金屬材料中的殘余應(yīng)力(特別是拉應(yīng)力)有可能降低負(fù)荷能力,降低抗腐蝕能力和疲勞強(qiáng)度,這里結(jié)合不銹鋼管的使用和受力情況作一簡單分析。
絕大多數(shù)不銹鋼管工作在承受內(nèi)壓狀態(tài)下,鋼材處在受拉狀態(tài)。而不銹鋼管在制造過程中產(chǎn)生的是拉伸殘余應(yīng)力,因此,內(nèi)外應(yīng)力迭加在一起,降低了不銹鋼管負(fù)荷能力,同時(shí)由于內(nèi)外應(yīng)力迭加在一起,造成復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),更易引起應(yīng)力集中而使材料較容易損壞。
鋼板經(jīng)過一系列工藝過程制成不銹鋼管后,其屈服強(qiáng)度較之制管前的鋼板的屈服強(qiáng)度有所下降,也可以認(rèn)為是制管過程中產(chǎn)生了殘余應(yīng)力所造成的。
鋼材是多晶體,鋼板在軋制的過程中已產(chǎn)生了殘余應(yīng)力,沿軋制方向其抗斷裂阻力最小,垂直于軋制方向其抗斷裂阻力最大。通常焊道部分(包括焊縫和熱影響區(qū))的機(jī)械性能較之母材為差,從許多廠家對焊接鋼管所做的爆破試驗(yàn)來看,多數(shù)是在熱影響區(qū)附近的母材上開裂,而且是沿著管材的縱向開裂,產(chǎn)生這種情況的原因可以這樣解釋:
不銹鋼管承受內(nèi)壓時(shí),其最大應(yīng)力即主應(yīng)力為環(huán)向,開裂的最大驅(qū)動(dòng)力為軸向,不銹鋼管在成型和焊接時(shí)都產(chǎn)生了拉伸的殘余應(yīng)力,對于直縫焊管來說(以寶雞不銹鋼管廠的ERW生產(chǎn)線為例),由于在制造工藝過程中增加了正火工序,焊縫及其熱影響區(qū)的殘余應(yīng)力大部分得以消除,相對而言,母材上的殘余應(yīng)力未得到消除,這部分殘余應(yīng)力與外力迭加,造成不銹鋼管在母材上開裂。對于螺旋焊縫鋼管來說,焊縫斷面大于母材斷面,在受到外力作用時(shí),焊縫所承受的應(yīng)力小于母材所承受的應(yīng)力,加之焊縫呈螺旋狀,與最大驅(qū)動(dòng)開裂方向呈一螺旋角,這就使強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)避開最大驅(qū)動(dòng)開裂方向,并且焊縫在整個(gè)不銹鋼管上形成一道加強(qiáng)筋,有止裂的作用。