金屬材料中的殘余應力(特別是拉應力)有可能降低負荷能力,降低抗腐蝕能力和疲勞強度,這里結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生的是拉伸殘余應力,因此,內外應力迭加在一起,降低了不銹鋼管負荷能力,同時由于內外應力迭加在一起,造成復雜的應力狀態(tài),更易引起應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,其屈服強度較之制管前的鋼板的屈服強度有所下降,也可以認為是制管過程中產生了殘余應力所造成的。
鋼材是多晶體,鋼板在軋制的過程中已產生了殘余應力,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,產生這種情況的原因可以這樣解釋:
不銹鋼管承受內壓時,其最大應力即主應力為環(huán)向,開裂的最大驅動力為軸向,不銹鋼管在成型和焊接時都產生了拉伸的殘余應力,對于直縫焊管來說(以寶雞不銹鋼管廠的ERW生產線為例),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)的殘余應力大部分得以消除,相對而言,母材上的殘余應力未得到消除,這部分殘余應力與外力迭加,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,焊縫所承受的應力小于母材所承受的應力,加之焊縫呈螺旋狀,與最大驅動開裂方向呈一螺旋角,這就使強度的薄弱環(huán)節(jié)避開最大驅動開裂方向,并且焊縫在整個不銹鋼管上形成一道加強筋,有止裂的作用。