高鋼級繩索取心鉆桿管材殘余應(yīng)力的初步研究

孫建華，況雪軍，肖 紅，梁 健，沈 娟，劉秀美，蔡紀雄

(1．中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北 廊坊065000;2．嘉興市新紀元鋼管制造有限公司，浙江 嘉興314503;3．無錫鉆探工具廠有限公司，江蘇 無錫214174)

0 引言

繩索取心鉆探技術(shù)在國內(nèi)外巖心鉆探領(lǐng)域中得到了廣泛的使用。目前，由于深部固體礦產(chǎn)資源勘查增多，鉆桿產(chǎn)品的技術(shù)和質(zhì)量要求不斷提高，部分國內(nèi)制造企業(yè)開始向鉆桿的自動化加工方向發(fā)展;同時，鉆探施工單位從提高中深孔繩索取心鉆探效率與保證鉆孔安全方面考量，亦對繩索取心鉆探施工關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品——鉆桿管材的質(zhì)量提出了更嚴格、更具體、更全面的要求。

針對地勘行業(yè)鉆探工程對繩索取心鉆桿越來越高的技術(shù)質(zhì)量要求，近年來，我國在繩索取心鉆桿材料的鋼級、幾何尺寸精度、綜合性能、鉆桿的加工精度、螺紋的優(yōu)化等方面進行了研發(fā)，取得了重要技術(shù)進步，產(chǎn)品技術(shù)水平明顯提高。對于高強度鉆探管材的殘余應(yīng)力及其對使用壽命的影響等問題，鉆探科研、鉆具生產(chǎn)、管材制造以及勘探施工等技術(shù)人員也開始高度關(guān)注。部分觀點認為鉆桿材料及鉆桿接頭螺紋部位的殘余應(yīng)力可能對繩索取心鉆桿的非正常損壞帶來影響，鉆探管材的殘余應(yīng)力應(yīng)被視為是特深孔繩索取心鉆桿技術(shù)性能的一項重要指標，鉆桿桿體殘余應(yīng)力越小，鉆桿性能越優(yōu)異。

普遍情況下，精密無縫鋼管在生產(chǎn)過程中需要進行正火、回火等一些特殊的工藝處理，以消除殘余應(yīng)力。但在很多情況下，由于熱處理技術(shù)的偏差、后續(xù)矯直等工序控制程度的差異和變化，無縫鋼管尤其是高鋼級無縫鋼管仍存在少量的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力雖然是自相平衡的，但在外力作用下將對鉆桿的性能產(chǎn)生一定的影響，如加工后螺紋變形等，也可能影響材料的抗疲勞性能及抗沖擊性能，導(dǎo)致鉆桿過早或非正常失效。因此，當前有必要對繩索取心鉆桿用管材的殘余應(yīng)力進行綜合分析，探索經(jīng)濟可行的檢測方式和降低鉆桿管材殘余應(yīng)力的技術(shù)措施。

1 金屬材料的殘余應(yīng)力

1．1 殘余應(yīng)力的分類

金屬材料在經(jīng)過各種冷、熱加工成形時，將承受外力和熱作用。而當加工結(jié)束，外界作用因素消除后，零件內(nèi)部仍會在整體或局部范圍內(nèi)保留一定的內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力，或稱殘留應(yīng)力。殘余應(yīng)力是一種固有應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在狀態(tài)是隨材料性能、產(chǎn)生條件等的不同而不同。殘余應(yīng)力的分類一般是以其保持平衡的范圍大小來區(qū)分的。

第一類:宏觀殘余應(yīng)力，指在零件整體內(nèi)或宏觀范圍內(nèi)達到平衡的殘余應(yīng)力。它的大小、方向和性能等可用通常的物理或機械方法進行測量。

第二類:微觀殘余應(yīng)力，指在零件內(nèi)數(shù)個晶粒范圍內(nèi)達到平衡的殘余應(yīng)力(如塑性變形后晶間應(yīng)力、相間應(yīng)力等)。

