试验提出了具体要求。常见 通过热传导在过渡段形成高温时效，产生应变时效
应变时效试验标准的技术要求如表1所示。由表1 现象。
可知：应变时效试验关键控制参数主要有应变量、时 2.1.3 海底管线铺设
效温度和保温时间。不同标准的时效温度和保温时 海底管道铺设过程中，主要在其反弯点和触底
间基本一致，仅应变量有较大差别。 点位置发生弯曲变形，随着铺设深度和张紧力的增
表1 常见应变时效试验标准的技术要求

试验技术要求
试验标准编号 试验类型
应变量 时效温度/℃ 保温时间/h
GB 4160—1984 非合金钢10%,合金钢5% 250 1.0 钢产品应变时效试验
GOST 27772—1988 10% 250 1.0 钢产品应变时效试验
EN 10225-1：2019 5% 250 1.0 钢产品应变时效试验
BV NR426 实际应变 250 1.0 工程应变时效试验
BV NR216 3%，5%，10% 250 0.5 钢产品应变时效试验
API 2W/2H 5% 250 1.0 钢产品应变时效试验
DNV F101 实际应变 250 1.0 工程应变时效试验
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