基于应变强化技术的奥氏体不锈钢压力容器轻型化设计探讨

奥氏体不锈钢材料韧性好但屈服强度低,通过应变强化技术可显著提高奥氏体不锈钢的屈服强度,从而提高奥氏体不锈钢压力容器的承载能力,减薄容器壁厚,达到节约材料的目的。介绍了奥氏体不锈钢应变强化的基本原理和基本过程,从强度、抗腐蚀能力、应力腐蚀开裂和氢脆等方面综述了奥氏体不锈钢应变强化后性能变化的研究进展,并提出进一步研究的建议,以实现压力容器轻型化这一安全与经济并重的绿色制造理念。     

奥氏体不锈钢应变强化工艺及性能研究

针对奥氏体不锈钢延性好但屈服强度低的问题,提出采用应变强化工艺来提高材料屈服强度。分析应变强化工艺中两个关键工艺参数——应变速度和应变量对材料力学行为的影响,指出应变速度不宜过慢,否则会出现锯齿形屈服行为,对材料性能造成不利影响。经应变强化后的奥氏体不锈钢在显著提高强度的同时,仍能保持较好的韧性。通过金相组织分析、马氏体体积分数测定等结果表明,将应变量控制在10%以下,强化后奥氏体组织仅发生少量的α′马氏体相变,对材料的力学性能影响不大,且材料的微观组织也没有明显变化。研究结果表明,采用应变强化技术在大幅提高奥氏体不锈钢屈服强度的同时,对材料的其他力学性能均不造成大的影响,从而为压力容器的安全运行提供有力保证,可实现压力容器的轻型化设计,经济和社会效益显著,应用前景广阔。     

应变强化奥氏体不锈钢力学行为研究及应用

针对奥氏体不锈钢塑性和韧性优良但屈服强度低的问题,提出采用应变强化工艺来提高奥氏体不锈钢的屈服强度。研究了应变强化工艺中的两个关键工艺参数——应变量和应变速率对材料力学行为的影响。对应变量的研究结果表明,将奥氏体不锈钢的应变强化量控制在10%左右,材料的屈服强度可以得到显著提高。由此可大幅减薄压力容器的设计壁厚,实现压力容器的轻型化设计。与此同时,在10%左右的形变量下,因形变诱发的马氏体量很少,材料仍保持了较好的塑性和韧性,为压力容器的安全设计提供了保证。对应变速率的研究结果表明,在准静态条件下,奥氏体不锈钢材料力学性能指标对应变速率不敏感,但过小的应变速率会导致材料出现锯齿形屈服,产生Portevin-Le Chatelier（PLC）效应。     

奥氏体不锈钢压力容器的应变强化承载能力研究

在压力容器发展过程中,一个重要的课题为如何使轻型化设计中并重安全与经济。随着美国及欧盟制定的压力容器标准中纳入弹塑性分析设计方法,奥氏体不锈钢压力容器在开展轻型化设计时,逐渐应用于弹塑性分析设计为基础的应变强化技术,发展前景十分广阔。利用应变强化技术设计奥氏体不锈钢压力容器后,屈服强度可显著提升,壁厚及压力容器的重量降低,有效的实现节能减排。本文重点分析了基于应变强化技术设计的奥氏体不锈钢压力容器的承载能力。     

奥氏体不锈钢应变强化容器结构的可靠度分析

由于较好的低温性能,奥氏体不锈钢被广泛应用于LNG低温储罐,而奥氏体不锈钢的应变强化技术能提高材料的屈服强度实现容器的轻量化设计。在工程上,奥氏体不锈钢材料性能数据呈现一定的离散性,在压力容器制造和使用过程中,容器的尺寸和使用条件也是随机变量。利用可靠性设计中的一次二阶矩法和ANSYS软件中的Prob Design模块,可以得到了应变强化前后容器关键参数的随机分布,从而得到强化前后结构可靠度的变化,为奥氏体不锈钢应变强化容器的设计和制造提供支持。     

国产S30408奥氏体不锈钢应变强化低温容器许用应力及应变确定

对奥氏体不锈钢低温压力容器常规设计与应变强化设计进行比较,可知应变强化技术可大幅提高奥氏体不锈钢材料的许用应力,减薄简体壁厚,减轻容器重量。根据预应变拉伸试验确定国产S30408奥氏体不锈钢应变强化压力容器的应变上限值,并建立国产S30408奥氏体不锈钢材料的ASME和双线性这两种应力应变曲线,对两者进行比较后,以ASME应力应变曲线为计算依据,考虑抗拉强度的影响,确定了国产S30408奥氏体不锈钢材料制造应变强化低温容器时的许用应力及其对应的应变。     

奥氏体不锈钢制压力容器强度裕度研究

分析了国内外压力容器标准中关于奥氏体不锈钢的许用应力,并通过工业规模奥氏体不锈钢压力容器爆破试验得到了容器的实际爆破压力,根据爆破压力与设计压力的比值比较不同标准下的压力容器强度裕度,结果说明GB 150在许用应力方面相对其他国际标准较为保守,建议以残余应变为1%的屈服强度代替残余应变为0.2%的屈服强度.     

