應(yīng)變強化奧氏體不銹鋼制壓力容器工藝研究及其在典型介質(zhì)環(huán)境中的性能評價.pdf

1、固溶態(tài)奧氏體不銹鋼具有較高的抗拉強度和極好的塑性指標，但因其屈服強度較低而使通常設(shè)計制造的奧氏體不銹鋼制壓力容器壁厚較厚，材料利用率低，經(jīng)濟性較差。采用應(yīng)變強化技術(shù)來制造奧氏體不銹鋼容器能顯著提高材料的屈服強度，減薄容器的設(shè)計壁厚，減少容器的用鋼消耗，從而可以實現(xiàn)壓力容器的輕型化，同時容器的安全性也能得到保證，因此應(yīng)變強化技術(shù)是一種節(jié)材降耗的綠色制造技術(shù)。
　　 本文對應(yīng)變強化技術(shù)應(yīng)用于奧氏體不銹鋼容器的相關(guān)問題進行了系統(tǒng)的理論

2、和試驗研究。分析了應(yīng)變強化對奧氏體不銹鋼材料的常溫、低溫和高溫力學(xué)性能的影響;設(shè)計并制造了奧氏體不銹鋼試驗容器，討論了容器應(yīng)變強化的時機、處理方式、壓力控制及應(yīng)變測量方法等問題;通過有限元模擬了容器的應(yīng)變強化過程，得到了容器關(guān)鍵部位的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律;探討了應(yīng)變強化對奧氏體不銹鋼材料在高溫氯離子環(huán)境中應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的影響及其對材料高溫棘輪行為的影響規(guī)律。主要研究內(nèi)容如下:
　　 討論了應(yīng)變強化過程中的兩個關(guān)鍵工藝參數(shù)應(yīng)變速率和應(yīng)

3、變量對奧氏體不銹鋼力學(xué)行為的影響。研究結(jié)果表明，強化過程中應(yīng)變速率不宜過慢，否則材料會出現(xiàn)鋸齒形屈服效應(yīng)，從而對材料的使用性能造成不利影響。室溫下把應(yīng)變量控制在10％以下，在顯著提高S30408奧氏體不銹鋼屈服強度的同時，對材料的常溫和低溫力學(xué)性能影響不大，且強化效果在100～400℃溫度區(qū)間內(nèi)仍保持較好。
　　 以J積分作為評價指標，測定了應(yīng)變強化前后含缺陷奧氏體不銹鋼焊縫金屬的常溫斷裂韌性，得到了原始態(tài)和強化態(tài)焊縫金屬的啟裂

4、韌度J1(C)的表觀值。與原始焊縫性能相比，8％強化態(tài)焊縫金屬的屈服強度僅提高了19％，而j1(C)表觀值卻下降了近33％。這表明焊縫的性能對應(yīng)變強化效應(yīng)比較敏感，因此對應(yīng)變強化容器的焊接工藝、焊接質(zhì)量和焊后檢驗要求更加嚴格。
　　 按照現(xiàn)行應(yīng)變強化技術(shù)標準設(shè)計并制造了低溫操作下的奧氏體不銹鋼試驗容器，并對其實施了應(yīng)變強化過程。采用應(yīng)變片、百分表和周長測量三種方法來測量和控制容器應(yīng)變強化過程中的應(yīng)變量，并對比了三種方法的優(yōu)劣及適

5、用條件。由應(yīng)變強化容器的爆破試驗結(jié)果可知，應(yīng)變強化處理后的容器仍保留了良好的塑性儲備，說明容器經(jīng)應(yīng)變強化處理后的使用安全性可以保證。
　　 基于材料非線性和幾何非線性建立了奧氏體不銹鋼容器應(yīng)變強化過程的有限元模型，在驗證有限元模型可靠性的基礎(chǔ)上，對容器的應(yīng)變強化過程進行數(shù)值模擬，得到了容器關(guān)鍵部位的受力情況和變形規(guī)律。
　　 針對奧氏體不銹鋼容器在腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中服役易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的情況，采用慢應(yīng)變速率試驗方法，研究

6、了應(yīng)變強化前后奧氏體不銹鋼母材和焊接接頭在高溫氯離子環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕敏感性變化情況。研究發(fā)現(xiàn)，隨著應(yīng)變量的增加，S30408奧氏體不銹鋼母材的應(yīng)力腐蝕敏感性呈上升趨勢，其中8％強化態(tài)母材試樣的應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)比固溶態(tài)材料高出近一倍。由于奧氏體不銹鋼焊縫中含有一定量的鐵素體，因而在焊縫處斷裂的試樣應(yīng)力腐蝕敏感性相對較低。研究還發(fā)現(xiàn)應(yīng)變強化有利于改善焊縫中存在的焊接殘余應(yīng)力。
　　 開展了應(yīng)力控制模式下的疲勞試驗，研究應(yīng)變強化對奧