內(nèi)外折是不銹鋼無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的缺陷，管坯中的夾雜物對(duì)上述缺陷的形成具有重要影響。浙江至德鋼業(yè)有限公司采用有限元方法，分析含條形MnS夾雜物的16Mn鋼受力后的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，以期得出夾雜物對(duì)不銹鋼管內(nèi)折的影響。分析認(rèn)為：MnS夾雜物與基體的邊界處存在應(yīng)力、應(yīng)變集中，而且?jiàn)A雜物與基體的結(jié)合力又比較弱，導(dǎo)致裂紋形核在此處開(kāi)始；裂紋尺寸越大，應(yīng)力、應(yīng)變?cè)絿?yán)重，裂紋擴(kuò)展越快，越易達(dá)到擴(kuò)展失穩(wěn)的臨界尺寸，從而形成內(nèi)折缺陷；長(zhǎng)條形夾雜物的端部存在較高的應(yīng)力、應(yīng)變集中，應(yīng)嚴(yán)格控制長(zhǎng)條形夾雜物的產(chǎn)生。

  在不銹鋼無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過(guò)程中，內(nèi)外折是最常見(jiàn)的缺陷，嚴(yán)重制約了產(chǎn)品質(zhì)量的提高，增加了員工的修磨量和勞動(dòng)強(qiáng)度。內(nèi)外折本質(zhì)上是金屬變形過(guò)程中產(chǎn)生的撕裂。通過(guò)掃描電鏡對(duì)裂紋的起裂點(diǎn)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)金屬裂紋形核的位置很多情況下存在夾雜物，裂紋形核如圖所示。至德鋼業(yè)采用有限元方法，分析16Mn鋼受到力學(xué)負(fù)荷后，其夾雜物對(duì)內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變分布的影響。

一、材料化學(xué)成分及組織

 16Mn鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表，其組織為鐵素體，鐵素體晶粒尺寸為5.6~18.0μm，碳化物平均尺寸為0.46μm，其中含有條形MnS夾雜物。

二、有限元模型的建立

 16Mn鋼中MnS夾雜物分布如圖所示，以圖所示L-S面MnS的分布為基礎(chǔ)，建立二維平面應(yīng)變有限元分析模型。

 如圖所示，在存在夾雜物的地方取600μm×600μm的正方形胞元，在胞元中放了不同形狀（圓形和長(zhǎng)條形）、不同大小、不同方位的40多個(gè)夾雜物。但是為了減小邊界的影響，等于模型總長(zhǎng)1/8的邊界不能放夾雜物。通過(guò)分區(qū)賦予的方式對(duì)不同區(qū)域賦予不同的材料屬性，由于基體首先進(jìn)入彈性變形，然后再進(jìn)入塑性變形，基體被賦予彈塑性材料屬性；MnS力學(xué)參數(shù)很難測(cè)定，而加載時(shí)，在低應(yīng)變下其即可與基體剝離，自身保持為彈性，故對(duì)其賦予彈性體。在胞元的左右及上邊界以位移方式加載。

三、結(jié)論

 在夾雜物與基體的邊界和夾雜物的端部存在應(yīng)力、應(yīng)變集中，夾雜物與基體的結(jié)合力又比較弱，這里因此成為材料最薄弱的環(huán)節(jié)，而整個(gè)裂紋形核過(guò)程就是在此處開(kāi)始的。不銹鋼無(wú)縫鋼管熱軋變形很大，微裂紋形成后，沿夾雜物與基體邊界擴(kuò)展，最終形成比長(zhǎng)條形夾雜物尺度略大的裂紋，而裂紋尺度越大，應(yīng)力、應(yīng)變集中越嚴(yán)重，裂紋擴(kuò)展越快，越容易達(dá)到裂紋擴(kuò)展失穩(wěn)的臨界尺寸，從而形成宏觀裂紋即內(nèi)折缺陷。鋼通過(guò)鈣化處理后，條形夾雜物變成了球形，減小了夾雜物的最大尺寸，應(yīng)力、應(yīng)變集中程度得以弱化，鋼從而可以承受較大變形而不出現(xiàn)宏觀裂紋即內(nèi)折缺陷。