不锈钢管帽的强度和刚度,对管道的整体稳定和正常使用均有重要影响。不锈钢管帽是由不锈钢管组成的空间结构,其构件的结点并非固接。因此,精确地考虑立杆节点的边界条件是较为复杂的问题。但是,不锈钢管帽可以看成是一个具有等节间长度、等刚度的弹性支承压曲杆件,是属多支座(指各大横杆、小横杆和连墙杆)的连续性。在此情况下,立杆整体稳定的临界荷载值,可用欧拉公式简化计算。式中值为立杆不同端点情况对临界值的影响,该值系通过试验求得。为确定不锈钢管帽在不同连墙构造情况下的临界荷载值,曾进行多次的试验研究。试验结果列于表5。表5中由试验计算所得出的值,可供施工单位在采用相应构造型式的不锈钢管帽时,核算不锈钢管杆临界荷载值使用。至于冷加工在不锈钢管件组织上对贯穿晶粒型应力腐蚀裂缝的影响,可以举出因加工不锈钢管件而引起相变的马氏体和晶粒化位错。这些都是对增加不锈钢管件抗应力腐蚀能力产生影响。例如,象18Cr-8Ni不锈钢管件,在Md点比较高的(50~100℃左右)材料中,如图3.13所示,在Md点以下的加工温度越低,而且加工度越大,则对于相同附加应力值的应力腐蚀的断裂时间就越长,这可以说与马氏体量的增加有完全一致的关系。再有,在Ms点以上的温度,例如当在100℃加工时,不管怎样加工不锈钢封头,也不会引起马氏体相变,断裂时间也不会长。另一方面,如25Cr-20Ni不锈钢管件,在Md点极低的材料中,例如,即使在-196℃低温下进行加工,也不会引起马氏体相变。但是,当含镍量较高,层合缺陷能亦较高时,则就容易引起晶粒化位错,其程度是随温度越低,且加工度越大,则晶粒化位错程度就越大。其结果如图3.14中可以看出,由于冷加工就使不锈钢管件抗应力腐蚀的断裂时间增长。 此外,将18Cr-8Ni不锈钢封头在常温下加工时,加工度为10%左右,但有一度容易产生裂缝的倾向,这是处于加工度较低未引起马氏体相变的阶段,可以解释为由于加工,增加了位错,在加工度较低的阶段中,晶粒中成面状分布,不锈钢管件容易引起裂缝。
另一方面,从力学的角度来看,冷加工也对不锈钢管件应力腐蚀有影响。其一,因加工所产生的残余应力是造成不锈钢管件应力腐蚀的直接原因。这种残余应力的大小是取决于加工的程度和种类,例如,取决于拉伸、压缩、弯曲等等。同时也取决于产品的大小而有所不同,因此要建立起与加工度最密切的关系是困难的,就不同情况而言,可根据计算或实测来求得,在与腐蚀介质强弱的有关方面,应该估计到其危险性。
其二,奥氏体类不锈钢管件的加工硬化性较大,由于冷加工,就会促使材料的屈服点较大地上升。因焊接残余应力能上升到母材的屈服点程度,当将因加工而促使屈服点上升的不锈钢管件进行焊接时,焊接残余应力能上升到已经上升了的屈服点程度,对于应力腐蚀有可能处于更危险的状态。在图3.15中,是表示厚度为6毫米的18Cr-8Ni不锈钢管件在常温下经冷加工拉伸(以标距为150毫米的延伸率来表示)后,进行焊接时所产生的残余应力分布的一个实例。再把该板浸渍到42% MgCl2沸腾液中,直到产生裂缝时间列于表3.1023),该表充分地证实了上述之点。
有时候,在不锈钢封头和简体等方面卷压加工后进行焊接,在这种场合下,或多或少地容易出现上述现象,故应该加以注意。