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薄壁小直径不锈钢钢管扩口裂纹原因分析

    薄壁小直径不锈钢钢管主要应用于航空、医疗器械及试验器材等领域，其中，用于航空领域的薄壁小直径不锈钢钢管需要检测其扩口性能，以Φ6mm×0.6mm的不锈钢钢管为例，根据GJB2296A-2005《航空用不锈钢无缝钢管规范》，其管口需扩至Φ9.5mm，扩口比（扩口比=扩口后端面外径/扩口前公称外径）为1.58，而壁厚只有0.6mm，所以很容易在扩口时出现裂纹甚至开裂。

在室温下，拉伸、弯曲和轧制状态下均产生形变诱发马氏体，且马氏体含量随冷加工变形量的增加而增大。大量的试验表明：304奥氏体不锈钢在形变过程中不同程度地出现错层、形变孪晶、应变诱发马氏体，并在晶界与退火孪晶附近形成位错塞积和位错胞状组织。这些形变组织结构对加工硬化均有贡献。

 

    由于晶界和晶界两侧晶粒的位向差，增加了晶体中位错滑移的阻力，因此晶界的主要作用是阻碍位错运动。晶粒越细，晶界越多，阻碍位错滑移的作用就越大，屈服强度就越高，形成了晶界强化，从而产生加工硬化；因此晶粒越小，在扩口时越容易产生加工硬化。

 

    进行固溶处理的主要目的就是为了消除材料的内应力并降低硬度，提高管材的可成形性。而处理后硬度值过高说明软化效果差，残余应力没有充分释放，因为残余应力引起的晶格畸变也会使硬度值改变。正是由于残余应力的存在，导致在扩口时容易在应力集中的地方产生裂纹，从而影响扩口性能。

 

    为寻找薄壁小直径不锈钢钢管扩口裂纹产生的原因，利用光学显微镜、拉力试验机及硬度测试仪对其扩口裂纹及加工过程中的硬度积累环节进行了试验分析。试验研究结果表明：

1）热处理软化效果不良造成不锈钢钢管硬度较高，容易产生扩口裂纹。

 

2）延伸系数大时钢管硬度增加得多些，而延伸系数小时其硬度增加得少些；随着延伸系数的增大，不锈钢钢管拉拔加工后硬度升高加快；当延伸系数超过1.20时，硬度增加更快。

 

3）随着拉拔加工道次的增加，不锈钢钢管的硬度升高；随着拉拔加工的管径变小，其硬度呈线性增长，说明连续拉拔加工会导致钢管硬度升高。虽然每一道次拉拔之后都有中间热处理，但并不能使其恢复到原始的硬度状态，说明中间热处理不能使残余应力完全消除，而且随着拉拔道次的增加，这种状况在逐渐积累。

 

4）成品管的直径越小，加工道次越多，其硬度越高，导致扩口不合格的几率越大。
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