奧氏體不銹鋼室溫蠕變預測方法及其在深冷容器應變強化中的應用.pdf

1、蠕變是金屬材料在工程應用中常見的一種現(xiàn)象，對實際應用中材料的影響一般出現(xiàn)在較高溫度下。當環(huán)境溫度為室溫時，蠕變通常只有在應力水平大于金屬材料屈服強度時才表現(xiàn)得足夠顯著。這一工況則很少在室溫下的實際應用中出現(xiàn)，因此歷史上對于室溫蠕變的研究主要停留在理論研究和材料試驗階段。但隨著精密測量技術的發(fā)展和對結構件的精度要求日益提高，以及新工藝、新結構的發(fā)展，室溫蠕變中材料的變形逐漸為人們所關注和利用。應變強化技術是奧氏體不銹鋼深冷容器輕量化的重要

2、手段之一。應變強化技術在設計中主動考慮了奧氏體不銹鋼在低溫下的性能提升及其易發(fā)生顯著室溫蠕變的特性，來優(yōu)化材料力學性能，保障容器在加工過程中的結構、尺寸穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)容器在深冷環(huán)境下的輕量化、提高容重比、減少制造運行能耗的目的。由于室溫蠕變是強化過程中材料形變的主要構成部分，因此對于奧氏體不銹鋼深冷容器應變強化技術，了解奧氏體不銹鋼的室溫蠕變特性，并將理論和材料試驗研究的結果用于計算和預測應變強化過程中關鍵的參量，諸如保壓時間、總形變

3、量等等，具有非常重要的意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析了金屬室溫蠕變的特性、基本規(guī)律及其相關理論模型，研究了金屬材料室溫蠕變的應變弛豫機制，揭示了金屬室溫蠕變中加載速率、應變率、保載時間、應變量等參數(shù)的變化趨勢；對含有微觀參數(shù)的奧氏體不銹鋼室溫蠕變本構方程進行了解構和重組，建立了弛豫時間、保載應力等宏觀參數(shù)與微應變、應變速率之間的關聯(lián)，并針對奧氏體不銹鋼室溫蠕變特性建立了基于宏觀參數(shù)的描述方法，基于經(jīng)典金屬本構模型提出了蠕變

4、初始參數(shù)的計算方法。⑵利用金屬拉伸試驗驗證了典型金屬本構關系的適用性，基于此本構關系建立了奧氏體不銹鋼室溫蠕變本構預測模型，開展了不同保載應力、蠕變時間下的蠕變應變與應變率試驗研究，對建立的室溫蠕變本構預測模型進行了驗證；基于驗證的結果，進一步揭示了保載應力、蠕變應變、蠕變應變速率、弛豫時間等參數(shù)之間的關系。⑶剖析了深冷容器應變強化工藝流程的過程參數(shù)獲取方法及其室溫蠕變現(xiàn)象的特征，梳理并討論了當前應變強化工藝及其保載階段檢測的預測問題與

5、現(xiàn)狀，建立了奧氏體不銹鋼室溫蠕變本構模型與實際強化工藝中保載過程參數(shù)的關聯(lián)；通過工業(yè)規(guī)模試驗容器的應變強化和蠕變保載試驗，結合非線性力學模擬仿真，驗證了預測模型的合理性和適用性；并進一步通過不同企業(yè)多臺深冷容器產(chǎn)品的應變強化試驗對預測模型的普適性進行了驗證，提出了一系列優(yōu)化奧氏體不銹鋼深冷容器應變強化工藝的方法。⑷通過系統(tǒng)的材料與容器蠕變試驗，對比分析了蠕變應力限時增長與蠕變應力恒載荷保載之間的區(qū)別，獲得了不同保載方式下材料與容器的蠕變