大多数机器中使用的厚壁不锈钢管在重复或交变应力下工作。例如各种发动机曲轴、机床主轴、齿轮、各种滚动轴承等。大直径不锈钢管材在小于以下交变应力的反复作用下断裂的现象称为“大直径不锈钢管疲劳”。

(1)疲劳极限实践证明，材料承受的重复或交变应力与断裂前的应力循环次数具有如图1-16所示的曲线关系。这条曲线被称为“疲劳曲线”或o- IV曲线。从曲线上可以看出，最大应力越低，断裂前的循环次数越多。当应力下降到某个值时，疲劳曲线平行于横轴，这意味着在某些条件下，当最大应力低于某个值时，材料可能经历无限制的应力循环而不会疲劳断裂。这个应力值被称为不锈钢换热管厂家“疲劳极限”。当应力循环对称时。对于厚壁不锈钢管来说，如果n达到100 ~ 107次后没有发生疲劳断裂，则可以认为随着度的继续增加，疲劳断裂不会再次发生。因此，以=107为基准，可以确定大直径不锈钢管的疲劳极限。对于彩色大直径不锈钢管，通常要求规定108个或更多循环的应力循环次数，以确定疲劳极限。

(2)疲劳断裂分析疲劳断裂一般由两部分组成。一部分是疲劳裂纹扩展部分，其特征在于摩擦产生的光滑度，有时可观察到几个弧形或径向特征。另一部分是突然破裂。从疲劳断裂的特征可以看出，疲劳裂纹的产生和发展与大直径不锈钢管内部结构的变化有关。

疲劳断裂过程：目前普遍认为，不锈钢换热器管在反复或交变应力下，尽管其应力值远低于其抗拉强度，但厚壁不锈钢管材料表层的一些晶粒由于取向或其他原因产生的应力过大而产生局部塑性变形，或者由于夹杂物、划痕等缺陷产生的微裂纹导致材料表面应力集中。这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，直到末端没有裂纹的部分大大减少，以致它不能承受所施加的载荷而突然断裂。

如上所述，为了提高大直径厚壁不锈钢管的疲劳极限，除了改善其结构形状和避免应力集中外，还可以通过改善零件的表面光洁度和采用各种表面强化方法来实现。表层形成的残余应力对疲劳极限有很大影响。一般来说，表层压应力的存在可以降低零件工作时疲劳裂纹的拉应力值，从而大大提高其疲劳极限。

在表面强化方法中，喷丸强化、表面冷轧、化学热处理和表面淬火被广泛使用。