奥氏体不锈钢压力容器的应变强化技术
应变强化奥氏体不锈钢压力容器的强化工艺和设计研究的开题报告
应变强化奥氏体不锈钢压力容器的强化工艺和设计研究的开题报告题目：应变强化奥氏体不锈钢压力容器的强化工艺和设计研究一、选题背景随着人们对生产安全要求的不断提高，压力容器在化工、冶金、能源等领域应用日益广泛。
研究和改进容器材料和结构设计，提高容器强度和稳定性，对于提高生产安全和经济效益具有重要意义。
奥氏体不锈钢因其耐腐蚀、抗氧化、耐高温等性能优异，已成为压力容器制造的重要材料之一。
但是，奥氏体不锈钢的力学性能相对较低，容器在使用过程中易出现应力集中和疲劳断裂等问题。
因此，本课题选取应变强化作为容器强化技术，并结合容器设计方案，研究应变强化奥氏体不锈钢压力容器的强化工艺和设计，探索提高奥氏体不锈钢容器强度和稳定性的方法。
二、研究内容1.应变强化奥氏体不锈钢材料的性质和特点分析，包括材料力学性能、腐蚀性能等方面的研究。
2.探究应变强化技术在奥氏体不锈钢压力容器中的适用性，设计应变强化工艺方案。
3.通过有限元分析等手段，研究应变强化对容器强度和稳定性的影响，优化容器结构设计。
4.制备应变强化奥氏体不锈钢压力容器样品，进行力学性能测试和腐蚀试验等实验研究，验证工艺和设计的可行性和有效性。
三、研究意义1.探索奥氏体不锈钢压力容器强化的新方法和途径，拓宽奥氏体不锈钢在容器制造领域的应用范围。
2.提高奥氏体不锈钢容器的强度和稳定性，减少容器使用过程中出现的问题和安全隐患，提高生产效益和节约资源。
3.理论分析和实验研究相结合，为奥氏体不锈钢压力容器的设计制造提供科学依据和参考。
四、研究方法和步骤1.文献调研和理论分析，了解奥氏体不锈钢材料的性质和应变强化技术的原理。
2.探讨应变强化技术在奥氏体不锈钢压力容器中的可行性，设计应变强化工艺方案。
3.通过有限元分析等手段，研究应变强化对容器强度和稳定性的影响，优化容器结构设计。
4.制备应变强化奥氏体不锈钢压力容器样品，进行力学性能测试和腐蚀试验等实验研究，验证工艺和设计的可行性和有效性。
奥氏体不锈钢深冷容器室温应变强化技术
许用应力。
( 2) 设计: 仍采用 ASME BPVC - 中的壁
( 1) 节省材料
厚计算公式, 但应采用 C ode C ase 2596 中的许用
按照 GB 150, EN 13458 - 2: 2002 附录 C 和
应力。
ASM E BPVC - 1 Code C ase 2596确定的典型奥
2 室温应变强化技术标准
室温应变强化技术已被纳入 Co ld- S tretching D irections 1991, AS 1210 - Supp2 1999, EN 13458- 2: 2002附录 C, EN 13530- 2: 2002附录 C, ASM E BPVC - Code C ase 2596, ISO 20421- 1: 2006附录 D 和 ISO 21009- 1: 2008附 录 C 等标准。下面简要介绍欧盟、美国和 ISO 有 关室温应变强化技术的标准。
0 引言
近年来, 随着我国国民经济的迅速发展和低 温技术应用的日益普及, 液氮、液氧、液氢、液氩、
液氦、液化天然气等低温液化气体的应用日趋广
泛, 奥氏体不锈钢深冷容器的需求量不断增长。 奥氏体不锈钢的屈强比低, 按 GB 150[ 1] 等我
国现有压力容器标准设计, 其许用应力由屈服强 度决定, 安全裕量过大, 不能充分发挥其承载能
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S 304 58
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S 316 58
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S 316 08
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S 316 03
