王曉梁（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院， 江蘇 南通 226011）

奧氏體不銹鋼壓力容器的應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)分析

王曉梁（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院， 江蘇 南通 226011）

在當(dāng)前科技不斷發(fā)展的背景之下，奧氏體不銹鋼壓力容器已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。本文主要對(duì)應(yīng)變強(qiáng)化的基本原理展開相應(yīng)的分析，同時(shí)分析了奧氏體不銹鋼壓力容器的應(yīng)變強(qiáng)化模式，應(yīng)變強(qiáng)化模式有兩種，一種為常溫應(yīng)變強(qiáng)化Avesta模式，另一種為低溫應(yīng)變強(qiáng)化Aadefoim模式。本文通過多方面的分析，旨在確保奧氏體不銹鋼壓力容器在應(yīng)用過程中更加有效。

奧氏體不銹鋼；應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)；壓力容器

實(shí)踐表明，奧氏體不銹鋼材料擁有多方面的特性，例如高溫性能、低溫性能以及抗腐蝕性能，同時(shí)該種材料具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，但是它的屈服強(qiáng)度卻并不高。根據(jù)GB150壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)，將材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度作為重要的基礎(chǔ)，除以相應(yīng)的安全系數(shù)，取最小值確定材料應(yīng)力值，這往往會(huì)使得奧氏體不銹鋼材料需用應(yīng)力值出現(xiàn)偏低的情況，導(dǎo)致其承載能力不能夠被充分的發(fā)揮出來。所以，只有采用相應(yīng)的應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)，才能夠提升奧氏體不銹鋼材料的屈服強(qiáng)度。

1 對(duì)奧氏體不銹鋼材料的應(yīng)變強(qiáng)化基本原理的分析

奧氏體不銹鋼材料的應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)擁有一定的操作原理。如圖一所示，該圖為奧氏體不銹鋼單向拉伸圖，從圖中可見，當(dāng)材料變形已經(jīng)超過了材料定額屈服強(qiáng)度，并且在達(dá)到σk后卸載［1］。如果對(duì)其重新的施加相應(yīng)的荷載，那么如果材料應(yīng)力已經(jīng)到達(dá)了σk水平，則此時(shí)應(yīng)該為彈性狀態(tài)，在這之中的σk代表的是材料的新的屈服強(qiáng)度，并且和σQ2相比，σk數(shù)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出σQ2。

圖1 奧氏體不銹鋼單向拉伸圖

另外，還存在著非穩(wěn)定奧氏體不銹鋼，該種不銹鋼會(huì)由于應(yīng)變而產(chǎn)生馬氏體，這便使得加工硬化率隨著應(yīng)變的增加和不斷的增加，并且推遲縮頸，通過故意延伸的方式使其達(dá)到最大值。與此同時(shí)，隨著馬氏體變體擇優(yōu)形式的形成，導(dǎo)致應(yīng)力出現(xiàn)了集中被松弛的現(xiàn)象，最終所呈現(xiàn)的現(xiàn)象為相變誘導(dǎo)。這與段晨捷在《基于應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的奧氏體不銹鋼壓力容器輕型化設(shè)計(jì)思考》一文中的觀點(diǎn)極為相似。如果在加工穩(wěn)定奧氏體不銹鋼的過程中，其環(huán)境在室溫下進(jìn)行，那么在加工過程中便不會(huì)形成馬氏體組織，但是也有一定的缺陷存在。例如晶粒出現(xiàn)了細(xì)化的狀態(tài)，晶格扭曲以及位錯(cuò)密度不斷增加，那么便會(huì)產(chǎn)生硬化的效應(yīng)，導(dǎo)致奧氏體不銹鋼的真正作用無法被充分的發(fā)揮出來。