奥氏体不锈钢制深冷容器室温应变强化技术常见问题探讨

室温应变强化技术可显著提高奥氏体不锈钢的屈服强度,降低奥氏体不锈钢制深冷容器内容器的壁厚,是一种省材节能的绿色制造技术。目前,包括中国在内的多个国家和地区已将该技术用于奥氏体不锈钢制深冷容器的制造。中国采用室温应变强化技术的时间相对较短,在实施过程中提出了一些新的技术问题。本文结合近些年的研究成果和实践,从材料、设计、制造和检验等方面,对奥氏体不锈钢制深冷容器室温应变强化技术的常见问题进行了探讨,并提出了若干建议。     

基于应变强化技术的低温储罐轻量化设计

随着低温液化气体的日益广泛应用,深冷容器的需求量不断增加。在保证安全的前提下,实现深冷容器的轻量化,对于降低制造成本具有重要意义。采用室温应变强化技术可以提高奥氏体不锈钢的屈服强度,显著减薄奥氏体不锈钢制深冷容器的壁厚,减轻重量。试验测定了304不锈钢应变强化效应,并采用常规设计、分析设计和极限分析三种不同的方法,对相同设计参数的304不锈钢制低温储罐内筒进行强度设计,发现应变强化后材料的屈服强度显著提高。若考虑应变强化,按常规设计内筒柱壳厚度可降低50％,按分析设计可降低45％,而按极限分析,承载能力可提高139％。     

奥氏体不锈钢压力容器应变强化技术的发展及国外标准比较

主要介绍了奥氏体不锈钢压力容器应变强化技术在国内外的研究现状,对三个国外常温应变强化工艺标准进行了比较;综述了国内对奥氏体不锈钢低温压力容器应变强化研究的主要进展,最后对今后的研究方向提出了建议。     

奥氏体不锈钢应变强化研究现状

奥氏体不锈钢因具有良好的耐蚀性和抗氧化性而被广泛用于石化管道、核电建设、船舶制造及医疗机械等领域,尤其在压力容器轻型化设计中,采用应变强化奥氏体不锈钢可以明显减薄壁厚。综述了应变强化对奥氏体不锈钢组织演变的影响规律,对比分析了应变强化前后奥氏体不锈钢的力学性能、疲劳寿命和耐蚀性,以期为轻量化设计不锈钢压力容器提供试验基础和理论指导。     

液氮温度下奥氏体不锈钢强度试验研究

为研究低温和预应变对奥氏体不锈钢强度的影响规律,以奥氏体不锈钢S30408为例,对母材和9%预应变材料进行了液氮温度下恒定速率的拉伸试验。研究表明:材料屈服强度和抗拉强度规律均符合正态分布;在95%可靠度和90%置信度的条件下,母材和9%预应变材料屈服强度的标准值分别为383 MPa和449 MPa,抗拉强度的标准值分别为1521 MPa和1535 MPa;低温能够显著提高材料的屈服强度和抗拉强度,而预应变能够有效提高材料的屈服强度,但对于抗拉强度基本没有影响;低温会降低材料屈强比,而预应变则会提高屈强比。     

应变强化对S30408奥氏体不锈钢低温冲击性能的影响

室温应变强化技术可大幅提高奥氏体不锈钢的屈服强度,显著减薄容器壁厚,已广泛应用于奥氏体不锈钢深冷容器制造。采用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和摆锤式冲击试验机研究应变强化对S30408奥氏体不锈钢低温冲击性能的影响。结果表明:材料在应变强化过程中发生应变诱发相变,相变产物为α'和ε马氏体,深冷低温对应变强化材料的相组成和含量影响不大。随着应变量的增加和温度的降低,材料冲击吸收能量KV2降低,其中裂纹扩展能EP基本不变,裂纹形成能Ei显示与总冲击吸收能量相似的变化趋势。当温度低于77 K,冲击吸收能量下降趋于平缓,呈现出"平台"现象,且应变强化对材料低温冲击性能的影响要大于温度对其的影响。即使经过15%应变量,材料仍表现出较好的低温冲击韧性。     