第三類:超微觀殘余應(yīng)力，指在零件中大量原子面、原子列附近達到平衡的殘余應(yīng)力(如晶格中的各種缺陷)。

由于第二、三類殘余應(yīng)力對零件質(zhì)量和性能的影響尚無明確結(jié)論和明顯作用，也沒有應(yīng)用其解決生產(chǎn)實際問題的實例，根據(jù)需要和測試技術(shù)條件，本文只測試和分析第一類殘余應(yīng)力。

1．2 宏觀殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

宏觀殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因，大致有以下3種情況。

(1)不均勻塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，這是構(gòu)件在冷、熱加工過程中最常出現(xiàn)的殘余應(yīng)力。當零件承受復(fù)雜載荷(如擠壓、拉拔、冷軋及表面噴丸、滾壓等)作用時，截面上受力不均勻，受力大的地方可能產(chǎn)生塑性變形，而受力小的地方可能仍是彈性變形。卸載后，拉伸了的部位受壓縮應(yīng)力的作用，與之相鄰的部位受拉伸應(yīng)力的作用;壓縮了的部位受到拉伸應(yīng)力作用，其相鄰的部位就受到壓縮應(yīng)力的作用。

(2)熱作用產(chǎn)生的不均勻溫度場引起的熱效應(yīng)應(yīng)力，又稱為熱應(yīng)力。零件加熱、冷卻時因溫度不均勻必然造成溫度高處熱膨脹量大，溫度低處熱膨脹量小，因此相互之間就會產(chǎn)生作用力，這就是瞬態(tài)熱應(yīng)力。在不同數(shù)值瞬態(tài)熱應(yīng)力作用下，若某些區(qū)域應(yīng)力值超過該處高溫屈服極限，就會在此產(chǎn)生塑性變形;由于溫度的不均勻，所以此時的塑形變形也可能是不均勻的。當加熱過程結(jié)束時，因加熱過程中的不均勻塑性變形而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。若瞬態(tài)熱應(yīng)力不產(chǎn)生不均勻塑性變形，則冷卻后應(yīng)無殘余應(yīng)力。

(3)熱作用產(chǎn)生的相變或因相變而無法析出引起的體積變化，其不均勻性程度若造成了不均勻的塑性變形，零件的全截面相變結(jié)束后會存在相變殘余應(yīng)力。

2 殘余應(yīng)力的影響分析

2．1 殘余應(yīng)力對零件的力學(xué)性能的影響

殘余應(yīng)力只是作為預(yù)應(yīng)力施加在零件上，不會改變零件的組織狀態(tài)，因此對零件的抗拉強度影響很小，而對零件的屈服強度產(chǎn)生影響。一般情況下，殘余壓應(yīng)力使屈服強度上升、硬度上升、伸長率下降;殘余拉應(yīng)力使屈服強度下降、硬度下降、伸長率上升。

殘余應(yīng)力對動載荷下零件的疲勞強度有一定的影響。在拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變載荷下，疲勞裂紋萌生在零件截面上最大拉應(yīng)力處，而多數(shù)情況下是在零件表面層。因此，當在零件表面層存在一個殘余壓應(yīng)力層時，將增大疲勞裂紋的極限裂紋深度和降低裂紋擴展速度，延長裂紋萌生期，從而可提高疲勞強度，延長疲勞壽命。相反，當在零件表面層存在一個殘余拉應(yīng)力層時，則會降低疲勞強度。同時零件表面層的殘余應(yīng)力對疲勞強度的影響不僅與其數(shù)值大小有關(guān)，還與其在交變載荷下的衰減速度有關(guān);而這又與材料以及產(chǎn)生殘余應(yīng)力的方式有關(guān)。這也證明了對高碳鋼或合金鋼的表面強化可以大大提高疲勞強度。

