Введение в прочность на растяжение стальных труб
Дата:2025-07-24
В качестве основного конструкционного материала в современном машиностроении прочность на разрыв стальных труб является ключевым показателем механических характеристик для измерения их способности противостоять осевому растягивающему разрушению, что напрямую влияет на безопасность, надежность и срок службы конструкции.
1. основное определение прочности на разрыв
Концепция: Это относится к максимальному инженерному напряжению, которое стальная труба может выдержать от начала деформации до окончательного разрушения под действием осевой растягивающей нагрузки. Он представляет собой конечную способность материала противостоять растягивающему повреждению.
Единица измерения: обычно выражается в мегапаскалах (МПа) или фунтах на квадратный дюйм (пси).
Ключевой момент: Прочность на растяжение (Rm или TS) является пределом повреждения материала. Как только рабочее напряжение превысит это значение, стальная труба сломается.
2. Основные факторы, определяющие прочность на растяжение стальных труб.
Основной материал: это самый фундаментальный определяющий фактор.
Углеродистая сталь: наиболее широко используется, например, Q235, Q345 (стандарт GB), ASTM A53, A500 и т. Д. Его прочность увеличивается с увеличением содержания углерода, но ударная вязкость может уменьшаться.
Легированная сталь: путем добавления таких элементов, как марганец (Mn), хром (Cr), молибден (Mo), ванадий (V) и никель (Ni), прочность, ударная вязкость и коррозионная стойкость значительно улучшаются. Такие как ASTM A335 P11/P22/P91, используемые для трубопроводов высокого давления.
Нержавеющая сталь: Хром и никель являются основными легировыми элементами (например, 304, 316 и дуплексная сталь 2205). В дополнение к отличной коррозионной стойкости, его прочность на растяжение обычно выше, чем у обычной углеродистой стали (например, прочность на растяжение нержавеющей стали 304 ≥ 515 МПа).
Производственный процесс и статус:
Горячая прокатка: прокатка выше температуры рекристаллизации, высокая эффективность производства и низкая стоимость. Прочность обычно ниже, чем у холодной прокатки, но прочность лучше.
Холодная прокатка/волочение в холодном состоянии: обработка пластической деформации при комнатной температуре. Этот процесс причиняет значительную твердеть работы, которая может значительно улучшить прочность на растяжение и твердость стальной трубы, но пластичность и твердость будут уменьшены. Готовый продукт имеет более высокую точность размеров.
Термическая обработка: такая как нормализация, отжиг, закалка отпуска (закалка и отпуск) и т. Д., Может оптимизировать микроструктуру материала и достичь наилучшего баланса между прочностью, пластичностью и ударной вязкостью. Например, закалка и отпуск являются распространенным средством для получения высокой прочности и ударной вязкости.
Сваривать: Свойства прочности сваренных стальных труб значительно повлияны на родительским материалом, материалами заварки и процессами заварки (как погруженная в воду дуговая сварка УВИЛА, высокочастотная заварка ХФВ, электрическая сварка ЭРВ). Зона сварки может иметь размягчение зоны термического влияния или неровную структуру, и свою прочность нужно быть оцененной отдельно (обычно необходима, что будет прочность сварки не меньше чем основной материал).
Геометрические размеры:
Хотя прочность на растяжение сама по себе является свойством материала (сила на единицу площади), теоретически она не связана с абсолютными размерами, такими как толщина стенки и диаметр стальной трубы. Вместе с тем следует отметить, что:
Репрезентативность испытаний: между поверхностью и сердечником толстостенных труб могут быть различия в производительности (например, разные скорости охлаждения).
Структурное поведение: В реальных конструкциях размер стальной трубы (толщина стенки, диаметр) напрямую влияет на ее несущую способность (общая сила растяжения, которая может быть устойчивой = прочность на растяжение × площадь поперечного сечения стальной трубы). Чем толще стена и чем больше диаметр, тем больше общая сила растяжения, которая может выдержать.
