奥氏体不锈钢应变强化技术制造压力容器试验.doc

PAGE  PAGE 4 奥氏体不锈钢应变强化压力容器试验 应变强化技术最早于20世纪50年代由瑞典Avesta公司提出，随后被澳大利亚借鉴。由于当时尚缺乏足够的使用经验，，在这以后的20多年间，世界上其他各国对此技术持谨慎态度，主要原因是大多数国家现行的压力容器标准都较应变强化技术保守，因此，出于安全的考虑，大部分国家对应变强化技术都采取限制性的使用，且制定的使用条件较为苛刻。近十年来，随着成功使用的案例和使用中积累的工程经验越来越多，英国标准学会、美国机械工程是学会等一些权威标准机构相继采纳应变强化技术设计制造奥氏体不锈钢压力容器，但使用的范围仅限于壁厚小于30mm薄壁容器，且只限定在低温环境下使用。 鉴于我国尚无奥氏体不锈钢应变强化技术的国家标准和行业标准，为了规范该项技术在压力容器中的应用，国家质量监督检验检??总局发文委托全国锅炉压力容器标准化技术委员会开展奥氏体不锈钢应变强化技术制造深冷压力容器的技术评审。国内相关的研究已经开展起来。 0 奥氏体不锈钢材料具有良好的塑性，如S30408（06Crl9Nil0）S31608(06Cr17Ni12Mo2)等的断后伸长率可在40％以上。奥氏体不锈钢材料在保持材料本身特性的同时，通过采取特殊的应变强化处理可以显著提高其屈服强度，直观地说，也就是牺牲部分塑性储备(可通过试验验证韧塑性的变化)换取较高的屈服强度，如06Crl9Nil0等奥氏体不锈钢的断后伸长率可在40％以上，牺牲部分(如10％以内)仍可保有足够塑性储备，这是应变强化理论成立的基本依据。下面图1和图2是碳钢材料和不锈钢材料试验后的应力—应变曲线，通过图1碳钢应力—应变曲线和图2奥氏体不锈钢应力—应变曲线的比较，可以看到碳钢材料在拉伸状态下，当拉伸应力达到屈服强度σL时，如继续施加拉力，拉伸曲线出现流动平台区域，此区域拉伸应力随着拉力的增大而不再增加，而变形则继续加大，也就是通常所说的屈服阶段。在屈服强度σL以下为碳钢材料的弹性变形阶段。但是经过固溶处理的奥氏体不锈钢材料，当拉伸应力达到规定非比例延伸强度σp0.2时，如继续施加拉力，随着拉伸应力的连续增加变形也在连续增大，拉伸曲线不存在如碳钢材料一样的流动平台区域，特别是当拉伸应力继续增加到应变强化应力σK后并立即卸载，材料将出现一定的永久塑性变形，然后在σK以下反复加载，将出现新的更高的规定非比例延伸强度的弹性变形阶段。 这种强化了的奥氏体不锈钢材料在低温状态下仍能保持甚至还能提高其强度。所以，在低温绝热压力容器设计中，在材料允许的塑性变形范围内，利用奥氏体不锈钢材料应变强化处理提高后的规定非比例延伸强度作为强度设计的基础，将可以得到较薄的罐体设计厚度，使材料得到充分的利用，达到使容器的整体重量降低的目的，这就是我们在设计上要利用的奥氏体不锈钢材料的应变强化理论。 1 奥氏体不锈钢材料具有很好的高温性能、低温性能和抗腐蚀性能，而且抗拉强度很高，但非比例屈服强度σ0.2却较低。按照TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》和GB150-2011《压力容器》标准，以材料屈服强度和抗拉强度为基准，分别除以安全系数，取其小值来确定许用应力的方法，往往导致奥氏体不锈钢的许用应力值偏低，不能充分发挥材料的承载能力。对此，可通过应变强化的方法实现适当提高奥氏体不锈钢材料的屈服强度，且不牺牲太多材料的韧塑性，使设计的压力容器臂厚减小30%~40%，达到设备轻型化、节约材料、降低成本的目的。 2 奥氏体不锈钢应变强化的国外标准或规范 标准号标准名称EN13530-1《低温容器 移动式真空绝热容器 第1部分 基本要求》EN13530-2《低温容器 移动式真空绝热容器 第2部分 设计 制造 检验 试验》EN13530-3《低温容器 移动式真空绝热容器 第1部分 操作要求》IS0 20421-1《低温容器 移动式真空绝热容器 第1部分 设计 制造 检验 试验》IS0 21009-1《低温容器 固动式真空绝热容器 第1部分 设计 制造 检验 试验》ASME Vlll-I 规范案例 1596号《冷拉伸奥氏体不锈钢压力容器》 3 奥氏体不锈钢材料的应变强化性能试验 为得到制造压力容器用的应变强化奥氏体不锈钢材料，应通过试验来测定奥氏体不锈钢材料的各种机械性能。 奥氏体不锈钢材料中分为稳定化和非稳定化的不锈钢，且通过超塑性变形处理后，材料的屈服强度、极限强度和韧塑性都将发生变化，且不同类型的奥氏体不锈钢结果会不同。同时由于塑性变形量的不同，上述指标也会有相应的差别。因此，应通过试验、来测定相应的性能指标。 (1) 拉伸试验： a 常规拉伸试验，确定材料的性能数据； b 先进行10%塑性应变，卸载后进行常规拉