較大的殘余應(yīng)力還可能提高金屬化學(xué)活性，在殘余拉應(yīng)力作用下容易造成金屬材料晶間腐蝕破裂，即發(fā)生應(yīng)力腐蝕。

2．2 殘余應(yīng)力對零件變形開裂的影響

零件中處于殘余壓應(yīng)力的區(qū)域必然產(chǎn)生壓縮彈性變形，而處于殘余拉應(yīng)力的區(qū)域必然產(chǎn)生拉伸彈性變形。這種不同分布的彈性變形，使得零件的形狀和尺寸產(chǎn)生偏差。如果殘余應(yīng)力的分布是對稱的，產(chǎn)生的變形也是對稱的。由于熱處理零件形狀的不規(guī)則、壁厚的不一致、冷卻的不均勻等，均會造成殘余應(yīng)力分布的不均勻，造成變形的不均勻，產(chǎn)生零件的扭曲、翹曲等不規(guī)則變形。

當零件中存在材質(zhì)不均勻、組織缺陷、微裂紋時，該區(qū)域的殘余拉應(yīng)力會惡化這些缺陷，最終使裂紋擴展到整個截面，導(dǎo)致零件報廢。

3 繩索取心鉆桿用管材的殘余應(yīng)力

根據(jù)上述殘余應(yīng)力的理論，針對繩索取心鉆桿用管材的制造工藝流程，認定無縫鋼管產(chǎn)生殘余應(yīng)力的工序過程包括:鋼管生產(chǎn)過程中所有熱、冷加工工序，如穿孔工序、軋管工序、冷拔工序、冷軋工序、熱處理工序等均會產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力;成品管的矯直工序也會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。

冷拔無縫鋼管的尺寸精度、直線度、金相組織均好于熱軋無縫鋼管。因此，國內(nèi)外的繩索取心鉆桿用管材多使用冷拔無縫鋼管。對于深孔繩索取心鉆探，由于其綜合性能要求更高，目前全部采用高精度的冷拔無縫鋼管制造。因此，本文僅分析冷拔無縫鋼管的殘余應(yīng)力。

用于繩索取心鉆探的冷拔無縫鋼管成品均須進行正火熱處理。正火熱處理是對材料的重新奧氏體化的加熱、保溫、冷卻過程，該工序較高的加熱溫度將會消除之前的熱加工、冷加工所產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力。但正火熱處理后的管材還會形成一定的殘余應(yīng)力，對此專門進行了實物檢測。

繩索取心鉆探對鉆桿用管材的直線度有較高的要求(要求不超過1∶1000)，因此所有成品無縫鋼管都必須進行矯直處理。無縫鋼管的矯直工序是一個復(fù)雜的生產(chǎn)過程，在矯直過程中鋼管經(jīng)過反復(fù)扭曲、壓扁、拉伸，多次發(fā)生彈性與塑性變形。經(jīng)過矯直后，鋼管環(huán)向受到循環(huán)拉伸和壓縮作用，環(huán)向殘余應(yīng)力大于徑向及軸向殘余應(yīng)力，且環(huán)向殘余應(yīng)力近似呈對稱分布。矯直后鋼管的外表面是殘余拉應(yīng)力，而其內(nèi)表面是殘余壓應(yīng)力;殘余應(yīng)力沿矯直輥接觸鋼管的區(qū)域呈螺旋帶狀分布于鋼管的表面。通常，鋼管矯直后的殘余應(yīng)力與矯直壓下量和矯直溫度有關(guān);且無縫鋼管的彈性模量(或鋼級)越高，其矯直后殘余應(yīng)力越大。

高性能要求的深孔鉆探的繩索取心鉆桿用管材，需進行調(diào)質(zhì)(淬火+高溫回火)熱處理，由于是經(jīng)過高溫回火，只要回火溫度較高，保溫時間足夠長，一般認為可以消除此調(diào)質(zhì)工序產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。對此也專門進行了檢測驗證。

