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摘要：探讨管线钢在制管过程中，由于扩径所应起的包辛格效应，以及这种效应对屈服强度的影响。试验发现扩径引起的包辛格效应导致屈服强度升高，抗拉轻度无明显变化。这些结果多管道建设和制管厂均有参考价值。
关键词：管线钢；扩径；包辛格效应；屈服强度
1引言
包辛格效应（Bauschinger effect）是以德国工程师 Johann Bauschinger（现代材料测试学的开拓者）的名字命名的。简单地说包辛格效应（Bauschinger effect）是指金属的塑性变形将使其拉伸屈服强度（tensile yield strength）增大，而压缩屈服强度（compressive yield strength）减小。材料受到拉伸屈服后，继续加载将会产生一定量的塑性变形。如果卸除拉伸载荷继而承受压缩载荷，其压缩屈服强度明显小于原来的拉伸屈服强度。这种压缩屈服强度明显小于拉伸屈服強度的现象称为包辛格效应。
如上图，和分别表示应力和应变。具有强化性质的材料受拉且拉应力超过屈服极限（点）后，材料进入强化阶段（段）。若在点卸载，则再受拉时，拉伸屈服极限由没有塑性变形时的点的值提高到点的值。若在卸载后反向加载，则压缩屈服极限的绝对值由没有塑性变形时的点的值降低到点的值。图中 线是对应更大塑性变形的加载-卸载-反向加载路径，其中与和点对应的值分别为新的拉伸屈服极限和压缩屈服极限。若一个方向屈服极限提高的值和相反方向降低的值相等，则称为理想包辛格效应。将压缩屈服强度与拉伸屈服强度之比称为包辛格效应系数（简称BEF）。
当材料不存在预拉伸屈服史的情况下BEF值应等于1，当预拉伸屈服应变值不断增大时BEF值随之下降，但当预拉伸屈服应变值达到或超过一定值时BEF值将不再降低而趋向为一常数。包辛格效应对多晶体金属材料是一种很常见的现象。一般认为，该效应与材料内部因为塑性变形产生的残馀内应力以及位错塞积等因素相关。
2 包辛格效应对屈服强度的影响
已在某一方向上产生塑性变形的金属当它在反方向上变形时与原预应变方向的应力应变比其屈服强度明显下降。这一效应对于材料的冷塑性变形、校直、尺寸稳定性以至服役性能均带来不利影响，增加了一个有待预测的变数。但通过扩径后，不仅改善了钢管的外在尺寸，还可以释放钢管的残余应力，并是钢管在使用时所受的压力与预应变方向相同，利用了包辛格效应。
传统的以及参考文献中所给出的包申格效应的研究成果，通常都是指在轴向拉压试验条件下的结果，其材料内部的微观应力通常为晶粒尺度范围内的微观应力，理论上的解释也是基于这一点。但是，对于由板到管时的塑性弯曲，会引入可观的宏观残余应力，这种宏观残余应力会对包申格效应带来附加的显著影响。根据我国沿用的美国API标准的规定，油气管道用钢的卷板和钢管的强度测定方法是，从板卷或者是成品钢管上按确定位置切割下一块毛胚料，将其矫平后加工成标准尺寸试样（通常试样工作部分宽38.1mm，标距长度50mm，全板厚），然后作横向拉伸试验。行业规定其屈服强度为弹、塑性总应变为0.5%时所对应的应力定义为屈服强度，以Rt0.5表示。试验所用的材料为强度级别为X60，X65，X70，X80级。试样取自原材料钢板和扩径后的钢管横向样。分别记录不同钢级的材质在不同的扩径率扩径后屈服强度的变化情况。（详尽数据见附件）
由以上试验数据可以看出，X60M，X65M，X70M，X80M材质的钢管，在扩径后钢管的屈服强度由于包申格效应均会比原材料的屈服强度高出30～50MPa，并且，在扩径率相同的情况下，材质等级越高，屈服强度的变化越明显。由图4 X80M材质钢管扩径前后屈服强度变化可以看出，在同一材质X80M，不同扩径率的情况下，由于包申格效应屈服强度的变化率也不尽相同，尤其在扩径率为0.8%时，包申格效应最明显，屈服强度增加最明显。由此可以推测出不同材质，在不同扩径率的情况下，屈服强度的变化也不相同。
3总结
综上所述，在以后的制造生产中，为节约钢板原材料的成本，我们可以适当降低对原材料屈服强度要求，并在扩径过程中，寻找最佳扩径率，使钢管的屈服强度在最优的情况下。此次试验也为以后的生产试验提供宝贵的经验数据。
参考文献：
[1]李殿杰，韩宝云，郭烽.X70管线用宽厚板包辛格效应的研究[J].钢铁，2005（10）：79-82.
