冷拔鋼管在冷拔加工過程中會產生殘余應力，而這些殘余應力是有害的，尤其是殘余拉應力，是金屬產生應力腐蝕和裂紋的根源。此外，帶有不均勻殘余應力的產品在放置和使用過程中會緩慢改變自身尺寸，同時也對產生的機械性能有影響。
本文就是采用盲孔法測量冷拔鋼管表面殘余應力值，分析冷拔鋼管各工序表面殘余應力的分布規律，根據殘余應力測試結果，優化冷拔加工工藝。
盲孔法測試方案及儀器
試樣為冷拔加工后的鋼管，根據等徑冷拔原理，冷拔鋼管表面與心部變形量不同，表面變形大于心部，符合盲孔法測量的要求。盲孔法測量一般只能得到表面1-2mm深度的應力值。
采用聚航科技生產的JHMK殘余應力測量系統，是由JHHY靜態應變儀和JHMK鉆孔裝置組成。
45鋼冷拔鋼管殘余應力測試方法
45鋼冷拔鋼管冷拔加工工藝過程
45鋼冷拔鋼管原材料尺寸：外徑186mm，內徑158mm，壁厚14mm。第一道次冷拔后鋼管尺寸：外徑184mm，內徑159mm，壁厚12.5mm。第二道次冷拔后鋼管尺寸：外徑182mm，內徑160mm，壁厚11mm。
45鋼冷拔鋼管冷拔工藝路線為：原始熱軋坯料——790℃退火——第一道次冷拔——第二道次冷拔——去應力退火1h或去應力退火2h。
按工藝順序對試樣進行編號，分別為1-6。每次試驗取兩組試樣，逐一測量試樣的表面殘余應力。
殘余應力測試結果分析
σ1與軸向的θ夾角在粘貼應變花時是未知的，因此不能直接測出軸向的殘余應力，σ2與σ1的方向垂直，周向殘余應力也不能直接測出來。通過分析θ可以得到主應力的方向。當θ正好為90°，σ1就是周向的殘余應力，σ2就是軸向的殘余應力。從殘余應力測試結果看，第一道次冷拔后，θ接近90°（67.7°、87.7°），可以粗略認為σ1=-55.2MPa就是周向殘余應力（壓應力）；σ2=-159.7MPa就是軸向殘余應力（壓應力）。
第二道次冷拔后的θ為150°左右，σ2與σ1的方向與軸向、周向相差很大。分析σ1與σ2在水平與垂直方向的分矢量可以反應出軸向、周向的應力值。
第二道次冷拔后，σ1為負數，夾角θ約為150°，σ1在-90°、180°方向的分矢量為σ1x、σ1y；σ2也為負數，與σ1方向的夾角為90°，σ2在0°、-90°方向的分矢量為σ2x、σ2y。從σ1與σ2的分矢量圖可以看出，軸向殘余應力分矢量方向相反，相互抵消減小，σx=+3.49MPa，為拉應力，應力值較��；周向殘余應力分矢量方向相同，相互疊加增大，σy=-42.44MPa，為壓應力。與第一道次冷拔相比，第二道次冷拔后的鋼管，其各種殘余應力值都減小很多。
從不同45鋼試樣的表面殘余應力測試結果與變化趨勢可以看出：45鋼原始坯料的各方向都存在拉應力，經790°退火后各方向就變成了壓應力；第一道次冷拔后，產生了較大的壓應力，是各工序中壓應力*大的；第二道次冷拔后壓應力減��；去應力退火后壓應力有所增大，延長退火保溫時間可稍微降低應力，但因保溫時間只有1-2h，退火時間不長，所以殘余應力不可能全部消除。
27SiMn冷拔鋼管殘余應力測試方法
27SiMn冷拔鋼管冷拔加工工藝過程
27SiMn冷拔鋼管原材料尺寸：外徑194mm，內徑168mm，壁厚13mm。第一道次冷拔后鋼管尺寸：外徑192mm，內徑169mm，壁厚11.5mm。第二道次冷拔后鋼管尺寸：外徑190mm，內徑170mm，壁厚10mm。
27SiMn冷拔鋼管冷拔加工工藝路線有兩條，第一條路線是原始熱軋坯料——790℃退火——第一道次冷拔——中間790℃退火——第二道次冷拔——500℃去應力退火1h——500℃去應力退火2h。第二條路線是原始熱軋坯料——790℃退火——第一道次冷拔——第二道次冷拔——500℃去應力退火1h——500℃去應力退火2h。每次試驗取兩組試樣，逐一測量27SiMn鋼試樣的表面殘余應力。
殘余應力測試結果分析
從不同27SiMn鋼試樣表面殘余應力測試以及兩條路線殘余應力變化趨勢可以看出，27SiMn鋼原始坯料為熱軋態，測得表面存在一定的拉應力，退火后即可將拉應力消除，均產生壓應力；第一道次冷拔后，殘余應力也達到了*大值，是所有工序中應力值最高的，后續加工應力值逐步降低；對比第一、二條工藝路線可以看出，第二條工藝路線減少了4號工序，即中間退火，最終測試結果7-10號試樣的壓應力值比較接近，說明第一、第二兩條工藝路線加工后，27SiMn冷拔鋼管的表面殘余壓應力是接近的，冷拔過程中增加一次退火沒有明顯效果。第二條工藝路線相對簡單，產生成本低，所以生產中可以選擇第二條工藝路線。
結語
1. 冷拔鋼管各工藝表面殘余應力分布如下：原始坯料表面為殘余拉應力；坯料退火后表面殘余應力為壓應力，第一道次冷拔后壓應力達到殘余應力的*大值；第二道次冷拔后的表面殘余應力還為壓應力，通過二次冷拔起到了降低殘余應力的作用；500℃去應力退火與1-2h保溫對殘余應力的降低效果不顯著。
2. 等徑冷拔工藝生產的冷拔鋼管表面殘余應力很小，冷拔鋼管表面殘余應力均為壓應力，材料具有良好的綜合性能。
3. 冷拔加工工藝可進一步優化：總變形量不變的情況下，增大第一道冷拔變形量，相對減少第二道次冷拔變形量，最終可以得到表面殘余應力較小的冷拔鋼管。