ASME应变强化本构模型及压力容器安全裕度分析

弹塑性有限元分析需要材料的真实应力—应变曲线,但利用ASME中的应变强化本构模型,按标准保证值和实测值分别建立的ASME真实应力—应变曲线存在较大的差异。运用ANSYS有限元软件模拟同一个1.4301奥氏体不锈钢压力容器模型在这两种材料参数下筒体应力、应变以及爆破压力的差异,并将模拟结果与试验结果对比。同时利用有限元模拟和爆破试验的爆破压力结果,分析奥氏体不锈钢应变强化压力容器在不同预应变下的安全裕度和实际安全裕度。结果表明：按保证值材料参数设计的压力容器,容器的实际塑性应变要比理论值小很多,用实测值材料参数设计大变形压力容器时应严格控制实际的应变值;应变强化压力容器的理论设计应变可达10%,但实际应变应在5%左右,容器才具有足够的安全裕度。     

奥氏体不锈钢深冷容器室温应变强化技术

随着低温液化气体的日益广泛应用,深冷容器的需求量不断增加。在安全的前提下,实现深冷容器的轻量化,对于节能降耗具有重要意义。采用室温应变强化技术可以提高奥氏体不锈钢的屈服强度,显著减薄奥氏体不锈钢制深冷容器的壁厚,减轻重量。中国、美国、德国、澳大利亚等已将该技术用于制造奥氏体不锈钢深冷容器。在简要介绍室温应变强化技术发展历史、标准和优点的基础上,着重分析讨论了该技术推广应用中遇到的常见问题。     

压力容器应变强化产品对材料的要求探讨

从板材、焊材及其他材料三个方面分析了现有标准对应变强化压力容器材料奥氏体不锈钢的要求,并对国内应变强化压力容器现状进行了简要总结。     

低温绝热压力容器失效因素及检验技术研究

低温绝热压力容器在使用的过程中,常因为失效产生很大的安全隐患,本文主要针对材料是奥氏体不锈钢的压力容器进行分析,首先对绝热压力容器的概念进行阐述,并给出了低温绝热压力容器在不同温度和预应变条件下材料的屈服强度和抗拉强度的变化情况,分析了压力容器的失效因素,提出了解决办法。旨在为今后压力容器的检验工作提供参考,为压力容器检验和维修提供理论依据,确保整个系统的可靠运行。     

应变强化对022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢显微组织和力学行为的影响

采用电液伺服万能试验机、X射线衍射仪、金相显微镜和透射电子显微镜,研究了应变强化对022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢微观组织和力学行为的影响。结果表明：前期预应变强化过程中,材料没有发生相变,形变孪晶数量的增加使材料的屈服强度和硬度得到大幅提高,但塑性有所降低,发生形变孪晶诱发强度效应。随着预应变量的增大,应变强化能力减弱,瞬变应变有所降低,位错的滑移模式发生转变,从单系滑移和平面滑移向多系滑移和交滑移转变。     

我国重型压力容器轻量化设计制造技术研究进展

重型压力容器轻量化是目前国际节约资源趋势下的重要举措.从三方面介绍了我国近年来在重型压力容器轻量化方面的相关研究进展.首先介绍了我国《固定式压力容器安全技术监察规程》关于强度安全系数调整的背景,以及我国GB 150-2011《压力容器》相应做出的修订情况(常规设计抗拉强度安全系数从3.0调整到2.7),分析了这些调整可能给压力容器安全带来的影响,并提出了解决方案；其次,介绍了我国压力容器用高强钢研究进展、存在的技术难点及解决途径,尤其是490 MPa级低焊接裂纹敏感性高强钢在大型低温乙烯球罐轻量化设计中的成功应用案例；第三,介绍了奥氏体不锈钢的应变强化技术研究进展,重点阐述了我国国产材料应变强化的适用性、应变强化工艺对压力容器寿命可靠性的影响.     

奥氏体不锈钢压力容器的塑性载荷及安全裕度研究

社会经济在快速发展过程中,所能够应用的能源数量正在快速下降,在这种情况下压力容器轻型化设计就成为主要研究内容。压力容器轻型化设计过程中的必然途径就是压力容器的分析设计与应变强化设计。伴随着有限元非线性技术及塑形力学越加完善,压力容器在弹塑形方面取得了十分显著的成果。奥氏体不锈钢压力容器在国外已经研究多年,我国在这方面研究时间较短。在对压力容器弹塑性分析及应变强化设计过程中,需要将压力容器材料所具有的强化效应及变形情况考虑在内,同时这种设计方法也是现阶段世界范围内最为先进的技术,应用前景十分广阔。