冷拔鋼管在冷拔加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，而這些殘余應(yīng)力是有害的，尤其是殘余拉應(yīng)力，是金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕和裂紋的根源。此外，帶有不均勻殘余應(yīng)力的產(chǎn)品在放置和使用過(guò)程中會(huì)緩慢改變自身尺寸，同時(shí)也對(duì)產(chǎn)生的機(jī)械性能有影響。

本文就是采用盲孔法測(cè)量冷拔鋼管表面殘余應(yīng)力值，分析冷拔鋼管各工序表面殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，根據(jù)殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，優(yōu)化冷拔加工工藝。

盲孔法測(cè)試方案及儀器

試樣為冷拔加工后的鋼管，根據(jù)等徑冷拔原理，冷拔鋼管表面與心部變形量不同，表面變形大于心部，符合盲孔法測(cè)量的要求。盲孔法測(cè)量一般只能得到表面1-2mm深度的應(yīng)力值。

采用聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，是由JHHY靜態(tài)應(yīng)變儀和JHMK鉆孔裝置組成。

45鋼冷拔鋼管殘余應(yīng)力測(cè)試方法

45鋼冷拔鋼管冷拔加工工藝過(guò)程

45鋼冷拔鋼管原材料尺寸：外徑186mm，內(nèi)徑158mm，壁厚14mm。第一道次冷拔后鋼管尺寸：外徑184mm，內(nèi)徑159mm，壁厚12.5mm。第二道次冷拔后鋼管尺寸：外徑182mm，內(nèi)徑160mm，壁厚11mm。

45鋼冷拔鋼管冷拔工藝路線(xiàn)為：原始熱軋坯料——790℃退火——第一道次冷拔——第二道次冷拔——去應(yīng)力退火1h或去應(yīng)力退火2h。

按工藝順序?qū)υ嚇舆M(jìn)行編號(hào)，分別為1-6。每次試驗(yàn)取兩組試樣，逐一測(cè)量試樣的表面殘余應(yīng)力。

殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析

σ₁與軸向的θ夾角在粘貼應(yīng)變花時(shí)是未知的，因此不能直接測(cè)出軸向的殘余應(yīng)力，σ₂與σ₁的方向垂直，周向殘余應(yīng)力也不能直接測(cè)出來(lái)。通過(guò)分析θ可以得到主應(yīng)力的方向。當(dāng)θ正好為90°，σ₁就是周向的殘余應(yīng)力，σ₂就是軸向的殘余應(yīng)力。從殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果看，第一道次冷拔后，θ接近90°（67.7°、87.7°），可以粗略認(rèn)為σ₁=-55.2MPa就是周向殘余應(yīng)力（壓應(yīng)力）；σ₂=-159.7MPa就是軸向殘余應(yīng)力（壓應(yīng)力）。

第二道次冷拔后的θ為150°左右，σ₂與σ₁的方向與軸向、周向相差很大。分析σ₁與σ₂在水平與垂直方向的分矢量可以反應(yīng)出軸向、周向的應(yīng)力值。

第二道次冷拔后，σ₁為負(fù)數(shù)，夾角θ約為150°，σ₁在-90°、180°方向的分矢量為σ_1x、σ_1y；σ₂也為負(fù)數(shù)，與σ₁方向的夾角為90°，σ₂在0°、-90°方向的分矢量為σ_2x、σ_2y。從σ₁與σ₂的分矢量圖可以看出，軸向殘余應(yīng)力分矢量方向相反，相互抵消減小，σ_x=+3.49MPa，為拉應(yīng)力，應(yīng)力值較小；周向殘余應(yīng)力分矢量方向相同，相互疊加增大，σ_y=-42.44MPa，為壓應(yīng)力。與第一道次冷拔相比，第二道次冷拔后的鋼管，其各種殘余應(yīng)力值都減小很多。

