304不锈钢方管纵裂的具体原因分析

304不锈钢方管纵裂的具体原因分析


    导致304不锈钢方管纵裂的原因是多方面的，有材料的因素，也有工艺的因素。如304不锈钢方管本身塑性差或退火不良，纵裂出现的机率就会增加，但根本原因在于冷拔后的304不锈钢方管存在较高的残余应力。
    从断裂力学的观点来看，构件的断裂是由于其内部微裂纹的生成和扩展的结果。304不锈钢方管的纵裂基本属于脆性断裂，其裂纹形态为张开型。这类断裂的产生过程可由图7一1所示的模型来定性说明。
    当试样中存在长度为2a的裂纹时，在拉应力的作用下，裂纹尖端附近的应力民远高于平均应力σw，只有σw小于其临界应σc的情况下，裂纹才不会产生失稳扩展，而式中的K1c为材料的断裂韧性，y是一个与加载方式有关的系数。
    在外界因素的影响下，一旦平均应力σw超过临界应力σc，裂纹a就会扩展。临界应力σc随a的增大而减小，因而裂纹可在较小的拉应力的作用下迅速扩展。所以，产生张开型断裂的两个基本条件是存在微裂纹和具有较高的拉应力。
    一般情况下，金属中微裂纹的存在是不可避免的，但在材料条件相同的情况下，断裂是否会产生则取决干作用在构件上的拉应力大小。作用在构件上的拉应力可以是外加载荷，也可以是存在于自身的残余应力。
    304不锈钢方管经过冷技特别是空拔后，存在着较高的残余应力，这个应力在304不锈钢方管外表面附近的切向和轴向表现为拉应力，其值可达到最大值。根据上述张开型断裂机理，可以认为，存在于304不锈钢方管外表面附近的切向残余应力对304不锈钢方管纵裂起着关键性的作用。下面用304不锈钢方管外表面的切向拉伸残余应力作为衡量指标，比较304不锈钢方管的残余应力水平(简称为残余应力，以纵剖法测得)。
    经过不同方式和不同工艺拔制的304不锈钢方管，其残余应力是不同的。空拔管的残余应力远高于短芯棒拔制的304不锈钢方管的残余应力，生产现场的测定证明了这一点。表7一1,7一2分别为在生产现场抽样测定的10“钢304不锈钢方管在空拔和短芯棒拔制后的残余应力。比较表7一1,7一2的数据可知，空拔管的残余应力约为短芯棒拔制管残余应力的2一3倍。
    生产中，纵裂管绝大多数是空拔管，而空技管的残余应力大大高于短芯棒拔制管的残余应力，这说明304不锈钢方管内较高的残余应力是304不锈钢方管纵裂的根本原因。所以，降低空拔管的残余应力，将是解决304不锈钢方管纵裂问题的一种有效途径。