關(guān)于不銹鋼管道材質(zhì)的分類以及這些類型管道在帶壓開孔作業(yè)時(shí)的物理表象在以前的文章中已經(jīng)明確闡述，這里就不再贅述。下面就不銹鋼管道帶壓開孔時(shí)的特性及其原因進(jìn)行分析并以此為根據(jù)找出相應(yīng)的設(shè)備改制和改進(jìn)的解決方案。

總體上講，不銹鋼管道材質(zhì)的在帶壓開孔刀的切削加工的表現(xiàn)要比中碳鋼相差很多。我們僅以普通的45號鋼管道進(jìn)行帶壓開孔作業(yè)時(shí)的切削加工性如果假設(shè)為100%，則奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的相對切削和鉆孔的加工性為40%左右；而鐵素體不銹鋼的加工性1Cr28為48%左右；馬氏體不銹鋼2Cr13為55%。

從以上數(shù)據(jù)中可以分析得出，雙相不銹鋼的材料為奧氏體和奧氏體+鐵素體，那么雙相不銹鋼的切削加工性是所有不銹鋼中帶壓開孔性能最差的一種材料。而實(shí)際的測驗(yàn)結(jié)果也證明了這一觀點(diǎn)。也就是說，雙相不銹鋼在帶壓開孔作業(yè)切削性能最差，也是最耗費(fèi)帶壓開孔刀體和鉆頭的一種不銹鋼材料。不銹鋼材質(zhì)的管道在帶壓開孔刀的切削過程中有如下幾方面特點(diǎn)：

1.管壁切削加工后硬化嚴(yán)重

在不銹鋼管道材料中，以奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼為代表的雙相不銹鋼加工硬化現(xiàn)象最為突出。如奧氏體不銹鋼硬化后的強(qiáng)度sb達(dá)1470～1960MPa，而且隨sb的提高，屈服極限ss升高；退火狀態(tài)的奧氏體不銹鋼ss不超過的σb30%～45%，而加工硬化后達(dá)85%～95%。加工硬化層的深度可達(dá)切削深度的1/3或更大；硬化層的硬度比原來的提高1.4～2.2倍。因?yàn)椴讳P鋼的塑性大，塑性變形時(shí)品格歪扭，強(qiáng)化系數(shù)很大；且奧氏體不夠穩(wěn)定，在切削應(yīng)力的作用下，部分奧氏體會轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；再加上化合物雜質(zhì)在切削熱的作用下，易于分解呈彌散分布，使切削加工時(shí)產(chǎn)生硬化層。前一次進(jìn)給或前一道工序所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重影響后續(xù)工序的順利進(jìn)行。

1.1以上所示的sb是指在簡單拉伸試驗(yàn)中，三個(gè)主應(yīng)力有兩個(gè)是零，最大主應(yīng)力就是試件橫截面上該點(diǎn)的應(yīng)力，當(dāng)這個(gè)應(yīng)力達(dá)到材料的極限強(qiáng)度sb時(shí)，試件就斷裂。因此，根據(jù)此強(qiáng)度理論，通過簡單拉伸試驗(yàn)，可知材料的極限應(yīng)力就是sb。于是在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，材料的破壞條件是

s1=sb (a)

考慮安全系數(shù)以后的強(qiáng)度條件是

s1≤[s] (1-σ9)

需指出的是：上式中的s1必須為拉應(yīng)力。在沒有拉應(yīng)力的三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)下，顯然是不能采用第一強(qiáng)度理論來建立強(qiáng)度條件的。