4 繩索取心鉆桿管材殘余應(yīng)力的測定

殘余應(yīng)力的測定方法有2類:一類為應(yīng)力釋放法，也稱為機械法(包括電測法)，它包括切條法、鉆孔法等;另一類為無損測定法，又稱為物理法，是利用殘余應(yīng)力對零件的物理性能的影響來測定應(yīng)力的，包括X射線法、磁性法、超聲波法。根據(jù)冷拔無縫鋼管的實物形態(tài)，以及存在的殘余應(yīng)力的區(qū)域、大小、方向等，鋼管殘余應(yīng)力的測量方法主要采用:X射線衍射法和環(huán)切法。前者只能得到鋼管外表面深度在10 μm范圍內(nèi)的殘余應(yīng)力;后者可得到鋼管整個管環(huán)的綜合殘余應(yīng)力。

根據(jù)相關(guān)文獻資料和檢測經(jīng)驗，確定采用環(huán)切法來測量計算繩索取心鉆桿用管材的殘余應(yīng)力σr?！妒秃吞烊粴夤I(yè)套管、油管、鉆桿和用作套管或油管的管線管性能公式及計算》(GB/T 20657—2011/ISO/TR 10400:2007)標準中有關(guān)殘余應(yīng)力的計算公式如下:

式中:E——管材的彈性模量，E=2．069×105MPa;t——鋼管的平均壁厚，mm;D0——開縫前的鋼管外徑平均值，mm;Df——開縫后的鋼管外徑平均值，mm;v——材料的泊松比，取 v=0．28。

(注:該殘余應(yīng)力的計算公式滿足條件是環(huán)切的鋼管長度不小于鋼管外徑的2倍。)

5 地質(zhì)鉆探冷拔無縫鋼管的殘余應(yīng)力檢測情況

5．1 正火狀態(tài)下的冷拔管材殘余應(yīng)力

首先對繩索取心鉆桿用冷拔無縫鋼管經(jīng)過正火熱處理后矯直前的殘余應(yīng)力進行了測試，測試數(shù)據(jù)見表1。測試數(shù)據(jù)表明，正火狀態(tài)下管材的殘余應(yīng)力數(shù)值十分微小。

5．2 矯直后的冷拔管材殘余應(yīng)力

冷拔無縫鋼管矯直時一般都采用冷矯直方式，一些研究資料表明，其矯直后的殘余應(yīng)力與矯直時壓下量有很大關(guān)系，而矯直時需調(diào)整的壓下量與鋼管矯直前的彎曲度大小、整支鋼管的力學(xué)性能(強度、硬度)的均勻性、鋼管通長范圍內(nèi)的尺寸均勻性有直接的關(guān)系。據(jù)此選用了地質(zhì)鉆探用管材中薄壁彈性大、強度高、矯直難度大的77 mm×3．5 mm和73 mm×3．75 mm兩種規(guī)格的鋼管進行環(huán)切法測量其殘余應(yīng)力大小。矯直后測量計算的數(shù)據(jù)見表2和表3。

表1 正火狀態(tài)下的冷拔管材殘余應(yīng)力

表2 45MnMoB(77 mm×3．5 mm)無縫鋼管的殘余應(yīng)力(1)

表2 45MnMoB(77 mm×3．5 mm)無縫鋼管的殘余應(yīng)力(1)

說明:序號1—8中，采用正火熱處理(屈服強度630 MPa，抗拉強度850 MPa);序號9—12中，采用退火熱處理(屈服強度590 MPa，抗拉強度790 MPa)。

