奧氏體不銹鋼壓力容器的應變強化技術分析

王曉梁（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院， 江蘇 南通 226011）

奧氏體不銹鋼壓力容器的應變強化技術分析

王曉梁（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院， 江蘇 南通 226011）

在當前科技不斷發展的背景之下，奧氏體不銹鋼壓力容器已經被廣泛的應用。本文主要對應變強化的基本原理展開相應的分析，同時分析了奧氏體不銹鋼壓力容器的應變強化模式，應變強化模式有兩種，一種為常溫應變強化Avesta模式，另一種為低溫應變強化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用過程中更加有效。

奧氏體不銹鋼；應變強化技術；壓力容器

實踐表明，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，同時該種材料具有較強的抗拉強度，但是它的屈服強度卻并不高。根據GB150壓力容器的標準，將材料的屈服強度、抗拉強度作為重要的基礎，除以相應的安全系數，取最小值確定材料應力值，這往往會使得奧氏體不銹鋼材料需用應力值出現偏低的情況，導致其承載能力不能夠被充分的發揮出來。所以，只有采用相應的應變強化技術，才能夠提升奧氏體不銹鋼材料的屈服強度。

1 對奧氏體不銹鋼材料的應變強化基本原理的分析

奧氏體不銹鋼材料的應變強化技術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，當材料變形已經超過了材料定額屈服強度，并且在達到σk后卸載［1］。如果對其重新的施加相應的荷載，那么如果材料應力已經到達了σk水平，則此時應該為彈性狀態，在這之中的σk代表的是材料的新的屈服強度，并且和σQ2相比，σk數值要遠遠的超出σQ2。

圖1 奧氏體不銹鋼單向拉伸圖

另外，還存在著非穩定奧氏體不銹鋼，該種不銹鋼會由于應變而產生馬氏體，這便使得加工硬化率隨著應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到最大值。與此同時，隨著馬氏體變體擇優形式的形成，導致應力出現了集中被松弛的現象，最終所呈現的現象為相變誘導。這與段晨捷在《基于應變強化技術的奧氏體不銹鋼壓力容器輕型化設計思考》一文中的觀點極為相似。如果在加工穩定奧氏體不銹鋼的過程中，其環境在室溫下進行，那么在加工過程中便不會形成馬氏體組織，但是也有一定的缺陷存在。例如晶粒出現了細化的狀態，晶格扭曲以及位錯密度不斷增加，那么便會產生硬化的效應，導致奧氏體不銹鋼的真正作用無法被充分的發揮出來。

由于奧氏體不銹鋼存在著較強的應變強化的能力，因此該種不銹鋼在當前已經被廣泛的應用在橋梁以及建筑領域當中，而在歐洲的一些國家，已經將此材料應用在壓力容器領域當中，并且取得了一定的成效。

2 對常溫應變強化Avesta模式以及低溫應變強化Ardefoim模式的分析

經過試驗表明，奧氏體不銹鋼壓力容器在常溫狀態下進行水壓試驗，在試驗中出現了塑性變形現象，產生率小于10%，這便能夠有效的提升奧氏體不銹鋼材料的屈服強度和強拉強度，該方法一般被稱之為Avesta模式。該壓力容器存在著使用介質，一般介質為液氮、液氧以及液氫等，主要用途為民用。在奧氏體不銹鋼應變強化技術不斷發展的背景之下，壓力容器技術委員會已經通過了奧氏體不銹鋼應變強化技術，并且在日后的發展中將該項技術納入到了相應的標準當中，這為奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化技術的發展創建了條件。瑞典的應變強化壓力容器的應用標準CSD，其使用材料的標準要求也比較高，最大厚度值大約在30mm左右，最高使用溫度為400℃，退火態材料的延伸率較大。經過強化，其屈服強度取σk值，大約為410MPa，作為新材料的一種，需要依據常規的使用方式進行設計。而應變強化水壓試驗壓力可表示為：

在瑞典CSD標準中已經明確，單向拉伸試樣，確保材料有足夠的屈服強度。而在平面應力方面，則需要依據Mises屈服準則進行計算，并且在計算應變關系的過程中，需要嚴格的按照相關的比例關系展開計算。

在奧氏體不銹鋼容器方面，需要通過應變強化水壓試驗，使其能夠產生一定的塑性變形，從而有效提升奧氏體不銹鋼的屈服強度與抗拉強度，這與王步美，陳挺，徐濤等在《奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化技術的探討》一文中有著極為相似的觀點。也有一些材料需要經過高溫與長時間的處理才能夠提升其屈服強度與抗拉強度，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用于航天領域當中，使用介質為液氮、液氧等。

3 結語

本文主要從兩個方面著手，一方面分析了奧氏體不銹鋼材料的應變強化基本原理，另一方面分析了常溫應變強化Avesta模式以及低溫應變強化Ardefoim模式。通過分析明確，當前奧氏體不銹鋼材料已經被廣泛應用，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，同時抗拉強度與屈服強度也比較強。實踐表明，應用奧氏體不銹鋼壓力容器的應變強化技術，能夠有效的節省材料的應用。在Avesta模式方面，已經有相關工作人員進行了試驗，并且取得了一定的試驗成效。

［1］韓豫，陳學東，劉全坤，等.基于應變強化技術的奧氏體不銹鋼壓力容器輕型化設計探討［J］.壓力容器，2010，27（9）:16-20.