各种因素对淬火厚壁钢管应力分布的影响

2020-05-29 09:34:50

了解和掌握影响大直径厚壁不锈钢管淬火应力分布的一些主要因素，对于分析和控制不锈钢管的变形和开裂具有重要意义。

如前所述，淬火过程中在大直径厚壁不锈钢管中产生的热应力通常与组织应力方向相反，因此当在淬火后的大直径厚壁不锈钢管中产生组织应力时，如果形成足够的热应力，组织应力可以部分抵消。这将减少淬火裂纹的可能性。

然而，不能由此得出增加热应力在316不锈钢管任何情况下都能减少裂纹的错误结论。在未硬化的大截面厚壁钢管中，热应力在截面上分布明显，且在中心处有很大的轴向拉应力，如横向开裂甚至分裂成两段轧辊。此外，当零件的形状更复杂时，由于其横截面尺寸的急剧变化，增加的热应力也会促进应力集中发生的尖角处的开裂。

为了防止生产中大直径厚壁不锈钢管的淬火变形和开裂，一直从原材料、热处理工艺等方面努力。在最小化热应力和组织应力的同时，通过利用两者在相反方向上的特性来进行有效控制。

影响淬火厚壁钢管应力分布的主要因素分为以下几类：

1.成分的影响

由于钢的成分(碳和合金元素的含量)的变化，淬火马氏体的比容、316L不锈钢无缝管奥氏屈服强度和钢的热导率发生变化，从而改变淬火应力的大小和分布。此外，由于成分的改变，钢的相交温度(A1点、Ms点)改变，改变了C曲线的位置和形状，这极大地改变了钢的淬透性。

例如，碳含量的增加增加了马氏体的比容，并将显著增加硬化钢的结构应力。然而，随着碳含量的增加，Ms点降低，残余奥氏体积增加，因此组织应力趋于降低。

从图8-5可以看出，随着碳含量的增加，表面压应力值逐渐减小，拉应力值逐渐增大(组织应力的影响逐渐增大)，最大拉应力的位置越靠近表面。因此，在碳含量小于1.0%的范围内，随着碳含量的增加，厚壁钢管的淬火裂纹倾向增加。

此外，随着碳含量的增加，高碳孪晶马氏体的数量增加并相互碰撞，导致微裂纹增加，从而增加了高碳钢的淬火开裂倾向。由此可见，对高碳厚壁钢管进行淬火时，应选择较低的加热温度，以使碳化物不完全溶解的混合组织能提高力学性能，同时降低厚壁钢管的变形和开裂倾向。此外，高碳厚壁钢管应尽可能采用双液、分级或等温淬火，以降低其结构应力。

合金元素的存在降低了钢的热导率，增加了淬火过程中的热应力和显微组织应力。特别是对于大型高碳高合金钢零件，由于大量合金碳化物的存在，热导率进一步降低。因此，在热处理过程中需要缓慢加热。淬火时应采用合适的淬火介质和淬火方法，并应及时进行温度回火，以降低热应力和显微组织应力，使其不会产生严重变形或开裂。