无缝钢管在低温环境(≤0 ℃)服役时,脆性转变温度(DBTT)升高,极易发生低应力脆断,因此,国内外所有“低温用无缝钢管”标准都把“低温冲击试验”列为强制验收项目,且试验结果直接决定该炉批能否交付,天津大无缝钢管销售集团有限公司把“为什么做、怎么做、合格限值、注意事项”四个层面做了精心总结,可用于编制检验规程或技术协议。
试验目的与判据本质
目的
用“标准尺寸冲击试样”在“规定低温”下测得的冲击吸收功(KV₂),来推断钢管母材冶金质量、热处理状态及韧脆转变性能。
本质
不是模拟服役应力,而是验证“在最低设计温度以下,材料仍保留足够韧性储备”,若冲击功低于门槛值,即认为“已进入脆性区”,整批判废。
国内外常用标准对照(无缝钢管专用)
| 标准号 | 适用钢级 | 试验温度 | 试样取向 | 合格冲击功 KV₂(≥) | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| GB/T 18984-2016 | 16MnDG、10MnDG、09DG等 | 协议温度(-20 ℃、-30 ℃、-45 ℃…) | 横向(T) | 21 J(平均)/15 J(单值) | 国内LNG、空分、低温设备最常用 |
| ASTM A333/A333M-21 | Gr.1、3、4、6、7、8、9、10、11 | 协议温度(Gr.6为-45 ℃) | 横向 | 18 ft·lb(≈24 J)平均/12 ft·lb(≈16 J)单值 | 国际总包项目“通用语言” |
| EN 10216-5:2021 | 1.4306、1.4404等奥氏体不锈钢管 | -196 ℃ | 横向 | 60 J(平均)/40 J(单值) | 深冷工况 |
| ISO 9329-4:2018 | PL21、PL23、PL25 | -50 ℃ | 横向 | 27 J(平均)/21 J(单值) | 一带一路项目常见 |
试样制备与试验步骤(以GB/T 18984为例,其余标准大同小异)
取样位置
每热处理批次、每炉号、每规格≤100 根为一批,随机抽2 根;
在管端1/4D(D为外径)处切取,壁厚≤12 mm 时取全壁厚;>12 mm 时,优先保留外表面,加工至10×10×55 mm标准方试样。
试样取向
必须“横向”(T)——缺口轴线平行于钢管轴线;若尺寸不够,允许“纵向”但合格值需双方协议。
缺口形式
夏比V型缺口(2 mm深,45°夹角,0.25 mm根部半径),必须用光学投影仪抽检缺口轮廓。
冷却方式
液体介质:乙醇+干冰(-70 ℃以上)或液氮+乙醇(-196 ℃);
试样在介质中保温≥10 min,夹钳预冷,从取出到打断≤5 s。
试验机要求
摆锤能量300 J或450 J,示值误差±1 %;
机座温度≥10 ℃,防止摆锤低温脆断。
结果处理
3 根一组,取算术平均;允许1 个单值低于平均限值,但不得低于单值限值;
若不合格,可加倍复验,复验仍不合格则该批拒收或重新热处理(正火+回火)后再次提交。

现场操作注意事项(经验总结)
试样编号必须“炉批号+管号+部位”,防止与室温冲击混淆;
冷却槽内放“模拟试样”挂热电偶,确保介质温度稳定;
打断后若试样未完全断裂,仍需记录吸收功,但应在报告中注明“未断”;
壁厚<7 mm 无法制得10×10 试样时,允许制取7.5×10 或5×10 小尺寸试样,合格值按截面积比例折算,但最低不得低于原标准的75 %;
对于双相不锈钢或镍基合金无缝钢管,需做“低温侧向膨胀量”(lateral expansion)辅助判定,≥0.38 mm视为合格;
海运出口项目,建议同时按ASTM A370和GB/T 229做“双标准”试验,避免外方质疑。
常见问题答疑
Q:同一炉号,正火+回火后冲击合格,但回火后再做“消除应力热处理(PWHT)”冲击又掉?
A:PWHT 在580-620 ℃保温,会促使碳化物弥散析出,韧性下降,应在原始热处理工艺中一次到位,避免二次回火。
Q:ASTM A333 Gr.6 客户要求-50 ℃冲击,而标准写的是-45 ℃,能否执行?
A:可以,属于“协议加严”,只要合同注明,合格值仍按18 ft·lb执行即可。
Q:为什么有时室温冲击很高,低温却不过?
A:材料“韧脆转变温度”偏高,常因Mn/C比低、Al脱氧不足、晶粒度≥6 级、带状组织>2 级或终轧温度过低造成,需调整冶炼-轧管-热处理全链条工艺。
一份典型检验报告(模板)
产品:Φ219×12 mm 16MnDG 低温无缝钢管。
标准:GB/T 18984-2016。
试验温度:-45 ℃。
试样尺寸:10×10×55 mm 横向V型缺口。
结果:
1# 28 J;
2# 26 J;
3# 24 J;
平均 26 J(≥21 J 合格);
单值最低 24 J(≥15 J 合格)。
结论:低温冲击试验合格,准予出厂。
总结:无缝钢管低温冲击试验就是“在合同规定的最低使用温度下,用3 根横向小试样打出平均≥21 J(或24 J)”——数字简单,背后却牵动着炼钢、轧管、热处理、检验一整条质量链,任何环节掉链子,都会在高寒或LNG装置现场酿成脆断事故。
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