应变强化对奥氏体不锈钢高温疲劳行为的影响
应变强化对奥氏体不锈钢高温疲劳行为的影响应变强化技术是提高材料屈服强度的一种科学有效的方法。
该方法的基本思想如下：在室温下将材料加载至发生一定量的塑性变形后卸载，当再次加载时，材料的屈服强度将得到提高。
对于在承压设备领域中应用广泛的奥氏体不锈钢来说，由于其屈服强度与抗拉强度间具有较大的塑性延伸区域，塑性储备能力较好，经过应变强化后材料的屈服强度可以得到显著提高，相应地，材料的设计许用应力也能大幅度提升，从而在相同的设计参数下可以减薄容器壁厚，同时材料仍能保留较高的塑性储备。
因此，采用应变强化技术制造奥氏体不锈钢制压力容器可以实现压力容器的轻型化。
由于应变强化技术充分利用了奥氏体不锈钢材料优良的塑性，设计理念超前，目前世界上仅有欧洲、澳洲和美洲等少数几个国家采用此技术制造应变强化容器，而这其中仅有瑞典和澳大利亚允许将这类容器应用于高温环境。
与国外相比，我国在奥氏体不锈钢制压力容器应变强化技术方面的研究起步较晚，考虑到原材料和设计制造工艺上存在差异性，国外的这些技术和措施不能在中国直接应用，国产材料应变强化后的适用性评价、应变强化后对材料和设备寿命与可靠性的影响是目前需要尽快解决的问题。
为研究应变强化过程中容器的风险增量，对固溶态和应变强化预处理态的S 31603奥氏体不锈钢在550℃、应力控制模式下的疲劳行为开展系统研究。
S316 03奥氏体不锈钢的化学成分见表1。
研究结果表明：1）经室温应变强化预处理后，S31603不锈钢在550℃下的屈服强度值仍高于固溶态材料，没有出现强度恢复现象，强化效果保持良好。
2）相同试验条件下，应变强化预处理前后材料均表现出持续的循环硬化响应，但经应变强化预处理后材料的循环应变幅和平均应变均小于固溶态材料。
3）在550℃、应力控制模式下的疲劳试验中，动态应变时效宏观表现为平均应变阶跃现象。
4）室温下不超过10%的应变强化预处理可以有效提高S31603不锈钢的高温疲劳寿命，从而可以为应变强化奥氏体不锈钢容器在高温环境下的安全运行提供保障。
奥氏体不锈钢应变强化技术制造压力容器试验
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疫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。
应变强化技术在奥氏体不锈钢压力容器中的应用
应变强化技术在奥氏体不锈钢压力容器中的应用作者：陈威来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第11期摘要：本文介绍了应变强化技术的机理，分析了应变强化技术应用于奥氏体不锈钢压力容器时的优点，以及该技术对奥氏体不锈钢压力容器性能的影响。
关键词：应变强化;奥氏体不锈钢;压力容器;轻型化压力容器的制造成本主要是由制造所消耗的材料数量和材料的价格来决定的，在保证容器安全性的前提下，如何降低容器的壁厚、减少容器的用材、减轻容器的质量，实现压力容器的轻型化，对于控制成本有着重要意义。
目前实现压力容器轻型化的方法主要包括提高材料的强度、选用较高的屈服强度、降低安全系数、采用分析设计[1]、采用结构优化设计、采用应变强化技术[2]等。
1 奥氏体不锈钢压力容器奥氏体不锈钢是深冷容器制造中最常使用的材料，具有良好的韧性、塑性和耐腐蚀性。
与此同时还具有非常好的耐低温性能，在低温工程领域获得广泛应用。
但是由于奥氏体不锈钢材料的屈服强度和抗拉强度的比值较低，通常在保证一定安全系数的前提下其许用应力值会比较小，这样设计出来的压力容器壁厚通常较大，安全裕量也过大，导致材料的实际承载能力没有很好地利用，进而造成压力容器的重量加大、材料浪费，制造成本显著增加。
然而，奥氏体不锈钢具有很好的应变强化的特性，变形时加工硬化的特点比较明显，且其应力-应变曲线没有明显的屈服平台，而是规定塑性延伸率为0.2%时的应力作为材料的屈服强度，因此，可以利用应变强化技术来提高屈服强度。
应变强化的本质就是利用材料的优良塑性，通过产生一定的塑性变形来提高屈服强度。
