影響無縫鋼管材料疲勞強(qiáng)度的八大因素

    山東源利通無縫鋼管材料的疲勞強(qiáng)度對(duì)各種外在因素和內(nèi)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(nèi)在因素包括材料本身的成分，組織狀態(tài)、純凈度和殘余應(yīng)力等。這些因素的細(xì)變化，均會(huì)造成材料疲勞性能的波動(dòng)甚至大幅度變化。 
   各種因素對(duì)疲勞強(qiáng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(jù)，以保證零件具有高的疲勞性能。 
1.應(yīng)力集中的影響
常規(guī)所講的疲勞強(qiáng)度，都是用精心加工的光滑試樣測得的，然而，實(shí)際機(jī)械零件都不可避免地存在著不同形式的缺口，如臺(tái)階、鍵槽、螺紋和油孔等。這些缺口的存在造成應(yīng)力集中，使缺口根部的 實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)大于零件所承受的名義應(yīng)力，零件的疲勞破壞往往從這里開始。
理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt ：在理想的彈性條件下，由彈性理論求得的，缺口根部的 實(shí)際應(yīng)力與名義應(yīng)力的比值。
有效應(yīng)力集中系數(shù)（或疲勞應(yīng)力集中系數(shù)）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(yīng)力集中系數(shù)不僅受構(gòu)件尺寸和形狀的影響，而且受材料的物理性質(zhì)、加工、熱處理等多種因素的影響。
有效應(yīng)力集中系數(shù)隨著缺口尖銳程度的增加而增加，但通常小于理論應(yīng)力集中系數(shù)。
疲勞缺口敏感度系數(shù)q：疲勞缺口敏感度系數(shù)表示材料對(duì)疲勞缺口的敏感程度，由下式計(jì)算。
q的數(shù)據(jù)范圍是0-1，q值越小，表征無縫鋼管材料對(duì)缺口越不敏感。試驗(yàn)表明，q并非純粹是材料常數(shù)，它仍然和缺口尺寸有關(guān)，只有當(dāng)缺口半徑大于一定值后，q值才基本與缺口無關(guān)，而且對(duì)于不同材料或處理狀態(tài)，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(nèi)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(yīng)的存在，是把試驗(yàn)室小試樣測得的疲勞數(shù)據(jù)運(yùn)用于尺寸實(shí)際零件中的一個(gè)重要問題，由于不可能把實(shí)際尺寸的零件上存在的應(yīng)力集中、應(yīng)力梯度等完全相似地在小試樣上再現(xiàn)出來，從而造成試驗(yàn)室結(jié)果與某些具體零件疲勞破壞之間的互相脫節(jié)。
3.表面加工狀態(tài)的影響
機(jī)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(dāng)于小缺口，在材料表面造成應(yīng)力集中，從而降低材料的疲勞強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，對(duì)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(qiáng)度越高，則對(duì)表面光潔度越敏感。
4.加載經(jīng)歷的影響
實(shí)際上沒有任何零件是在 恒定的應(yīng)力幅條件下工作，材料實(shí)際工作中的超載和次載都會(huì)對(duì)材料的疲勞極限產(chǎn)生影響，試驗(yàn)表明，材料普遍存在著超載損傷和次載鍛煉現(xiàn)象。
所謂超載損傷是指材料在高于疲勞極限的載荷下運(yùn)行達(dá)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(shí)上，在一定條件下，少量次數(shù)的超載不僅不會(huì)對(duì)材料造成損傷，由于形變強(qiáng)化、裂紋 鈍化以及殘余壓應(yīng)力的作用，還會(huì)對(duì)材料造成強(qiáng)化，從而提高材料的疲勞極限。因此，應(yīng)對(duì)超載損傷的概念進(jìn)行一些補(bǔ)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(yīng)力水平下運(yùn)行一定周次后，造成材料疲勞極限升高的現(xiàn)象。次載鍛煉的效果和材料本身的性能有關(guān)，塑性好的材料，一般來說鍛煉周期要長些，鍛煉應(yīng)力要高些方能見效。
5.化學(xué)成分的影響
材料的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度在一定條件下存在著較密切的關(guān)系，因此，在一定條件下凡能提高抗拉強(qiáng)度的合金元素，均可提高材料的疲勞強(qiáng)度。比較而言，碳是影響材料強(qiáng)度的主要因素。而一些在鋼中形成夾雜物的雜質(zhì)元素則對(duì)疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。