序號 管材制造工序狀態(tài)殘余應(yīng)力/MPa 1矯直前鋼管的平均壁厚/mm切前的鋼管外徑平均值/mm切后的鋼管外徑平均值/mm 3．56 77．10 77．99 59．1 3．55 77．09 77．10 0．7 2 矯直前 3．56 77．07 77．09 1．3 3 矯直第一遍后直的 3．55 77．09 78．19 72．7 4 矯直第一遍后直的 3．56 77．07 78．18 73．6 5 經(jīng)過第二遍矯直后直的 3．55 77．09 78．38 85．1 6 經(jīng)過第二遍矯直后直的 3．56 77．07 78．39 87．3 7 經(jīng)過第三遍矯直后直的 3．55 77．09 80．23 202．3 8 經(jīng)過第三遍矯直后直的 3．56 77．07 80．25 205．5 9 矯直前 3．55 77．05 77．04 0 10 矯直前 3．56 77．10 77．08 0 11 矯直第一遍后直的 3．55 77．05 77．97 61．0 12矯直第一遍后直的

表3 45MnMoB(73×3．75mm)無縫鋼管的殘余應(yīng)力(2)

表3 45MnMoB(73×3．75mm)無縫鋼管的殘余應(yīng)力(2)

說明:采用正火熱處理(屈服強度620 MPa，抗拉強度840 MPa)。

序號 管材制造工序狀態(tài)殘余應(yīng)力/MPa 1矯直前鋼管的平均壁厚/mm切前的鋼管外徑平均值/mm切后的鋼管外徑平均值/mm 3．79 73．11 73．10 0 2 矯直前 3．77 73．13 73．15 1．6 3 矯直第一遍后直的 3．79 73．11 74．00 70．0 4 矯直第一遍后直的 3．77 73．13 73．95 64．2 5 經(jīng)過第二遍矯直后直的 3．79 73．18 74．25 83．8 6 經(jīng)過第二遍矯直后直的 3．77 73．17 74．22 81．8 7 經(jīng)過第三遍矯直后直的 3．79 73．20 76．05 217．8 8經(jīng)過第三遍矯直后直的3．77 73．21 76．07 217．3

通過大量的測試數(shù)據(jù)來對比分析，可得出以下結(jié)論:

(1)矯直后的鋼管存在的殘余應(yīng)力大小與管材本身的強度有關(guān)，強度越高，殘余應(yīng)力也相應(yīng)較大;

(2)第二遍矯直后比第一遍矯直后的殘余應(yīng)力有所增加，但第三遍矯直后的殘余應(yīng)力明顯增加很多;

(3)管材矯直前的條件不好(較彎、整支鋼管的力學(xué)性能不均勻、鋼管通長范圍內(nèi)的尺寸不均勻)導(dǎo)致矯直時的壓下量大，其變形程度增大，從而產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。

5．3 調(diào)質(zhì)后的冷拔管材殘余應(yīng)力

對用于深孔鉆探的繩索取心鉆桿用管材，在進行了調(diào)質(zhì)(淬火+高溫回火)熱處理后，對其中一些鋼級規(guī)格的管材在矯直前取樣，測試計算了相應(yīng)的殘余應(yīng)力。相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

從表4可知，XJY850調(diào)質(zhì)管材的殘余應(yīng)力低于30CrMnSiA的調(diào)質(zhì)管材，這主要是XJY850調(diào)質(zhì)管材的回火溫度高于30CrMnSiA的調(diào)質(zhì)管材。鋼管制造企業(yè)必須認識到殘余應(yīng)力將會對鉆桿的非正常損壞帶來影響，因此，在材料的選擇上盡可能選用碳當量偏中等的合金鋼，從而確保調(diào)質(zhì)工藝中回火溫度≥600℃，同時還要采取足夠長的回火保溫時間，以盡可能消除應(yīng)力。經(jīng)過此工藝后的調(diào)質(zhì)鉆桿用管材存在的殘余應(yīng)力將會很小。

