極薄壁不銹鋼無縫管拉伸力學性能試驗及影響因素淺析

 極薄壁不銹鋼無縫管（直徑/厚度≥100）廣泛地應用于各類閥門等精密儀器中。極薄壁不銹鋼無縫管拉伸力學性能試驗是判定材料性能指標的重要方法之一。通過對極薄壁不銹鋼無縫管進行拉伸力學性能試驗，研究、分析試驗方法，從中發現影響試驗結果的各項因素，正確認識并避免這些影響因素的發生，更好地結合相關標準進行極薄壁無縫鋼管的拉伸性能試驗，可以提高試驗的有效性。

 拉伸試驗是材料力學性能試驗中最常用的、也是最重要的一種試驗方法，同時也是工業領域中最基本的試驗方法。隨著制造技術的不斷發展，由極薄壁管（管坯直徑/壁厚≥100）所加工生產的金屬波紋管等產品，因其重量輕、低耗能、經久耐用等優勢而被越來越廣泛地應用于航空航天、汽車船舶等工業領域。然而，目前國內外對極薄壁不銹鋼無縫管力學性能試驗的研究卻比較少，雖原理可參考普通厚壁管，但由于極薄壁管壁厚較薄，在力學性能試驗過程中，很多不穩定因素會影響試驗結果的有效性。

一、拉伸試驗的試驗原理

  在室溫條件下（10℃-35℃）將不銹鋼無縫管管段試樣放置于夾具內，以一定的速率給管坯施加拉力載荷，一直到測出所需的力學性能指標，通常拉至管坯斷裂結束。一般經常測量的力學性能指標主要有：

  1. 抗拉強度（Rm）：拉伸時，管坯在拉斷前所承受的最大載荷與管坯原始截面積之比。

  2. 屈服強度（Re）：管坯在拉伸的過程中，當載荷到達某一數值時，載荷不變但管坯仍繼續伸長的現象，稱之為屈服。當管坯發生屈服時所對應的力，就叫做屈服強度。

  3. 斷后伸長率（A）：管坯被拉斷后，測量其斷后標距的伸長總量與原始標距之間比值的百分率。

二、試驗方法

  1. 試樣的選擇

  參照GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》，選擇并截取標準管段試樣（如圖所示），并為每件試樣的兩端各配做一個管塞頭，以防止管段試樣被夾扁。

  2. 拉伸過程

  拉伸試驗在DNS50電子萬能試驗機上進行，最大負荷50kN，加載速度V=8mm／min，恒位移加載，選用材料牌號022Cr17Nil2Mo2的多種不同規格管徑的極薄壁無縫鋼管管坯進行拉伸，通過試驗測得應力-應變曲線如圖所示。

  3. 試驗結果

  試驗結束后，計算出性能指標數據。表為真實試驗數據。最后，根據標準GB/T3089-2008《不銹鋼極薄壁無縫鋼管》判定試驗性能指標是否符合要求。

三、影響因素

  通過上述力學性能試驗發現，極薄壁不銹鋼無縫管在試驗過程中存在很多影響試驗有效性的不穩定因素，具體影響因素有：

  1. 試驗機的準確度

  試驗機是對試驗試樣施加載荷以測定性能指標的設備，它的準確度會直接影響試驗結果。因此，試驗機必須經過有資質的部門檢定合格并在有效期內方可進行使用。

  2. 塞頭的選擇

  極薄壁不銹鋼無縫管常常會因為塞頭的作用不當而導致斷裂的位置發生在夾持端附近。塞頭的伸入量如果過大，可能會改變試樣的斷裂位置，影響試驗結果的有效性。塞頭外徑也應根據管坯的實際內徑來進行配做，不可過松或過緊。如果塞頭直徑過小，管坯夾持端被夾扁，就會產生應力集中，與夾塊交界處易發生斷裂；如果塞頭直徑過大，又會使管坯在塞入塞頭后夾持端發生膨脹，也可能導致試驗失敗。

  3. 夾塊、夾持力的影響

  試驗過程中，裝夾管段試樣時，上下夾塊的選擇以及夾持的力度大小都有可能影響到最終的試驗結果。如夾塊與管段試樣的直徑不匹配，就會造成夾塊與管坯之間不能形成足夠的夾持面積，導致靜摩擦力不夠，從而在拉伸過程中夾塊與管坯產生相對滑動，影響拉伸結果。同樣，夾持過緊，又會對管坯表面產生應力，導致夾持處斷裂。此外，夾持角度傾斜也會影響到試驗的結果，因為傾斜會使管坯在受到拉伸力作用時，出現一個分解力，造成試驗結果的誤差。

  4. 拉伸速率的影響

  表是在不同拉伸速率下材料的抗拉強度、屈服強度和斷后伸長率參數的變化情況。從表中可以看出，極薄壁管不同于普通（厚壁）不銹鋼管，在一定速度范圍內，拉伸速率的增加對性能指標的影響并不明顯。每支試樣管坯都有其相對獨立的性能指標，并無規律可言，但從試驗角度講，如果試驗速率過快，會對傳感器造成損壞，過慢又會影響試驗效率，因此，最好還是按照標準所規定，選擇適中的加載速率進行試驗。

四、結論

  通過多組試驗發現，極薄壁不銹鋼無縫管因其壁厚極薄的特點，在拉伸試驗的過程中會出現上述所提到的影響因素，其中塞頭的設計、夾塊的選擇以及夾持力的調整是決定試驗成敗的關鍵因素，處理不好就會使管段試樣報廢。因此，在拉伸試驗的過程中，應正確認識這些因素，盡量避免這些影響因素的產生，并嚴格按照相關標準來進行試驗操作，這樣才能夠提高拉伸試驗的有效性，降低試驗成本。