熱處理和顯組織的影響不同的熱處理狀態(tài)會(huì)得到不同的顯組織，因此，熱處理對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響，實(shí)質(zhì)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(qiáng)度，但由于組織的不同，疲勞強(qiáng)度可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。
    在相同的強(qiáng)度水平時(shí)，片狀珠光體的疲勞強(qiáng)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(xì)小，則疲勞強(qiáng)度越高。
顯組織對(duì)材料疲勞性能的影響，除了和各種組織本身的機(jī)械性能特性有關(guān)外，還和晶粒度以及復(fù)合組織中組織的分布特征有關(guān)。細(xì)化晶?？商岣卟牧系钠趶?qiáng)度。
6.夾雜物的影響
夾雜物本身或由它而產(chǎn)生的孔洞相當(dāng)于小缺口，在交變載荷作用下將產(chǎn)生應(yīng)力集中和應(yīng)變集中，成為疲勞斷裂的裂紋源，對(duì)材料的疲勞性能造成不良影響。夾雜物對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響不僅取決于夾雜物的種類、性質(zhì)、形狀、大小、數(shù)量和分布，而且還取決于材料的強(qiáng)度水平以及外加應(yīng)力水平及狀態(tài)等因素。
不同類型的夾雜物其機(jī)械和物理性能不同，和母材性能之間的差異不同，對(duì)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(duì)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(shù)大的夾雜物（如硫化物）因在基體中產(chǎn)生壓應(yīng)力而影響小，而比基體膨脹系數(shù)小的夾雜物（如氧化鋁等）因在基體中產(chǎn)生拉應(yīng)力而影響大。
   夾雜物與母材結(jié)合的緊密程度也會(huì)影響疲勞強(qiáng)度。硫化物易于變形，和母材結(jié)合緊密，而氧化物易于脫離母材，造成應(yīng)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(duì)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(chǎn)生塑性流變，夾雜物的影響較小，而在材料的疲勞極限應(yīng)力范圍，夾雜物的存在造成局部應(yīng)變集中成為塑性變形的控制因素，從而強(qiáng)烈地影響材料的疲勞強(qiáng)度。也就是說，夾雜物的存在主要是影響材料的疲勞極限，對(duì)高應(yīng)力條件下的疲勞強(qiáng)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(zhì)含量，改善材料的疲勞性能。
7.表面性能變化及殘余應(yīng)力的影響
表面狀態(tài)的影響除前已提及的表面光潔度外，還包括表層機(jī)械性能的變化及殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。表層機(jī)械性能的變化可以是表層化學(xué)成分和組織不同所引起，也可以是表層因形變強(qiáng)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(qiáng)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(xué)熱處理對(duì)疲勞強(qiáng)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(yīng)力的大小和分布等因素。大量試驗(yàn)表明，只要是先加工缺口后經(jīng)化學(xué)熱處理，則一般說來缺口越尖銳，疲勞強(qiáng)度的提高也越多。
不同的加載方式下，表面處理對(duì)疲勞性能的影響也不同。軸向加載時(shí)，由于不存在應(yīng)力沿層深分布不均的現(xiàn)象，表層和層下的應(yīng)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(qiáng)化，因而疲勞強(qiáng)度的提高有限。在彎曲和扭轉(zhuǎn)條件下，應(yīng)力的分布集中于表層，表面處理形成的殘余應(yīng)力和這種外加應(yīng)力疊加，使表面實(shí)際承受的應(yīng)力降低，同時(shí)，由于表層材料的強(qiáng)化，因而能有效地提高彎曲和扭轉(zhuǎn)條件下的疲勞強(qiáng)度。
    和滲碳、氮化以及碳氮共滲等化學(xué)熱處理相反，如果零件在熱處理過程中脫碳，使表層的強(qiáng)度降低，則會(huì)使源利通無縫鋼管材料的疲勞強(qiáng)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(yīng)、鍍層在基體無縫鋼管中引起的殘余拉應(yīng)力以及電鍍過程中氫氣的浸入導(dǎo)到氫脆等原因，使疲勞強(qiáng)度降低。
    采用感應(yīng)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(yīng)力，因而也是提高零件疲勞強(qiáng)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(shí)使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，因而也是提高疲勞強(qiáng)度的有效途徑