5．4 改進工藝后的冷拔管材殘余應(yīng)力

根據(jù)上述殘余應(yīng)力的測試結(jié)果說明，在制造繩索取心鉆桿用管材時，應(yīng)盡可能地改善鋼管矯直前的條件。如:努力提高管材的壁厚均勻度、確保成品管熱處理時的保溫與冷卻的均勻性、通過模具或輔助設(shè)施提高冷、熱加工后的直線度等多方面的要求。同時還要控制鋼管的矯直遍數(shù)。這些方法可將管材的殘余應(yīng)力控制在較低的范圍內(nèi)，且此較低的殘余應(yīng)力對管材的強度影響很低。表5為一些管材改善了矯直條件后，經(jīng)過二次矯直后直的鋼管存在的殘余應(yīng)力測試結(jié)果。

表5 改進工藝后的冷拔管材殘余應(yīng)力

5．5 冷拔管材殘余應(yīng)力對管材強度的影響

有關(guān)文獻資料表明，材料中存在較高的殘余應(yīng)力會對材料的力學(xué)性能產(chǎn)生一定的影響。但從上述數(shù)據(jù)中很難判斷出管材中存在較低的殘余應(yīng)力時對材料的基本力學(xué)性能有多大的影響。

表6 冷拔管材殘余應(yīng)力對管材強度的影響

用于進行上述殘余應(yīng)力測試計算用的鋼管實物均符合“環(huán)切的鋼管長度不小于鋼管外徑的2倍”的要求。在分析時為了線切割方便，對此段鋼管進行了完全剖開，因此，上述檢測鋼管剖開后外徑變化值所計算出來的殘余應(yīng)力至少是《GB/T 20657—2011/ISO/TR 10400:2007》標準中有關(guān)殘余應(yīng)力的公式所要求條件下(切一條縫)的2倍，檢測方法嚴于API標準要求。典型管材殘余應(yīng)力的試驗用試樣照片見圖1。

6 降低繩索取心鉆探管材殘余應(yīng)力的措施

圖1 繩索取心鉆桿用管材的殘余應(yīng)力檢測試樣

根據(jù)以上理論分析和實物測試證明，繩索取心鉆桿用冷拔無縫鋼管的殘余應(yīng)力，主要與鋼管矯直變形程度有關(guān)。為了降低管材的殘余應(yīng)力，必須為矯直前的鋼管提供較好的外部條件。即通過在冷拔鋼管生產(chǎn)制造中使用先進的裝備、工藝和嚴格的工序管理控制，提高管材的壁厚均勻度，保證成品管熱處理時的保溫及冷卻的均勻性;通過一些輔助設(shè)施，提高冷、熱加工后的直線度(待矯直的鋼管總彎度≯100 mm/通長)等。而有關(guān)在350～500℃條件下的熱矯直工藝通常只適用于熱軋無縫鋼管的生產(chǎn)。

用于深孔鉆探的繩索取心鉆桿用管材，因需進行調(diào)質(zhì)(淬火+高溫回火)熱處理，鋼管制造企業(yè)應(yīng)重視殘余應(yīng)力的影響，盡可能選擇碳當量偏中等的合金鋼，確保調(diào)質(zhì)工藝中回火溫度≥600℃，同時應(yīng)采取足夠長的回火保溫時間。管材由在線調(diào)質(zhì)(非井式爐)處理時，鋼管在大轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)下螺旋前進，確保調(diào)質(zhì)后鋼管的直線度尤為重要，較小的彎曲和均勻的材料硬度，將為其后進行冷矯直提供了有利條件，達到較小殘余應(yīng)力的效果。

