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      各種因素對淬火厚壁鋼管應力分布的影響

      2020-05-29 09:34:50

      了解和掌握影響大直徑厚壁不銹鋼管淬火應力分布的一些主要因素,對于分析和控制不銹鋼管的變形和開裂具有重要意義。

      如前所述,淬火過程中在大直徑厚壁不銹鋼管中產生的熱應力通常與組織應力方向相反,因此當在淬火后的大直徑厚壁不銹鋼管中產生組織應力時,如果形成足夠的熱應力,組織應力可以部分抵消。這將減少淬火裂紋的可能性。

      然而,不能由此得出增加熱應力在316不銹鋼管任何情況下都能減少裂紋的錯誤結論。在未硬化的大截面厚壁鋼管中,熱應力在截面上分布明顯,且在中心處有很大的軸向拉應力,如橫向開裂甚至分裂成兩段軋輥。此外,當零件的形狀更復雜時,由于其橫截面尺寸的急劇變化,增加的熱應力也會促進應力集中發生的尖角處的開裂。

      為了防止生產中大直徑厚壁不銹鋼管的淬火變形和開裂,一直從原材料、熱處理工藝等方面努力。在最小化熱應力和組織應力的同時,通過利用兩者在相反方向上的特性來進行有效控制。

      影響淬火厚壁鋼管應力分布的主要因素分為以下幾類:

      1.成分的影響

      由于鋼的成分(碳和合金元素的含量)的變化,淬火馬氏體的比容、316L不銹鋼無縫管奧氏屈服強度和鋼的熱導率發生變化,從而改變淬火應力的大小和分布。此外,由于成分的改變,鋼的相交溫度(A1點、Ms點)改變,改變了C曲線的位置和形狀,這極大地改變了鋼的淬透性。

      例如,碳含量的增加增加了馬氏體的比容,并將顯著增加硬化鋼的結構應力。然而,隨著碳含量的增加,Ms點降低,殘余奧氏體積增加,因此組織應力趨于降低。

      從圖8-5可以看出,隨著碳含量的增加,表面壓應力值逐漸減小,拉應力值逐漸增大(組織應力的影響逐漸增大),最大拉應力的位置越靠近表面。因此,在碳含量小于1.0%的范圍內,隨著碳含量的增加,厚壁鋼管的淬火裂紋傾向增加。

      此外,隨著碳含量的增加,高碳孿晶馬氏體的數量增加并相互碰撞,導致微裂紋增加,從而增加了高碳鋼的淬火開裂傾向。由此可見,對高碳厚壁鋼管進行淬火時,應選擇較低的加熱溫度,以使碳化物不完全溶解的混合組織能提高力學性能,同時降低厚壁鋼管的變形和開裂傾向。此外,高碳厚壁鋼管應盡可能采用雙液、分級或等溫淬火,以降低其結構應力。

      合金元素的存在降低了鋼的熱導率,增加了淬火過程中的熱應力和顯微組織應力。特別是對于大型高碳高合金鋼零件,由于大量合金碳化物的存在,熱導率進一步降低。因此,在熱處理過程中需要緩慢加熱。淬火時應采用合適的淬火介質和淬火方法,并應及時進行溫度回火,以降低熱應力和顯微組織應力,使其不會產生嚴重變形或開裂。


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