影響無縫鋼管材料疲勞強度的八大因素

    山東源利通無縫鋼管材料的疲勞強度對各種外在因素和內在因素都極為敏感。外在因素包括零件的形狀和尺寸、表面光潔度及使用條件等，內在因素包括材料本身的成分，組織狀態、純凈度和殘余應力等。這些因素的細變化，均會造成材料疲勞性能的波動甚至大幅度變化。 
   各種因素對疲勞強度的影響是疲勞研究的重要方面，這種研究將為零件合理的結構設計、以及正確選擇無縫鋼管材料和合理制訂各種冷熱加工工藝提供依據，以保證零件具有高的疲勞性能。 
1.應力集中的影響
常規所講的疲勞強度，都是用精心加工的光滑試樣測得的，然而，實際機械零件都不可避免地存在著不同形式的缺口，如臺階、鍵槽、螺紋和油孔等。這些缺口的存在造成應力集中，使缺口根部的 實際應力遠大于零件所承受的名義應力，零件的疲勞破壞往往從這里開始。
理論應力集中系數Kt ：在理想的彈性條件下，由彈性理論求得的，缺口根部的 實際應力與名義應力的比值。
有效應力集中系數（或疲勞應力集中系數）Kf：光滑試樣的疲勞極限σ-1與缺口試樣疲勞極限σ-1n的比值。
有效應力集中系數不僅受構件尺寸和形狀的影響，而且受材料的物理性質、加工、熱處理等多種因素的影響。
有效應力集中系數隨著缺口尖銳程度的增加而增加，但通常小于理論應力集中系數。
疲勞缺口敏感度系數q：疲勞缺口敏感度系數表示材料對疲勞缺口的敏感程度，由下式計算。
q的數據范圍是0-1，q值越小，表征無縫鋼管材料對缺口越不敏感。試驗表明，q并非純粹是材料常數，它仍然和缺口尺寸有關，只有當缺口半徑大于一定值后，q值才基本與缺口無關，而且對于不同材料或處理狀態，此半徑值也不同。
2.尺寸因素的影響
由于材料本身組織的不均勻性以及內部缺陷的存在，尺寸增加造成材料破壞概率的增加，從而降低材料的疲勞極限。尺寸效應的存在，是把試驗室小試樣測得的疲勞數據運用于尺寸實際零件中的一個重要問題，由于不可能把實際尺寸的零件上存在的應力集中、應力梯度等完全相似地在小試樣上再現出來，從而造成試驗室結果與某些具體零件疲勞破壞之間的互相脫節。
3.表面加工狀態的影響
機加工的表面總存在著高低不平的加工痕跡，這些痕跡就相當于小缺口，在材料表面造成應力集中，從而降低材料的疲勞強度。試驗表明，對于鋼和鋁合金，粗糙的加工（粗車）與縱向精拋光相比，疲勞極限要降低10%－20%甚至更多。材料的強度越高，則對表面光潔度越敏感。
4.加載經歷的影響
實際上沒有任何零件是在 恒定的應力幅條件下工作，材料實際工作中的超載和次載都會對材料的疲勞極限產生影響，試驗表明，材料普遍存在著超載損傷和次載鍛煉現象。
所謂超載損傷是指材料在高于疲勞極限的載荷下運行達到一定周次后，將造成材料疲勞極限的下降。超載越高，造成損傷所需的周次越短，如圖1所示。