國外有的繩索取心鉆桿用冷拔無縫鋼管對殘余應(yīng)力的技術(shù)要求有相應(yīng)規(guī)定:屈服強度≥600 MPa、抗拉強度≥700 MPa、斷后伸長率≥15%(試樣標距50 mm、寬度12 mm)、周向殘余應(yīng)力≤65 MPa;再參照國內(nèi)外石油鉆探用管材對殘余應(yīng)力的指標要求，考慮到管材殘余應(yīng)力存在的實際情況，筆者建議對普通或高強度的繩索取心鉆桿用冷拔無縫鋼管的周向殘余應(yīng)力按《石油和天然氣工業(yè)套管、油管、鉆桿和用作套管或油管的管線管性能公式及計算》(GB/T 20657—2011/ISO/TR 10400:2007)標準中測試計算的值不應(yīng)超過該管材規(guī)定的最小屈服強度的10%范圍控制，此建議可作為生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量技術(shù)指標。同時，建議生產(chǎn)企業(yè)對繩索取心鉆桿用冷拔無縫鋼管的矯直次數(shù)不宜超過2遍;矯直2遍后仍無法達到直線度要求的管材，應(yīng)當重新進行正火熱處理或重新回火后再矯直。經(jīng)過2次重新正火熱處理或多次重新回火后仍無法矯直的鋼管，應(yīng)當作不合格品報廢處理。只要在理論上理解了管材殘余應(yīng)力的產(chǎn)生、影響因素，繼而在實際生產(chǎn)中進行控制，完全可以有效地控制殘余應(yīng)力的大小與影響。

7 認識和建議

(1)采用環(huán)切法對不同熱處理和矯直工藝的冷拔繩索取心管材制造過程中的殘余應(yīng)力進行的檢測比對說明，冷拔管材制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是存在的，并且差異加大，因而測試是必要的。

(2)鉆桿桿體的殘余應(yīng)力越小，鉆桿性能越優(yōu)異。檢測比對及相關(guān)試驗進一步證明，冷拔管材制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是可控的，只要制造工藝措施得當，可以將高鋼級合金管材的殘余應(yīng)力控制在可接受范圍;因此，合格管材出廠時存在較高殘余應(yīng)力造成的鉆桿折斷等事故較為罕見。

(3)有理由認為繩索取心鉆桿用管材的殘余應(yīng)力、鉆桿接頭螺紋部位的應(yīng)力集中、鉆探施工中產(chǎn)生的非正常應(yīng)力等是繩索取心鉆桿非正常損壞的誘因之一。

(4)在鉆桿制造加工環(huán)節(jié)中，對于鉆桿的螺紋加工形成的應(yīng)力集中，亦應(yīng)引起高度重視。應(yīng)提高鉆桿加工精度、增加螺紋倒角、圓角的過渡半徑，避免由于螺紋設(shè)計、螺紋加工刀具、螺紋加工時一次進刀量過大、以及螺紋的粗糙度而引起的螺紋部位應(yīng)力集中。

(5)在繩索取心鉆桿使用中，由于鉆孔結(jié)構(gòu)不合理或鉆探施工操作不當，鉆桿承受的載荷超出鉆桿材料的屈服強度。鉆桿在彎曲應(yīng)力、交變應(yīng)力的多重作用下內(nèi)部產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。如N規(guī)格繩索取心鉆桿在108 mm×5．5 mm套管下鉆進所承受的彎曲應(yīng)力是在89 mm×5 mm套管下鉆進時的3．25倍;此情況往往造成鉆桿折斷頻繁。

(6)繩索取心鉆桿材料的應(yīng)力問題，希望能得到地質(zhì)勘探行業(yè)的上下游合作單位相關(guān)技術(shù)人員的重視。今后，應(yīng)關(guān)注不同殘余應(yīng)力的管材疲勞特性、腐蝕特性的差別;關(guān)注使用后，特別是偏磨和不均勻磨損后和高應(yīng)力條件下的管材特性變化。只有盡可能減少或避免取心鉆桿材料產(chǎn)生的非正常(失效)應(yīng)力，才能充分發(fā)揮我國在近幾年完善和提高的鉆探技術(shù)新產(chǎn)品的作用，確保中深孔的鉆探效率，推進我國繩索取心鉆探技術(shù)進步。

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