鏡面不銹鋼管

出口是否是冷拔無縫鋼管行業(yè)目前 途徑

    進(jìn)入11月中旬，國際市場無縫鋼管價(jià)格還在連續(xù)下降，這給連年盈利不佳的國內(nèi)無縫鋼管行業(yè)帶來了喘息之機(jī)。但是，面對(duì)著這種回暖，更多的機(jī)構(gòu)和專業(yè)人士均表示不樂觀，認(rèn)為受到國際市場、無縫鋼管產(chǎn)能過剩、結(jié)構(gòu)不合理等因素的影響，這種回暖勢(shì)頭恐怕很難維持太久。
   如果國內(nèi)無縫鋼管廠家的注意力和精力仍在低端產(chǎn)品這一塊，將來國內(nèi)無縫鋼管廠家甚至可能會(huì)面臨海外無縫鋼管廠家的沖擊。 在推進(jìn)自主創(chuàng)新能力的方面，一是要進(jìn)行體制機(jī)制創(chuàng)新，從體制機(jī)制上保證和促進(jìn)創(chuàng)新活力;二是推進(jìn)冷拔無縫鋼管企業(yè)成為技術(shù)創(chuàng)新主體，有效整合內(nèi)部技術(shù)創(chuàng)新資源，重視協(xié)同創(chuàng)新，推進(jìn)共性技術(shù)研發(fā)平臺(tái)建設(shè);三是加快創(chuàng)新人才隊(duì)伍建設(shè)，形成具有較強(qiáng)科技創(chuàng)新能力的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，不斷激發(fā)自主創(chuàng)新的活力。
    要加快重點(diǎn)領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，迫切需要加強(qiáng)以節(jié)約資源、環(huán)境友好為導(dǎo)向的流程工藝與冷拔無縫鋼管制造自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)的研發(fā);對(duì)節(jié)約資源、清潔生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)的技術(shù)和裝備創(chuàng)新，以及高強(qiáng)度、長壽命、多功能的新材料的開發(fā)等重大關(guān)鍵技術(shù)，都要力爭自主創(chuàng)新解決;要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)研究，加強(qiáng)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的技術(shù)融合;盡快推廣成熟的共性技術(shù)，促進(jìn)新品種、新技術(shù)和新工藝的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
    冷拔無縫鋼管行業(yè)在發(fā)展過程中暴露的原創(chuàng)技術(shù)不足、生產(chǎn)控制技術(shù)與國外存在差距、關(guān)鍵高端產(chǎn)品仍需進(jìn)口等問題仍然制約著我國向冷拔無縫鋼管強(qiáng)國邁進(jìn)的步伐。應(yīng)對(duì)新常態(tài)，根本出路是持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，冷拔無縫鋼管工業(yè)要以“科技支撐轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展”為理念，推動(dòng)科技創(chuàng)新活動(dòng)深入開展。一是以生產(chǎn)商向服務(wù)商轉(zhuǎn)變引領(lǐng)當(dāng)代產(chǎn)品創(chuàng)新，與終端產(chǎn)品用戶一起實(shí)現(xiàn)先期研發(fā)介入、后期推廣應(yīng)用和持續(xù)跟蹤改進(jìn)，構(gòu)建“產(chǎn)學(xué)研用檢”的創(chuàng)新體系，并在實(shí)施創(chuàng)新過程中培育用戶。二是從第四次工業(yè)革命的高度加速推進(jìn)“兩化”深度融合。冷拔無縫鋼管行業(yè)應(yīng)敏銳地意識(shí)到這一變化，主動(dòng)探索新工業(yè)革命的內(nèi)涵，把握其內(nèi)在潛力和能量，引領(lǐng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。三是通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵品種的趕超。冷拔無縫鋼管工業(yè)應(yīng)立足自主創(chuàng)新，積極開發(fā)高技術(shù)含量、高附加值、關(guān)鍵產(chǎn)品，為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)強(qiáng)國提供關(guān)鍵冷拔無縫鋼管材料支撐保障。四是把綠色發(fā)展作為技術(shù)創(chuàng)新的重要方向，大力推廣先進(jìn)節(jié)能減排技術(shù)，通過科技創(chuàng)新，進(jìn)一步提高節(jié)能減排技術(shù)的效率和效益，不斷提高節(jié)能減排效果。

   由此來看冷拔無縫鋼管目前做出口只是其中的一條出路并非是解決冷拔無縫鋼管行業(yè)目前的良藥，過剩的冷拔無縫鋼管產(chǎn)能導(dǎo)致冷拔無縫鋼管價(jià)格急劇下調(diào)，這也導(dǎo)致很多小型的冷拔無縫鋼管廠家倒閉的現(xiàn)象。