给奥氏体不锈钢材料施加一个外力载荷，当其塑性延伸率超过0.2%后继续加载至强化应力σk，然后卸载，卸载后产生的塑性变形将不可恢复;此时若给其重新加载，其应力应变曲线将发生变化，而是会沿着原来的卸载曲线而逆向线性增长，当应力超过σk时，才再次进入塑性阶段，此时σk相当于材料的新的屈服强度。
奥氏体不锈钢压力容器的应变强化技术分析
奥氏体不锈钢压力容器的应变强化技术分析摘要：受到当前经济繁荣和社会进步的影响，科学技术不断发展，奥氏体不锈钢压力容器在社会生活中的应用也越来越普及。
基于当前奥氏体不锈钢应用愈加广泛的背景下，其应变强化技术原理及应用情况也具有一定研究价值。
本文针对奥体不锈钢压力容器的应变强化模式及原理进行简要分析，其应变模式主要包括两种，即常温应变强化模式和低温应变强化模式。
通过对该两种模式进行多角度解析，期望提升奥氏体不锈钢压力容器在应用过程中的使用效率。
关键词：奥氏体；不锈钢压力容器；应变强化技术承压材料在日常生活中或在能源行业中的应用非常广泛，一些性能优越的承压材料稳定性非常强，对促进石油产业或核电产业的发展有重要意义。
所以承压设备自身结构的组成对压力容器应变性能有非常大的影响，对其应变强度变化技术也具有一定意义。
奥氏体不锈钢由于其自身属性特殊，通常用于极端环境下使用的压力容器，因其屈服强度低，所以需要使用应变强化技术来增强其屈服度。
一、奥氏体不锈钢应变强化技术解析奥氏体不锈钢材在实际操作过程中其应变强化技术的使用需要按照一定的操作原理。
下图为奥氏体不锈钢的单向拉伸图材料随压力变化其应变能力变化图，由图可知，材料具有定额屈服强度，当其变形程度超过该数值，接近σk后卸载。
通过对该材料增加新的承载度，则即使该材料应力已经达到σk水平，该状态下依然为弹性状态，此时的σk是其新屈服强度，并且此时的该数值非常大[1]。
图1 奥氏体不锈钢单向拉伸图除此之外，还存在一种因为应变产生马氏体的奥氏体不锈钢，这类不锈钢称为不稳定奥氏体不锈钢，不稳定奥氏体不锈钢材料由于其不稳定性，导致其加工硬化率与应变成正向增加关系，且延迟缩颈，以控制延伸从而使其达到峰值。
除此之外，应力集中松弛现象的发生是因为马氏体变体择优形式出现导致的，最后出现相变诱导的情况。
段晨捷也曾在《基于应变强化技术的奥氏体不锈钢压力容器轻型化设计思考》中提出了极为相似的观点[2]。
奥氏体不锈钢压力容器的应变强化技术分析
Hale Waihona Puke 关 键 词 ：奥 氏体 不锈 钢 ；压 力 容 器 ；应 变强 化 技 术 中图分类号 ：Ｔ Ｈ４ ９ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ ２ ． １ ３ ８ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６ ． ０ １ １ ３ － ０ １
在能源工业 发展形势下，不锈钢压力容器 的低能耗发展
电工技术 － 理论 与实践
奥氏体不锈钢压力容器的应变强化技术分析
刘 洋 江 玉 良
中核新 能核工 业工程 有限责任公 司，山西 太原 ０ ３ ０ ０ １ ２
摘 要 ：在 社 会 经 济和 科 学 技 术 不 断 发展 的过 程 中 ，能 源 ＿ Ｔ － Ｊ ， ｋ 也 获 得 了极 大 的进 步 ，这 就 对 石 油石 化 生 产 所 应 用 的压 力 容 器 提 出 了 更 高 的要 求 ， 应 逐 渐 向 着 复 杂 化 、 大型 化 的 方 向 发 展 。 奥 氏体 不锈 钢 压 力 容 器在 轻 型化 设 计 的 过程 中， 应 用到 一 种 重 要 技 术 手 段 就 是 应 变 强化 技 术 ． 尤 其适 用 于 容 器 所应 用 的 高韧 性 材 料 和 强度 较 低 状 况 。 本研 究 主要 介 绍 了奥 氏体 不锈 钢 压 力 容 器的 应 变 强化 技 术 的作 用原 理 ， 并对 应 变 强化 技 术 进 行 了详 细 的 分析 ， 以期 实现 压 力容 器轻 型化 发展 目标 ，提 高压 力 容
势在必行 ，充分利用应变强化技术 的优 势，不仅能够保障生
