金属材料中的残余应力(特别是拉应力)有可能降低负荷能力,降低抗腐蚀能力和疲劳强度,这里结合不锈钢管的使用和受力情况作一简单分析。

绝大多数不锈钢管工作在承受内压状态下,钢材处在受拉状态。而不锈钢管在制造过程中产生的是拉伸残余应力,因此,内外应力迭加在一起,降低了不锈钢管负荷能力,同时由于内外应力迭加在一起,造成复杂的应力状态,更易引起应力集中而使材料较容易损坏。

钢板经过一系列工艺过程制成不锈钢管后,其屈服强度较之制管前的钢板的屈服强度有所下降,也可以认为是制管过程中产生了残余应力所造成的。

钢材是多晶体,钢板在轧制的过程中已产生了残余应力,沿轧制方向其抗断裂阻力最小,垂直于轧制方向其抗断裂阻力最大。通常焊道部分(包括焊缝和热影响区)的机械性能较之母材为差,从许多厂家对焊接钢管所做的爆破试验来看,多数是在热影响区附近的母材上开裂,而且是沿着管材的纵向开裂,产生这种情况的原因可以这样解释:

不锈钢管承受内压时,其最大应力即主应力为环向,开裂的最大驱动力为轴向,不锈钢管在成型和焊接时都产生了拉伸的残余应力,对于直缝焊管来说(以宝鸡不锈钢管厂的ERW生产线为例),由于在制造工艺过程中增加了正火工序,焊缝及其热影响区的残余应力大部分得以消除,相对而言,母材上的残余应力未得到消除,这部分残余应力与外力迭加,造成不锈钢管在母材上开裂。对于螺旋焊缝钢管来说,焊缝断面大于母材断面,在受到外力作用时,焊缝所承受的应力小于母材所承受的应力,加之焊缝呈螺旋状,与最大驱动开裂方向呈一螺旋角,这就使强度的薄弱环节避开最大驱动开裂方向,并且焊缝在整个不锈钢管上形成一道加强筋,有止裂的作用。