無芯棒拔管時，拔模對無縫鋼管的管壁進行壓縮而實現(xiàn)減徑，管壁周向所受的基本應力是壓應力。但由于外摩擦力和拔模形狀的影響，從鋼管管壁的“中性層”到外表面各層，金屬的自然延伸小于實際延伸，鋼管在拔制后，外層管壁的厚度要比其自然延伸時薄。而鋼管管壁從“中性層”到內(nèi)表面各層，金屬的自然延伸大于實際延伸，故鋼管在拔制后管壁的厚度要比自然延伸時厚。因此，鋼管管壁“中性層”以外的金屬在減薄鋼管管壁的同時.存在減小鋼管直徑的趨勢;鋼管管壁“中性層”以內(nèi)的金屬在增厚鋼管管壁的同時，存在增大鋼管直徑的趨勢，即與自然變形相比，外層金屬要減小鋼管的直徑，內(nèi)層金屬要增大鋼管的直徑。由于鋼管本身是一個整體，鋼管內(nèi)、外層的壁厚和直徑的變化彼此之間會相互制約，因此，鋼管實際直徑增大量大于自然延伸狀態(tài)下直徑增大量的內(nèi)層金屬，勢必會對鋼管實際直徑增大量小于自然延伸狀態(tài)下的外層金屬產(chǎn)生沿周向的拉伸作用，由此引起鋼管管壁在“中性層”以外的金屬層產(chǎn)生周向拉應力;而鋼管管壁外層金屬的變形情況正好相反，在變形過程中，鋼管管壁“中性層”以外的金屬企圖阻止“中性層”以內(nèi)的金屬增大鋼管的壁厚和直徑。所以，鋼管管壁的外層金屬對內(nèi)層金屬施加沿周向的壓應力，故而在鋼管管壁的內(nèi)、外層金屬中分別產(chǎn)生了附加的周向壓應力和周向拉應力。φ45mmx4.25mm的鋼管空拔φ40mmx4.5mm時，鋼管內(nèi)部存在沿管壁方向的周向附加應力，其分布狀況如圖7-5。
從上述分析可知，鋼管外表面及其附近區(qū)域沿軸向的金屬附加拉應力值最大;接近鋼管內(nèi)表面及其附近區(qū)域沿軸向的金屬附加壓應力值最大;中性層附近的附加應力值為零。由于拔制時，鋼管的軸向基本應力是拉應力，鋼管外表面沿軸向的附加應力也是拉應力，其結(jié)果是鋼管外表面沿軸向所受的有效應力是基本拉應力和附加拉應力之和，當有效拉應力達到一定值時，容易促使鋼管表面產(chǎn)生橫向裂紋。這就是在冷拔鋼管生產(chǎn)中，鋼管外表面容易產(chǎn)生橫向裂紋的重要原因。鋼管周向附加應力是以外拉、內(nèi)壓的形式存在于鋼管內(nèi)部的，外表面過大的周向附加拉應力是導致無縫鋼管產(chǎn)生縱向裂紋的力學條件。
