无缝钢管管坯斜轧穿孔时的孔腔形成机理

实心圆坯在斜轧时，常常会出现金属中心破裂现象(形成孔腔)。无缝钢管斜轧穿孔时，如果管坯在顶头前过早地形成孔腔，会造成大量的毛管内折缺陷，最终导致钢管的内表面质量恶化，甚至成为废品。

一般认为，穿孔时管坯在接触顶头前，其中心部位金属有微小的疏松，可以减少穿孔时的能量消耗和顶头损耗，使穿孔过程易于进行。但是,管坯中心部分如果金属严重开裂并气化.在继续加工时就会造成毛管内折。因此，控制管坯孔腔的过早形成，对保证产品质显有着重要的意义。

目前对管坯孔腔形成的理论可分为三大类:剪切应力理论、正应力理论和综合应力理论。

剪切应力理论认为，骨坯的中心破裂是受到剪切应力作用的结果,如图4-10所示。

从图4-10可以看出，两个轧辊对管坯的作用力为P1和P2，由于轧辊旋转,在管坏表面产生的摩擦力为F1和F2因为两个轧辊的转速相等，所以其合力R1和R2在理论上是相等且相互平行的，但其方向相反,这样就对管坯的内部组织产生一种剪切作用，当这种交变的剪切应力超过管坯中心的强度极限应力时，就会“撕裂”管坯中心的金属，在管坯的中心形成孔腔。

正应力理论认为，无缝钢管管坯孔腔的形成是由于管坯中心部分的金属受到交变拉压应力作用的结果。如图4-11所示。

由于孔型椭圆度的存在，当管坯在穿孔变形区的咬人段进行压缩减径变形时，其中心部分的金属在孔型的短轴方向受到压应力的作用，而在孔型长轴方向受到拉应力的作用。管坯中心受到的这种反复、交变的压应力和拉应力共同作用的结果，加剧了管坯中心开裂的趋势。同时，由于金属的不均匀变形，也会在管坯的中心产生拉应力。当这两种原因所引起的拉应力超过了管坯中心的强度极限应力时，管坯中心会破裂而形成孔腔。

综合应力理论认为，管坯孔腔的形成是由于交变的剪切应力和很大的拉应力对管坯中心金属同时作用的结果。剪切应力使轧件中心部分在断裂前出现金属松弛，降低了晶间的联系力，为撕裂金属造成了有利的条件。当拉应力超过了管坯中心的强度极限应力时，管坯的中心就会产生裂纹，并且裂纹会不断扩大而形成孔腔。

无论哪一种管坯孔腔形成的理论，都说明无缝钢管管坯中心形成的孔腔都是因为其中心处的金属受到较大的拉应力或剪切应力或二者共同作用的结果。一旦管坯中心所受的拉应力超过管坯中心的强度极限应力，管坏就会产生裂纹并逐步扩展而形成孔腔。因此，凡是减小管坯中心的剪切应力和拉应力以及提高管坯塑性的办法，均有利于抑制管坯中心孔腔的形成。