[2]杜百平，李年，朱维斗.油（气）管用钢板的包辛格效应[J].机械工程材料，2006（02）：13-15+28.
关键词：管线钢；扩径；包辛格效应；屈服强度
1引言
包辛格效应（Bauschinger effect）是以德国工程师 Johann Bauschinger（现代材料测试学的开拓者）的名字命名的。简单地说包辛格效应（Bauschinger effect）是指金属的塑性变形将使其拉伸屈服强度（tensile yield strength）增大，而压缩屈服强度（compressive yield strength）减小。材料受到拉伸屈服后，继续加载将会产生一定量的塑性变形。如果卸除拉伸载荷继而承受压缩载荷，其压缩屈服强度明显小于原来的拉伸屈服强度。这种压缩屈服强度明显小于拉伸屈服強度的现象称为包辛格效应。
如上图，和分别表示应力和应变。具有强化性质的材料受拉且拉应力超过屈服极限（点）后，材料进入强化阶段（段）。若在点卸载，则再受拉时，拉伸屈服极限由没有塑性变形时的点的值提高到点的值。若在卸载后反向加载，则压缩屈服极限的绝对值由没有塑性变形时的点的值降低到点的值。图中 线是对应更大塑性变形的加载-卸载-反向加载路径，其中与和点对应的值分别为新的拉伸屈服极限和压缩屈服极限。若一个方向屈服极限提高的值和相反方向降低的值相等，则称为理想包辛格效应。将压缩屈服强度与拉伸屈服强度之比称为包辛格效应系数（简称BEF）。
当材料不存在预拉伸屈服史的情况下BEF值应等于1，当预拉伸屈服应变值不断增大时BEF值随之下降，但当预拉伸屈服应变值达到或超过一定值时BEF值将不再降低而趋向为一常数。包辛格效应对多晶体金属材料是一种很常见的现象。一般认为，该效应与材料内部因为塑性变形产生的残馀内应力以及位错塞积等因素相关。
2 包辛格效应对屈服强度的影响
已在某一方向上产生塑性变形的金属当它在反方向上变形时与原预应变方向的应力应变比其屈服强度明显下降。这一效应对于材料的冷塑性变形、校直、尺寸稳定性以至服役性能均带来不利影响，增加了一个有待预测的变数。但通过扩径后，不仅改善了钢管的外在尺寸，还可以释放钢管的残余应力，并是钢管在使用时所受的压力与预应变方向相同，利用了包辛格效应。
传统的以及参考文献中所给出的包申格效应的研究成果，通常都是指在轴向拉压试验条件下的结果，其材料内部的微观应力通常为晶粒尺度范围内的微观应力，理论上的解释也是基于这一点。但是，对于由板到管时的塑性弯曲，会引入可观的宏观残余应力，这种宏观残余应力会对包申格效应带来附加的显著影响。根据我国沿用的美国API标准的规定，油气管道用钢的卷板和钢管的强度测定方法是，从板卷或者是成品钢管上按确定位置切割下一块毛胚料，将其矫平后加工成标准尺寸试样（通常试样工作部分宽38.1mm，标距长度50mm，全板厚），然后作横向拉伸试验。行业规定其屈服强度为弹、塑性总应变为0.5%时所对应的应力定义为屈服强度，以Rt0.5表示。试验所用的材料为强度级别为X60，X65，X70，X80级。试样取自原材料钢板和扩径后的钢管横向样。分别记录不同钢级的材质在不同的扩径率扩径后屈服强度的变化情况。（详尽数据见附件）
由以上试验数据可以看出，X60M，X65M，X70M，X80M材质的钢管，在扩径后钢管的屈服强度由于包申格效应均会比原材料的屈服强度高出30～50MPa，并且，在扩径率相同的情况下，材质等级越高，屈服强度的变化越明显。由图4 X80M材质钢管扩径前后屈服强度变化可以看出，在同一材质X80M，不同扩径率的情况下，由于包申格效应屈服强度的变化率也不尽相同，尤其在扩径率为0.8%时，包申格效应最明显，屈服强度增加最明显。由此可以推测出不同材质，在不同扩径率的情况下，屈服强度的变化也不相同。
3总结
综上所述，在以后的制造生产中，为节约钢板原材料的成本，我们可以适当降低对原材料屈服强度要求，并在扩径过程中，寻找最佳扩径率，使钢管的屈服强度在最优的情况下。此次试验也为以后的生产试验提供宝贵的经验数据。
参考文献：
[1]李殿杰，韩宝云，郭烽.X70管线用宽厚板包辛格效应的研究[J].钢铁，2005（10）：79-82.
[2]杜百平，李年，朱维斗.油（气）管用钢板的包辛格效应[J].机械工程材料，2006（02）：13-15+28.