由于奧氏體不銹鋼存在著較強(qiáng)的應(yīng)變強(qiáng)化的能力，因此該種不銹鋼在當(dāng)前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在橋梁以及建筑領(lǐng)域當(dāng)中，而在歐洲的一些國(guó)家，已經(jīng)將此材料應(yīng)用在壓力容器領(lǐng)域當(dāng)中，并且取得了一定的成效。

2 對(duì)常溫應(yīng)變強(qiáng)化Avesta模式以及低溫應(yīng)變強(qiáng)化Ardefoim模式的分析

經(jīng)過試驗(yàn)表明，奧氏體不銹鋼壓力容器在常溫狀態(tài)下進(jìn)行水壓試驗(yàn)，在試驗(yàn)中出現(xiàn)了塑性變形現(xiàn)象，產(chǎn)生率小于10%，這便能夠有效的提升奧氏體不銹鋼材料的屈服強(qiáng)度和強(qiáng)拉強(qiáng)度，該方法一般被稱之為Avesta模式。該壓力容器存在著使用介質(zhì)，一般介質(zhì)為液氮、液氧以及液氫等，主要用途為民用。在奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)不斷發(fā)展的背景之下，壓力容器技術(shù)委員會(huì)已經(jīng)通過了奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)，并且在日后的發(fā)展中將該項(xiàng)技術(shù)納入到了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，這為奧氏體不銹鋼壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)建了條件。瑞典的應(yīng)變強(qiáng)化壓力容器的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)CSD，其使用材料的標(biāo)準(zhǔn)要求也比較高，最大厚度值大約在30mm左右，最高使用溫度為400℃，退火態(tài)材料的延伸率較大。經(jīng)過強(qiáng)化，其屈服強(qiáng)度取σk值，大約為410MPa，作為新材料的一種，需要依據(jù)常規(guī)的使用方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。而應(yīng)變強(qiáng)化水壓試驗(yàn)壓力可表示為：

在瑞典CSD標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)明確，單向拉伸試樣，確保材料有足夠的屈服強(qiáng)度。而在平面應(yīng)力方面，則需要依據(jù)Mises屈服準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，并且在計(jì)算應(yīng)變關(guān)系的過程中，需要嚴(yán)格的按照相關(guān)的比例關(guān)系展開計(jì)算。

在奧氏體不銹鋼容器方面，需要通過應(yīng)變強(qiáng)化水壓試驗(yàn)，使其能夠產(chǎn)生一定的塑性變形，從而有效提升奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度，這與王步美，陳挺，徐濤等在《奧氏體不銹鋼壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的探討》一文中有著極為相似的觀點(diǎn)。也有一些材料需要經(jīng)過高溫與長(zhǎng)時(shí)間的處理才能夠提升其屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度，為此這種方式被稱之為Ardefoim模式。該種奧氏體不銹鋼壓力氫氣主要被應(yīng)用于航天領(lǐng)域當(dāng)中，使用介質(zhì)為液氮、液氧等。

3 結(jié)語

本文主要從兩個(gè)方面著手，一方面分析了奧氏體不銹鋼材料的應(yīng)變強(qiáng)化基本原理，另一方面分析了常溫應(yīng)變強(qiáng)化Avesta模式以及低溫應(yīng)變強(qiáng)化Ardefoim模式。通過分析明確，當(dāng)前奧氏體不銹鋼材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，該材料擁有高溫性能、低溫性能以及抗腐蝕性能等方面的特性，同時(shí)抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度也比較強(qiáng)。實(shí)踐表明，應(yīng)用奧氏體不銹鋼壓力容器的應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)，能夠有效的節(jié)省材料的應(yīng)用。在Avesta模式方面，已經(jīng)有相關(guān)工作人員進(jìn)行了試驗(yàn)，并且取得了一定的試驗(yàn)成效。

［1］韓豫，陳學(xué)東，劉全坤，等.基于應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的奧氏體不銹鋼壓力容器輕型化設(shè)計(jì)探討［J］.壓力容器，2010，27（9）:16-20.