产的安全性 ，还 能有效的降低成 本投入，大大减轻容重 比，
部承载压力 （ ｐ ），得 出设计 强度 。根据最 终计 算的结果， 计算 出来应用变应强化技术设计的容器 的强化压力 （ Ｐ ｋ ）， 结合实际生产过程，借助有效 的强化处理工艺将奥 氏体不锈 钢压力容器的整体承受应力提高到 ｏ ｋ ，进 一步增 强奥氏体
奥氏体不锈钢压力容器应变强化设计技术探讨分析
奥氏体不锈钢压力容器应变强化设计技术探讨分析发布时间：2021-11-04T02:46:39.357Z 来源：《建筑实践》2021年第16期(上) 作者：夏志毅[导读] 在我国目前的低温容器中，奥氏体不锈钢是被广泛应用的材料。
夏志毅44122919770118****摘要：在我国目前的低温容器中，奥氏体不锈钢是被广泛应用的材料。
这既是因为奥氏体不锈钢其本身的高强度、塑性、耐腐蚀性以及冷加工性能，同时也是因为应变强化技术在奥氏体不锈钢压力容器中的良好使用。
经过应变强化技术处理的奥氏体不锈钢压力容器相较于传统技术处理的压力容器质量更低,用材更少。
关键词：奥氏体不锈钢；压力容器；应变强化在我国的化学工业、沿海探索以及生物医学和化工石油等多个行业中，奥氏体不锈钢是被广泛应用的钢种之一。
同时奥氏体不锈钢使用应变强化技术能充分利用其刚钢体塑性强和冷加工性能好的优点，这些优点被广泛适用于压力容器的使用过程中。
所以研究奥氏体不锈钢压力容器应变强化设计技术能够对我国的多个行业起到良好的生产促进以及经济促进作用，进而能够为我国现代化建设奠定良好的基础。
一、奥氏体不锈钢压力容器的研究现状（一）奥氏体压力不锈钢压力容器应变强化的原理先从简单的应变强化原理来说，奥氏体不锈钢材料的主要应变强化过程主要来自两个角度。
一方面的强化机理就是因为奥氏体不锈钢的材料由于塑性变形从而导致金属内部的晶粒碎化、位错密度增加以及境界增加等多个组织结构的变化，进而引起了位错运动中阻力的增加[1]。
另一方面的强化机理就是因为奥氏体内部的不稳定性会在应变强化的作用下向马氏体转变。
单从金属晶体学的方面来看，奥氏体不锈钢在常温以及高温下具有面心立方结构，同时具有多个滑移面和滑移系，在应力作用下，会存在多个能够滑移的晶面。
所以奥氏体不锈钢材料本身就具有相对良好的韧性以及塑性。
同时由于奥氏体不锈钢材料本身的屈强比较低，导致奥氏体不锈钢材料具备比较好的应变强化特性。
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奥氏体不锈钢压力容器的应变强化技术
摘要：奥氏体不锈钢压力容器的应变强化技术，是石油、化工、核电等行业压力设备制造关键技术之一。
本文从奥式体不锈钢压力容器应变强化原理、Avesta模式与Ardeform模式异同点、主要技术参数三个方面进行概述，最后概述我国相关研究进展。
关键词：应变强化技术；奥氏体不锈钢；压力容器
发展绿色经济、低碳经济是我国政府对人民、对世界的庄严承诺。
科学技术是第一生产力，是发展绿色经济、低碳经济的必经之路。
承压设备关系石油、核电、煤化工等行业的长远发展，压力容器强化应变技术是承压设备核心技术之一。
奥式体不锈钢是一种具有奥氏体组织构造与性能的钢材，具有耐腐蚀、耐极端温度、综合机械性性能良好等特性，是制造适用于极端环境下压力容器的重要材料。
在能源危机日益凸显的当下，特种设备需要不断扩大，奥式体不锈钢压力容器应变强化技术仍具有巨大的应用前景，该技术一直是压力容器设备制造领域研究热点，本文就此进行概述。
1.奥式体不锈钢压力容器应变强化原理
奥式体不锈钢因其特殊的构造，应力应变行为不同于普通钢材，无屈服平台，屈服强度和强拉强度之间应变硬化段较长，室温延伸率≥40%。
传统的压力容器是基于弹性设计准则设计的，通过限定危险截面应力范围，以增强容器可承压上限，常通过增加厚度、降低应力设计达到以上目的，需消耗大量的钢材，考虑到奥式体不锈钢昂贵的价格，传统压力容器设计原则显然无法满足需要[1]。