1.2第四強(qiáng)度理論

首先介紹一下形狀改變比能，然后再計(jì)算強(qiáng)度條件的推導(dǎo)。

物體在外力作用下會發(fā)生變形，這里所說的變形，既包括有體積改變也包括有形狀改變。當(dāng)物體因外力作用而產(chǎn)生彈性變形時(shí)，外力在相應(yīng)的位移上就作了功，同時(shí)在物體內(nèi)部也就積蓄了能量。例如鐘表的發(fā)條（彈性體）被用力擰緊（發(fā)生變形），此外力所作的功就轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)條所積蓄的能。在放松過程中，發(fā)條靠它所積蓄的能使齒輪系統(tǒng)和指針持續(xù)轉(zhuǎn)動，這時(shí)發(fā)條又對外作了功。這種隨著彈性體發(fā)生變形而積蓄在其內(nèi)部的能量稱為變形能。在單位變形體體積內(nèi)所積蓄的變形能稱為變形比能。

由于物體在外力作用下所發(fā)生的彈性變形既包括物體的體積改變，也包括物體的形狀改變，所以可推斷，彈性體內(nèi)所積蓄的變形比能也應(yīng)該分成兩部分：一部分是形狀改變比能md ，一部分是體積改變比能mq 。它們的值可分別按下面的公式計(jì)算

md = (1-σ2)

mq = (1-σ3)

從以上這兩個(gè)公式表明，在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，物體形狀的改變及所積蓄的形狀改變比能是和三個(gè)主應(yīng)力的差值有關(guān)；而物體體積的改變及所積蓄的體積改變比能是和三個(gè)主應(yīng)力的代數(shù)和有關(guān)。

2.切削力增大

不銹鋼管道材質(zhì)在帶壓開孔刀的切削過程中塑性變形大，尤其是奧氏體不銹鋼（其伸長率超過45號鋼的1.5倍以上），使切削力增加。主要表現(xiàn)為帶壓開孔機(jī)主機(jī)切削的功率降低和切削轉(zhuǎn)速減緩。同時(shí)，不銹鋼管道材料的加工硬化嚴(yán)重，熱強(qiáng)度高，進(jìn)一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折斷也變得越來越困難。

正是因?yàn)橐陨显?，造成帶壓開孔刀在切削不銹鋼管道時(shí)，所需要的切削力應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增大，才能抵消由硬化和伸長率所帶來的摩擦力增長和功率損失。一般來說，在與45號鋼管道帶壓開孔作業(yè)中，不銹鋼管道開孔的功率要高出25%左右。

3.切削溫度增高

在不銹鋼管道進(jìn)行帶壓開孔作業(yè)施工中，帶壓開孔刀對管道壁切削其塑性變形及與刀具間的摩擦增大，其所產(chǎn)生的切削熱多。而且不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)要比約為45號鋼的低一半以上，也就是達(dá)到鋼材切削的1/2或1/4左右，大量切削熱都集中在切削區(qū)域和帶壓開孔刀及切屑接觸的界面上，散熱條件相對較差，熱量在局部區(qū)域聚集。在實(shí)驗(yàn)中測試，同樣按照《先鋒管道帶壓開孔流程》中規(guī)定的相同操作方法，且在相同的切削條件下，1Cr18Ni9Ti材質(zhì)的管道切削溫度比45號鋼質(zhì)管道高出70-100℃左右。

4.切屑不易折斷、易粘結(jié)

不銹鋼管道的塑性、韌性都很大，刀具在進(jìn)行切削時(shí)切屑表現(xiàn)為連續(xù)且不易斷折，這不僅影響帶壓開孔操作的順利進(jìn)行，切屑還會擠在加工表面。并且未斷折的切屑在高溫、高壓的條件下，不銹鋼材質(zhì)與其他金屬的親和性增強(qiáng)，易與帶壓開孔刀的鐵素及合金刀頭表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，并形成積屑瘤。既加劇了帶壓開孔刀具的磨損，又會出現(xiàn)撕和粘接現(xiàn)象而使刀具及管道壁表面加工環(huán)境進(jìn)一步惡化。含碳量較低的馬氏體不銹鋼的這一特點(diǎn)表現(xiàn)的更為明顯。

在不銹鋼管道進(jìn)行帶壓開孔作業(yè)時(shí)，還管材膨脹及刀具磨損等情況，將在以后的文章中再進(jìn)行詳細(xì)分析。

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