    事實上，在一定條件下，少量次數的超載不僅不會對材料造成損傷，由于形變強化、裂紋 鈍化以及殘余壓應力的作用，還會對材料造成強化，從而提高材料的疲勞極限。因此，應對超載損傷的概念進行一些補充和修正。所謂次載鍛煉是指材料在低于疲勞極限但高于某一限值的應力水平下運行一定周次后，造成材料疲勞極限升高的現象。次載鍛煉的效果和材料本身的性能有關，塑性好的材料，一般來說鍛煉周期要長些，鍛煉應力要高些方能見效。
5.化學成分的影響
材料的疲勞強度與抗拉強度在一定條件下存在著較密切的關系，因此，在一定條件下凡能提高抗拉強度的合金元素，均可提高材料的疲勞強度。比較而言，碳是影響材料強度的主要因素。而一些在鋼中形成夾雜物的雜質元素則對疲勞強度產生不利影響。
熱處理和顯組織的影響不同的熱處理狀態會得到不同的顯組織，因此，熱處理對疲勞強度的影響，實質上就是顯組織的影響。同一成份的材料，由于熱處理不同，雖然可以得到相同的靜強度，但由于組織的不同，疲勞強度可在相當大的范圍內變化。
    在相同的強度水平時，片狀珠光體的疲勞強度明顯要低于粒狀珠光體。同是粒狀珠光體，其滲碳體顆粒越細小，則疲勞強度越高。
顯組織對材料疲勞性能的影響，除了和各種組織本身的機械性能特性有關外，還和晶粒度以及復合組織中組織的分布特征有關。細化晶?？商岣卟牧系钠趶姸?。
6.夾雜物的影響
夾雜物本身或由它而產生的孔洞相當于小缺口，在交變載荷作用下將產生應力集中和應變集中，成為疲勞斷裂的裂紋源，對材料的疲勞性能造成不良影響。夾雜物對疲勞強度的影響不僅取決于夾雜物的種類、性質、形狀、大小、數量和分布，而且還取決于材料的強度水平以及外加應力水平及狀態等因素。
不同類型的夾雜物其機械和物理性能不同，和母材性能之間的差異不同，對疲勞性能的影響也不同。一般說來，易變形的塑性夾雜物（如硫化物）對鋼的疲勞性能影響較小，而脆性夾雜物（如氧化物、硅酸鹽等）則有較大的危害。
   比基體膨脹系數大的夾雜物（如硫化物）因在基體中產生壓應力而影響小，而比基體膨脹系數小的夾雜物（如氧化鋁等）因在基體中產生拉應力而影響大。
   夾雜物與母材結合的緊密程度也會影響疲勞強度。硫化物易于變形，和母材結合緊密，而氧化物易于脫離母材，造成應力集中。由此可知，從夾雜物的類型來說，硫化物的影響較小，而氧化物、氮化物和硅酸鹽等則是危害較大的。
   不同加載條件下，夾雜物對材料疲勞性能的影響也不同，在高載條件下，無論有沒有夾雜物的存在，外加載荷均足以使材料產生塑性流變，夾雜物的影響較小，而在材料的疲勞極限應力范圍，夾雜物的存在造成局部應變集中成為塑性變形的控制因素，從而強烈地影響材料的疲勞強度。也就是說，夾雜物的存在主要是影響材料的疲勞極限，對高應力條件下的疲勞強度影響不明顯。
材料的純凈度是由熔煉工藝過程決定的，因此，采用凈化冶煉方法（如真空熔煉、真空除氣和電渣重熔等）均可有效降低鋼中的雜質含量，改善材料的疲勞性能。
7.表面性能變化及殘余應力的影響
表面狀態的影響除前已提及的表面光潔度外，還包括表層機械性能的變化及殘余應力對疲勞強度的影響。表層機械性能的變化可以是表層化學成分和組織不同所引起，也可以是表層因形變強化而引起。
滲碳、氮化和碳氮共滲等表面熱處理除了可以增加零件的耐磨性之外，還是提高零件疲勞強度，特別是提高耐腐蝕疲勞和咬蝕的一種有效手段。
表面化學熱處理對疲勞強度的影響主要取決于加載方式、滲層中的碳氮濃度、表面硬度及梯度、表面硬度與心部硬度之比、層深以及表面處理所形成的殘余壓應力的大小和分布等因素。大量試驗表明，只要是先加工缺口后經化學熱處理，則一般說來缺口越尖銳，疲勞強度的提高也越多。
不同的加載方式下，表面處理對疲勞性能的影響也不同。軸向加載時，由于不存在應力沿層深分布不均的現象，表層和層下的應力相同。在這種情況下，表面處理只能改善表面層的疲勞性能，由于心部材料未得到強化，因而疲勞強度的提高有限。在彎曲和扭轉條件下，應力的分布集中于表層，表面處理形成的殘余應力和這種外加應力疊加，使表面實際承受的應力降低，同時，由于表層材料的強化，因而能有效地提高彎曲和扭轉條件下的疲勞強度。
    和滲碳、氮化以及碳氮共滲等化學熱處理相反，如果零件在熱處理過程中脫碳，使表層的強度降低，則會使源利通無縫鋼管材料的疲勞強度大幅度降低。同樣，表面鍍層（如鍍Cr、Ni等）由于鍍層中的裂紋造成的缺口效應、鍍層在基體無縫鋼管中引起的殘余拉應力以及電鍍過程中氫氣的浸入導到氫脆等原因，使疲勞強度降低。
    采用感應淬火、表面火焰淬火以及低淬透性鋼的薄殼淬火，均可獲得一定深度的表面硬度化層，并在表層形成有利的殘余壓應力，因而也是提高零件疲勞強度的有效方法。
   表面滾壓和噴丸等處理，由于能在試樣表面形成一定深度的形變硬化層，同時使表面產生殘余壓應力，因而也是提高疲勞強度的有效途徑

