關(guān)于冷成型鋼管鋼材力學(xué)性能研究探究

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1、關(guān)于冷成型鋼管鋼材力學(xué)性能研究探究　　摘要：文章對(duì)冷成型直縫焊接圓鋼管彎制前的原料板材和彎制后的管材的力學(xué)性能變化進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比研究。關(guān)鍵詞：冷成型；鋼管；鋼板；力學(xué)性能Abstract:Basedonthechangesofmechanicalpropertiesofcoldformingofweldedsteeltubebendingbeforethematerialsheetandbendingpipeaftercomparetest.Keywords:coldformingsteel;steel;mechanicalproperties中圖分

2、類號(hào)：TG335.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104(2013)冷成型鋼管是將板材經(jīng)冷加工彎制成型焊接后的直縫焊接圓鋼管，鋼管上一般有一條或兩條直焊縫?，F(xiàn)今的冷加工工藝主要有在卷管機(jī)上將鋼板沿軋制方向卷曲成型、在油壓機(jī)上將鋼板沿垂直于軋制方向以長(zhǎng)壓頭漸進(jìn)壓制成型和在連續(xù)冷彎?rùn)C(jī)上將鋼帶連續(xù)冷彎成型，然后在冷成型的基礎(chǔ)上再焊接成鋼管，筆者此次的研究對(duì)象為卷管和壓管。6冷成型實(shí)質(zhì)上就是在低于鋼材再結(jié)晶溫度下的彈塑性彎曲成型，冷彎成型時(shí)鋼板產(chǎn)生的塑性變形較大，并伴隨有加工硬化現(xiàn)象。所以鋼材經(jīng)冷作加工成型后，一般都有強(qiáng)度和硬度升高以及塑性和韌性降低的

3、傾向。為此筆者選擇在一定的徑厚比條件下，進(jìn)行板材冷加工制管前后的性能對(duì)比試驗(yàn)，從而掌握材料性能的變化規(guī)律。1、試樣制備要研究板材經(jīng)冷成型加工成管材后性能變化，則必須對(duì)鋼管和用于制作該鋼管的板材都進(jìn)行性能測(cè)試，這樣才具有可比性。為此根據(jù)GB/T2975-1998《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備》，結(jié)合冷成型直縫焊接圓鋼管的特殊性和對(duì)比試驗(yàn)的需要，對(duì)取樣和制樣作了具體規(guī)定：(a)樣坯在鋼板中的位置(b)試樣在樣坯中的位置(c)試樣和樣坯的相對(duì)位置和尺寸圖１鋼板取樣示意圖（ｍｍ）(1)在鋼板上按圖1(a)取樣坯，并標(biāo)記出鋼板的哪一面為制管樣坯的外

4、表面；再按圖1(b)和(c)在樣坯上取拉伸試樣和沖擊試樣。（2）在鋼管上取橫向樣坯和縱向樣坯，然后在橫向樣坯和縱向樣坯中分別取拉伸試樣和沖擊試樣。（3）在鋼管中取的拉伸及沖擊試樣和在鋼板中取的拉伸及沖擊試樣的形狀和規(guī)格均相同。拉伸試樣為圓形橫截面比例試樣，直徑d0＝10mm，長(zhǎng)度L0＝50mm，試樣應(yīng)符合GB/T6228-2002的規(guī)定；V型沖擊試樣的尺寸為10mm×10mm×55mm，應(yīng)符合GB/T229-2007的規(guī)定。(4)制樣數(shù)量如表3所示，特別需要說明的是每張鋼板和每根鋼管都按表3所示的數(shù)量制樣；單張鋼板上及該張鋼板彎制成的鋼管上制取的試樣

5、均為同一試驗(yàn)組別。表３試樣的數(shù)量另外需要注意的是，鋼管冷成型后，鋼管外表面切向伸長(zhǎng)和橫截面發(fā)生畸變，外層屬于拉伸區(qū)，內(nèi)層屬于受壓區(qū)。鋼管外表面的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變高于受壓區(qū)的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，而拉應(yīng)力和拉應(yīng)變不利于材料的塑形變形，因此鋼管的取樣位置應(yīng)位于其外表面部位，從而使試驗(yàn)更具代表性。2、試驗(yàn)結(jié)果及分析鋼板和鋼管性能的測(cè)試結(jié)果可得出，以卷制或壓制方法冷成型的圓鋼管，其管材的力學(xué)性能與原料鋼板相比，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度明顯提高，塑性（斷后伸長(zhǎng)率）明顯下降，其變化幅度與徑厚比等因素有關(guān)，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須考慮的問題。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整體分析可知，鋼管成型后其屈強(qiáng)

6、比不小于原料鋼板的屈強(qiáng)比，有些屈強(qiáng)比數(shù)據(jù)已超過GB/T19879-2005規(guī)定的≤0.85的要求，這表明一旦鋼管承載超過屈服極限，抵御失效的能力就會(huì)下降。6冷成型后的鋼管，無論是卷制或壓制成型，鋼管的橫向沖擊韌度均有較大幅度的降低，甚至下降50％以上。因此制管用的板材，如果其沖擊韌度富余量大，制管后的沖擊功還能達(dá)到原板材的標(biāo)準(zhǔn)要求，否則鋼管橫向沖擊功將不符合規(guī)定，造成報(bào)廢。由于冷成型管材的彎曲變形主要集中在橫向，而縱向取樣的沖擊數(shù)據(jù)較板材的有升有降，這與數(shù)據(jù)的離散性有關(guān)，也與制取的縱向試樣整體塑性變形較小相關(guān)。3、應(yīng)力應(yīng)變分析按GB/T232-199

7、9進(jìn)行金屬材料彎曲試驗(yàn)時(shí)，冷彎試樣受拉的外表面不但發(fā)生沿試樣縱向的拉伸變形，同時(shí)也發(fā)生沿試樣橫向的收縮變形。橫向收縮量隨冷彎截面的寬度增加而減少，冷彎試樣寬度越大，則縱向拉伸越難變形，而彎至同樣的角度，因?qū)挾仍酱螅讲荒苁艿綑M向補(bǔ)償，越易產(chǎn)生裂紋等缺陷，越能敏感地反映出鋼材塑性變形能力、各向異性程度和表面質(zhì)量，這種現(xiàn)象稱之為寬冷彎效應(yīng)[2]。研究表明：當(dāng)冷彎試樣寬度為厚度的7倍以上時(shí)，試樣橫向收縮量除兩外側(cè)面以外，在中心區(qū)已接近零。6冷成型直縫焊接圓鋼管的卷（壓）制過程相當(dāng)于金屬材料彎曲試驗(yàn)的“寬冷彎”試驗(yàn)，其寬度為管長(zhǎng)，但一般管長(zhǎng)為管厚的數(shù)十倍，因

8、而鋼管長(zhǎng)度方向的收縮非常微小，鋼管繼續(xù)加長(zhǎng)其影響不會(huì)擴(kuò)大，可以認(rèn)為鋼管縱向沒有發(fā)生變形，但鋼管徑厚比對(duì)管材橫