为适应需求，设计人员常通过试加载、卸载，以永久性塑性变形奥式体不锈钢材料，使材料屈曲强度满足设计需求，制造容器后，再通过常温水处理强化，提高奥式体不锈钢屈服强度，一般采用此法设计，可减少20%～50%的钢材用量。
该技术许用应力公式为：，其中分母即为塑性变形过程[2]。
2.奥式体不锈钢压力容器应变强化技术模式
该技术起源于瑞典Avesta Sheffield公司，于1959年成功推出第一个成品，被称为Avesta模式，被纳入压力容器标准，并得到广泛推行，美国为发展航空工艺，逐渐建立了Ardeform模式，但尚未被相关行业协会选作标准。
2.1 Avesta模式
Avesta模式基本原理为，将奥氏体不锈钢压力容器于常温下行应变水压强化行塑性变形，最终提高材料屈服强度、抗拉强度，一般以液态氮、氧、氢为介质，可产生8%左右塑性变形，被广泛应用于民用。
该模式耗材304～316L，厚度MAX30mm，温度MAX400℃，退火材料0.2达到210MPa左右，强化后屈服强度k=410MPa。
该标准主要涉及圆筒容器、球容器、单向拉伸试样三个类型，详
细阐述了三种类型应变强化过程中的应力、应变比例关系。
2.2 Ardeform模式
该模式被广泛应用于航天空域相关产品制造，一般特殊于-196℃液氮下保温进行应力强化水压试验，获得10%左右塑性变形，再进行20h左右的427℃热处理，提高材料屈服强度、抗拉强度。
AP创始公司进行详细的实验验证，证实该模式可使材料不仅热处理也具有一定的时效作用，经热处理后，应变强化应力显著上升，但不会增加爆破时应力，而常温爆破应力取决于原有材料的应变强化应力，经时效处理后爆破应力显著提高；同时室温下时效处理，还有助于提高材料的屈服强度、抗拉强度。
最后得出以下结论：①低温强化可提高强度，制造压力容器，无需热处理；②时效处理可增加材料强度，未经处理材料在-196℃下缺口韧性较高；③-196℃下，施加应力可进行应变强化。
2.3两种模式异同点
2.3.1不同点：①Avesta模式，工艺过程，无需高温淬火处理，室温下强化，应变强化量<10%，实际3%～5%，水压1.5P设，强化程度有限，对材料韧性影响较小；②Ardeform模式，强化前需高温淬火处理，液氮低温（-196℃），应变强化量<13%，实际10%左右，一般还需427℃、20h时效处理，强化程度大、对材料韧性影响较大。
2.3.2相同点：①均具有较强的强化效应；②强化后材料可作为一种新材料，需计算新的屈服应力；③结构参数塑性变形，设计可按照原有尺寸进行设计，几乎可视作新材料。
3.奥式体不锈钢压力容器应变强化技术主要参数
3.1 屈服强度
奥式体不锈钢常温下可行预拉伸，产生位错聚集、密度增殖效应，宏观上提高了材料屈服强度，当然形变诱发的马氏体、形变孪晶可能严重影响屈服强度。
一般来说，1%的塑性变形，可增加20MPa左右屈服强度，5MPa左右抗拉强度，减少1%的延性，增加5HV左右硬度值。
3.2 蠕变
蠕变极限（10万小时内1%蠕变应力）是材料使用寿命重要指标，以Avest832MV奥氏体不锈钢为例，在0%变形力下，550℃蠕变极限为8kg/mm2，650℃上升至2.3kg/mm2，在3%变形力下，550℃蠕变极限为13kg/mm2，650℃蠕变极限为6.2℃。
4.奥式体不锈钢压力容器应变强化技术局限性与我国研究现状
奥式体不锈钢压力容器应变强化技术已有相应标准，但标准并不全面，仅有少部分研究报告，强化工艺推行难度大，不同制造厂强化工艺存在较大差异，以低温、高温处理严重影响强化技术的推广。
国内相关研究，并不系统，仅对某一工艺环节进行探讨，如姜公锋等单独探讨棘轮安定曲线在不锈钢压力容器应变强化技术中的应用，缺乏大规模、系统性的实验研究，在当前我国经济大背景下，很难孕育出符合我国需要的强化技术标准。
参考文献：
[1]汪志福，孔韦海.奥氏体不锈钢压力容器应变强化技术探讨[J].化学工程与装备，2013，12：106-107.
[2]陈挺，王步美，徐涛，等.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[J].机械工程材料，2012，36（3）：1-3.。