极薄壁不锈钢无缝管拉伸力学性能试验及影响因素浅析

 极薄壁不锈钢无缝管（直径/厚度≥100）广泛地应用于各类阀门等精密仪器中。极薄壁不锈钢无缝管拉伸力学性能试验是判定材料性能指标的重要方法之一。通过对极薄壁不锈钢无缝管进行拉伸力学性能试验，研究、分析试验方法，从中发现影响试验结果的各项因素，正确认识并避免这些影响因素的发生，更好地结合相关标准进行极薄壁无缝钢管的拉伸性能试验，可以提高试验的有效性。

 拉伸试验是材料力学性能试验中最常用的、也是最重要的一种试验方法，同时也是工业领域中最基本的试验方法。随着制造技术的不断发展，由极薄壁管（管坯直径/壁厚≥100）所加工生产的金属波纹管等产品，因其重量轻、低耗能、经久耐用等优势而被越来越广泛地应用于航空航天、汽车船舶等工业领域。然而，目前国内外对极薄壁不锈钢无缝管力学性能试验的研究却比较少，虽原理可参考普通厚壁管，但由于极薄壁管壁厚较薄，在力学性能试验过程中，很多不稳定因素会影响试验结果的有效性。

一、拉伸试验的试验原理

  在室温条件下（10℃-35℃）将不锈钢无缝管管段试样放置于夹具内，以一定的速率给管坯施加拉力载荷，一直到测出所需的力学性能指标，通常拉至管坯断裂结束。一般经常测量的力学性能指标主要有：

  1. 抗拉强度（Rm）：拉伸时，管坯在拉断前所承受的最大载荷与管坯原始截面积之比。

  2. 屈服强度（Re）：管坯在拉伸的过程中，当载荷到达某一数值时，载荷不变但管坯仍继续伸长的现象，称之为屈服。当管坯发生屈服时所对应的力，就叫做屈服强度。

  3. 断后伸长率（A）：管坯被拉断后，测量其断后标距的伸长总量与原始标距之间比值的百分率。

二、试验方法

  1. 试样的选择

  参照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，选择并截取标准管段试样（如图所示），并为每件试样的两端各配做一个管塞头，以防止管段试样被夹扁。

  2. 拉伸过程

  拉伸试验在DNS50电子万能试验机上进行，最大负荷50kN，加载速度V=8mm／min，恒位移加载，选用材料牌号022Cr17Nil2Mo2的多种不同规格管径的极薄壁无缝钢管管坯进行拉伸，通过试验测得应力-应变曲线如图所示。

  3. 试验结果

  试验结束后，计算出性能指标数据。表为真实试验数据。最后，根据标准GB/T3089-2008《不锈钢极薄壁无缝钢管》判定试验性能指标是否符合要求。

三、影响因素

  通过上述力学性能试验发现，极薄壁不锈钢无缝管在试验过程中存在很多影响试验有效性的不稳定因素，具体影响因素有：

  1. 试验机的准确度

  试验机是对试验试样施加载荷以测定性能指标的设备，它的准确度会直接影响试验结果。因此，试验机必须经过有资质的部门检定合格并在有效期内方可进行使用。

  2. 塞头的选择

  极薄壁不锈钢无缝管常常会因为塞头的作用不当而导致断裂的位置发生在夹持端附近。塞头的伸入量如果过大，可能会改变试样的断裂位置，影响试验结果的有效性。塞头外径也应根据管坯的实际内径来进行配做，不可过松或过紧。如果塞头直径过小，管坯夹持端被夹扁，就会产生应力集中，与夹块交界处易发生断裂；如果塞头直径过大，又会使管坯在塞入塞头后夹持端发生膨胀，也可能导致试验失败。

  3. 夹块、夹持力的影响

  试验过程中，装夹管段试样时，上下夹块的选择以及夹持的力度大小都有可能影响到最终的试验结果。如夹块与管段试样的直径不匹配，就会造成夹块与管坯之间不能形成足够的夹持面积，导致静摩擦力不够，从而在拉伸过程中夹块与管坯产生相对滑动，影响拉伸结果。同样，夹持过紧，又会对管坯表面产生应力，导致夹持处断裂。此外，夹持角度倾斜也会影响到试验的结果，因为倾斜会使管坯在受到拉伸力作用时，出现一个分解力，造成试验结果的误差。

  4. 拉伸速率的影响

  表是在不同拉伸速率下材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率参数的变化情况。从表中可以看出，极薄壁管不同于普通（厚壁）不锈钢管，在一定速度范围内，拉伸速率的增加对性能指标的影响并不明显。每支试样管坯都有其相对独立的性能指标，并无规律可言，但从试验角度讲，如果试验速率过快，会对传感器造成损坏，过慢又会影响试验效率，因此，最好还是按照标准所规定，选择适中的加载速率进行试验。

四、结论

  通过多组试验发现，极薄壁不锈钢无缝管因其壁厚极薄的特点，在拉伸试验的过程中会出现上述所提到的影响因素，其中塞头的设计、夹块的选择以及夹持力的调整是决定试验成败的关键因素，处理不好就会使管段试样报废。因此，在拉伸试验的过程中，应正确认识这些因素，尽量避免这些影响因素的产生，并严格按照相关标准来进行试验操作，这样才能够提高拉伸试验的有效性，降低试验成本。