20#普通冷拔無縫鋼管與熱軋工藝的區別

    冷拔無縫鋼管長度一般要短于熱軋無縫鋼管。壁厚方面冷拔無縫鋼管要比熱軋無縫鋼管勻。
無縫鋼管的制造工藝
熱軋（擠壓無縫鋼管）：
     圓管坯→加熱→穿孔→三輥斜軋、連軋或擠壓→脫管→定徑（或減徑）→冷卻→矯直→水壓試驗（或探傷）→標記→入庫無縫鋼管是用鋼錠或實心管坯經穿孔制成毛管，然后經熱軋、冷軋或冷撥制成。無縫鋼管的規格用外徑*壁厚毫米數表示。無縫鋼管分熱軋和冷軋（撥）無縫鋼管兩類。熱軋無縫鋼管分一般無縫鋼管，低、中壓鍋爐無縫鋼管，高壓鍋爐無縫鋼管、合金無縫鋼管、不銹無縫鋼管、石油裂化管、地質無縫鋼管和其它無縫鋼管等。冷軋（撥）無縫鋼管除分一般無縫鋼管、低中壓鍋爐無縫鋼管、高壓鍋爐無縫鋼管、合金無縫鋼管、不銹無縫鋼管、石油裂化管、其它無縫鋼管外，還包括碳素薄壁無縫鋼管、合金薄壁無縫鋼管、不銹薄壁無縫鋼管、異型無縫鋼管。熱軋無縫鋼管外徑一般大于32mm，壁厚2.5-75mm，冷軋無縫鋼管處徑可以到6mm，壁厚可到0.25mm，薄壁管外徑可到5mm壁厚小于0.25mm，冷軋比熱軋尺寸精度高。
     一般用無縫鋼管是用10、20、30、35、45等優質碳結鋼16Mn、5MnV等低合金結構鋼或40Cr、30CrMnSi、45Mn2、40MnB等合結鋼熱軋或冷軋制成的。10、20等低碳鋼制造的無縫鋼管主要用于流體輸送管道。45、40Cr等中碳鋼制成的無縫鋼管用來制造機械零件，如汽車、拖拉機的受力零件。一般用無縫鋼管要保證強度和壓扁試驗。熱軋無縫鋼管以熱軋狀態或熱處理狀態交貨；冷軋以熱以熱處理狀態交貨。
     熱軋，顧名思義，軋件的溫度高，因此變形抗力小，可以實現大的變形量。以鋼板的軋制為例，一般連鑄坯厚度在230mm左右，而經過粗軋和精軋，終厚度為1~20mm。同時，由于鋼板的寬厚比小，尺寸精度要求相對低，不容易出現板形問題，以控制凸度為主。對于組織有要求的，一般通過控軋控冷來實現，即控制精軋的開軋溫度、終軋溫度
冷拔無縫鋼管：
進料——外觀檢查——機械清理——機械清理——退火——矯直——管頭加工——酸洗——中和——水洗——鱗化——皂化——拉拔——檢查——切定尺——珩磨——端部加工——矯直——總裝——試壓——裝箱鋼材力學性能是保證鋼材終使用性能（機械性能）的重要指標，它取決于鋼的化學成分和熱處理制度。在無縫鋼管標準中，根據不同的使用要求，規定了拉伸性能（抗拉強度、屈服強度或屈服點、伸長率）以及硬度、韌性指標，還有用戶要求的高、低溫性能等。

應用：
(1)工程液壓機械：如液壓汽車吊、挖掘機、推土機、叉車等。
(2)煤礦井下液壓支架：目前全國生產井下液壓支架的企業有48家，高精度冷拔管的總需求量約為120萬米。
(3)水電站閘門啟閉機、模板機，特別是長江三峽工程在今后十年的需求很大。
(4)建筑機械：高空作業升降機械，一般建筑的施工修繕也離不開液壓機械。
(5)石油地質管：全國各油田每年需抽油泵3萬臺以上，年消耗高精度管20—40多萬米、此外還可用本項技術精整各類鉆桿。
(6)兵器工業：軍工部門現在用旋壓方法加工槍炮管，旋壓方法生產率低而成本高，用冷拔方法生產則更為合適。
(7)軸承行業：目前滾動軸承座圈的生產，以圓鋼為原料，切片后經沖壓制成。大軸承座圈還將實心棒料掏空來制作，金屬利用率不到40%，迫切需要高精度、軸承鋼厚壁管材。
(8)汽車工業：95年傳動軸用精密管6000噸，半軸套管1萬噸和各種輸油管等。
(9)航空工業：鋁合金飛機起落架管和厚壁鋼管等。
(10)千斤頂行業：我國千斤頂制造有相當實力，出口創匯前景可觀。各生產企業目前千斤頂缸多采用實心棒料加工，生產效益低，材料浪費高，對高精度冷拔管需求迫切。
(11)其他領域：各種印染輥、輥道托輥用管、不銹鋼管、鋁管、銅管、異型管及內外復合管等等均可采用本項技術生產