成品管表面质量对不锈钢管使用寿命的影响

    不锈钢管的表面质量是机械加工质量的重要组成部分，是指机械加工后不锈钢管表面层的微观几何结构及表层金属材料性质发生变化的情况。经机械加工后的不锈钢管表面并非理想的光滑表面，它存在着不同程度的粗糙波纹、冷硬、裂纹等表面缺陷。表面粗糙度、表面加工硬化、表面残余应力的性质及其大小、表面金相组织变化及机械损伤对机器不锈钢管的使用性能有着极大的影响;不锈钢管的磨损、腐蚀和疲劳破坏都是从不锈钢管表面开始的，特别是现代化工业生产使机器正朝着精密化、高速化、多功能方向发展，工作在高温、高压、高速、高应力条件下的机械不锈钢管，表面层的任何缺陷都会加速不锈钢管的失效。

    已加工表面质量对不锈钢管的使用性能有很大的影响，为使不锈钢管长期、安全、可靠地工作，都对表面质量提出较高的要求。受动载荷的构件，材料的疲劳承载能力与表面质量密切相关:在腐蚀性介质中工作的部件，其抗腐蚀能力与表面质量也密切相关。航空和航天不锈钢管断裂故障的金相分析或断口分析表明，无论是动载疲劳断裂，还是静载延滞断裂，其断裂的主要原因是不锈钢管的表面层状态。具体的说，主要表现在以下几个方面。

    ①表面粗糙度对不锈钢管使用性能的影响

    切削加工后的不锈钢管表面在微观上是由许多峰谷构成。当两个不锈钢管表面相接触时，实际上是由这些峰顶相互接触。实际接触面积比理论接触面积小得多;同时，接触的应力很大。当两个接触面间有相对运动时，相互接触的峰顶部分会最先磨损，从而逐步失去原有的尺寸、形状和精度。一般情况下，表面粗糙度越低，不锈钢管的耐磨性越好。但粗糙度并不一定总是越低越好，因为表面过于光滑，在较大压力下容易破坏不锈钢管表面的润滑油膜，并增加冷焊的可能性，从而导致表面的剧烈磨损。对于受交变载荷的不锈钢管，表面越粗糙，越容易在波谷尖端产生应力集中，以致疲劳后出现裂纹，使不锈钢管失效。表面越粗糙的不锈钢管，腐蚀性物质容易吸附和集聚在凹谷处，沿着凹谷尖端向表面深处腐蚀，使腐蚀加速。

    1)表面质量对疲劳强度的影响。不锈钢管的表面粗糙度、冷硬现象、残余应力都将对不锈钢管疲劳强度产生影响。一般情况下，表面粗糙度越高，冷硬现象和残余应力越大，疲劳强度就越低。有些加工方法(如滚压)既可以降低表面粗糙度，又可以强化加工表面，同时能防止表面微裂纹的产生和发展，因此，可以在一定程度上提高不锈钢管的疲劳强度。

    2)表面质量对腐蚀性的影响。一般情况下，表面粗糙度越高，不锈钢管的抗腐蚀性也就越差。存在残余拉应力的表面要比存在残余压应力的表面耐腐蚀性差。

    3)表面质量对装配性质的影响表面粗糙度越高，在摩擦过程中不锈钢管越容易失去原有的尺寸精度。故在间隙配合中，会使配合间隙过大，改变原有的配合性质。在过盈配合中，会减少实际过盈量，影响配合的可靠性。此外，表面质量对装配后的接触刚度、运动平稳性、噪声、甚至对机器的正常使用，都会产生影响。

    ②加工硬化对不锈钢管寿命的影响

    表面冷作硬化能提高常温下工作的不锈钢管的疲劳极限。但对于高温下工作的不锈钢管来说，没有冷作硬化或者只有极小冷作硬化的表面层，才能保证疲劳极限或者疲劳强度。在较高的温度下，由于表面层硬度的改变，其表面层内就会发生残余应力松弛，塑性变形层内原子扩散迁移率就会增加，从而导致合金元素氧化的加速及晶界层的软化。冷作硬化层的深度和程度越大，温度越高，时间越长，塑性变形层内这些过程就进行得越激烈，进而导致不锈钢管冷作硬化层晶界形成表面起始裂纹，起始裂纹进一步扩展就会成为疲劳裂纹。不锈钢在加工过程中产生较严重的加工硬化。被加工材料在经过第三变形区时将再次发生塑性变形，最终形成已加工表面，待切削层的部分材料没有转变成切屑而转变成已加工表面层。经过几次变形，使金属的晶格发生扭曲，晶粒拉长、破碎，阻碍了金属进一步塑性变形而使金属强化。不锈钢在切削时的切削温度较高，增强了原子活动能力，使塑性变形容易进行，形成弱化。当切削温度超过相变点后，在塑性变形的过程中，部分奥氏体转变成两种马氏体，不同的金相组织有不同的硬度。已加工表面的硬化就是这种强化、弱化和相变作用的综合结果。这样就大大增加了切削时的摩擦、磨损和切削力。

    ③残余应力对不锈钢管寿命的影响

残余应力会使加工好的不锈钢管逐渐变形，从而降低不锈钢管的尺寸和形位精度。表面层的残余应力对不锈钢管的疲劳寿命有很大的影响。一般来说，残余压应力会提高不锈钢管的疲劳强度，而残余拉应力会使已加工表面产生裂纹，降低疲劳强度。

    ④表面金相组织变化对不锈钢管寿命的影响

    奥氏体不锈钢强度一般为Qb=539Mpa，但在室温冷加工时，由于加工硬化会诱发马氏体转变，使强度提高至Qb=1568Mpa，这样易使刀具磨损，并影响工件的表面粗糙度，从而影响不锈钢管的寿命。