從不同45鋼試樣的表面殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果與變化趨勢(shì)可以看出：45鋼原始坯料的各方向都存在拉應(yīng)力，經(jīng)790°退火后各方向就變成了壓應(yīng)力；第一道次冷拔后，產(chǎn)生了較大的壓應(yīng)力，是各工序中壓應(yīng)力最大的；第二道次冷拔后壓應(yīng)力減?。蝗?yīng)力退火后壓應(yīng)力有所增大，延長(zhǎng)退火保溫時(shí)間可稍微降低應(yīng)力，但因保溫時(shí)間只有1-2h，退火時(shí)間不長(zhǎng)，所以殘余應(yīng)力不可能全部消除。

27SiMn冷拔鋼管殘余應(yīng)力測(cè)試方法

27SiMn冷拔鋼管冷拔加工工藝過(guò)程

27SiMn冷拔鋼管原材料尺寸：外徑194mm，內(nèi)徑168mm，壁厚13mm。第一道次冷拔后鋼管尺寸：外徑192mm，內(nèi)徑169mm，壁厚11.5mm。第二道次冷拔后鋼管尺寸：外徑190mm，內(nèi)徑170mm，壁厚10mm。

27SiMn冷拔鋼管冷拔加工工藝路線(xiàn)有兩條，第一條路線(xiàn)是原始熱軋坯料——790℃退火——第一道次冷拔——中間790℃退火——第二道次冷拔——500℃去應(yīng)力退火1h——500℃去應(yīng)力退火2h。第二條路線(xiàn)是原始熱軋坯料——790℃退火——第一道次冷拔——第二道次冷拔——500℃去應(yīng)力退火1h——500℃去應(yīng)力退火2h。每次試驗(yàn)取兩組試樣，逐一測(cè)量27SiMn鋼試樣的表面殘余應(yīng)力。

殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析

從不同27SiMn鋼試樣表面殘余應(yīng)力測(cè)試以及兩條路線(xiàn)殘余應(yīng)力變化趨勢(shì)可以看出，27SiMn鋼原始坯料為熱軋態(tài)，測(cè)得表面存在一定的拉應(yīng)力，退火后即可將拉應(yīng)力消除，均產(chǎn)生壓應(yīng)力；第一道次冷拔后，殘余應(yīng)力也達(dá)到了最大值，是所有工序中應(yīng)力值最高的，后續(xù)加工應(yīng)力值逐步降低；對(duì)比第一、二條工藝路線(xiàn)可以看出，第二條工藝路線(xiàn)減少了4號(hào)工序，即中間退火，最終測(cè)試結(jié)果7-10號(hào)試樣的壓應(yīng)力值比較接近，說(shuō)明第一、第二兩條工藝路線(xiàn)加工后，27SiMn冷拔鋼管的表面殘余壓應(yīng)力是接近的，冷拔過(guò)程中增加一次退火沒(méi)有明顯效果。第二條工藝路線(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)生成本低，所以生產(chǎn)中可以選擇第二條工藝路線(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

1. 冷拔鋼管各工藝表面殘余應(yīng)力分布如下：原始坯料表面為殘余拉應(yīng)力；坯料退火后表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，第一道次冷拔后壓應(yīng)力達(dá)到殘余應(yīng)力的最大值；第二道次冷拔后的表面殘余應(yīng)力還為壓應(yīng)力，通過(guò)二次冷拔起到了降低殘余應(yīng)力的作用；500℃去應(yīng)力退火與1-2h保溫對(duì)殘余應(yīng)力的降低效果不顯著。

2. 等徑冷拔工藝生產(chǎn)的冷拔鋼管表面殘余應(yīng)力很小，冷拔鋼管表面殘余應(yīng)力均為壓應(yīng)力，材料具有良好的綜合性能。

3. 冷拔加工工藝可進(jìn)一步優(yōu)化：總變形量不變的情況下，增大第一道冷拔變形量，相對(duì)減少第二道次冷拔變形量，最終可以得到表面殘余應(yīng)力較小的冷拔鋼管。