[发明专利]一种用于奥氏体不锈钢低温压力容器应变强化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢低温应变强化压力容器制造领域。

背景技术

1、奥氏体不锈钢应变强化基本原理

如图1所示，材料变形超过材料屈服强度，达到σk后卸载，当重新施加载荷，材料应力到达σk之前，处于弹性状态，σk相当于材料的新屈服强度，显然 σk＞σ0.2。

2、奥氏体不锈钢低温压力容器应变强化的原因

传统的低温容器的设计方法则是基于弹性设计准则，将最大应力限定在弹性范围内，只利用了材料的弹性承载能力。这对于具有较高抗拉强度和极高塑性指标，但屈服强度较低的奥氏体不锈钢而言，并没有充分发挥奥氏体不锈钢的塑性承载能力，造成材料浪费、设备增重。

3、奥氏体不锈钢低温压力容器应变强化目前采用的方法

奥氏体不锈钢压力容器应变强化常用两种模式：Avesta模式和Ardeform模式。

奥氏体不锈钢压力容器常温应变强化—A·vesta模式：将奥氏体不锈钢压力容器在常温进行应变强化水压试验，产生8％ 左右（最大10％）塑性变形，可提高奥氏体不锈钢材料的屈服强度和抗拉强度，通常称该方法为Avesta模式（Cold Stretched Forming）。

   奥氏体不锈钢压力容器低温应变强化—Ardeform模式：在方形槽中放置强化模，模内盛放-196℃液氮，将一端封闭且充满液氮的容器置于强化模内，容器的另一端连接增压泵。待容器冷却至-196℃后对其加载，容器在内压的作用下向外膨胀，直至外径与强化模的内径相等。卸载后容器在室温下发生弹性恢复。强化后材料的屈服极限可以提高到原来的6倍以上，常称该方法为Ardeform模式（Cryogenic Stretch Forming）。

发明内容

本发明提供一种奥氏体不锈钢低温压力容器应变强化的方法。和现有的Avesta模式和Ardeform模式相比具有效果好，容易操作，成本低的特点。

本发明所采用的技术方案为：

   一种用于奥氏体不锈钢低温压力容器应变强化的方法，利用水的固态相变体积增大的特性从而使奥氏体不锈钢低温压力容器产生应变并得到强化。该方法具体为：常温时将水注满奥氏体不锈钢低温压力容器，密封后加载，使该容器内的压力达到设计压力，关闭截止阀，再将容器置于0℃以下的环境中并保持足够的时间使水完全凝固，然后将容器置于常温环境中待冰溶解后排出；测量容器的尺寸变化情况，计算应变量，如应变量不够，可重复操作直至达到所要求的应变量。

本发明的优点

一：本发明应变强化时各个方向的应变量均匀一致，避免出现容器局部过度形变而减薄以至失效的情况。

二：应变强化的应变量可以控制，多次重复作业，最终达到所设定的应变量。水固态相变时体积增加9.05%，各向应变量为2.93%（按球形容器计算），经过2~3次可以达到预期的应变强化效果。

三：此方法与Avesta模式和Ardeform模式相比，效果好，且容易操作，成本低。

附图说明

    图1为奥氏体不锈钢单向拉伸应力应变曲线；

   图2为应变强化前的容器的截面示意图；

   图3为应变强化后的容器的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参照图2，一种用于奥氏体不锈钢低温压力容器应变强化的方法，利用水的固态相变体积增大的特性从而使奥氏体不锈钢低温压力容器产生应变并得到强化。该方法具体为：常温时将水注满奥氏体不锈钢低温压力容器，紧固螺柱密封后加载，使该容器内的压力达到设计压力，关闭截止阀，再将容器置于0℃以下的环境中并保持足够的时间使水完全凝固，然后将容器置于常温环境中待冰溶解后排出；测量容器的尺寸变化情况，计算应变量，一般控制在10%以内，如应变量不够，可重复操作直至达到所要求的应变量。

以10mm厚国产奥氏体不锈钢S30408（GB24511-2009）钢板的压力容器为例，其筒体内径1000mm，长度5000mm。按上述方法进行应变强化，应变达到4%时，强化后的屈服强度σk为318Mpa，应变达到9%时，强化后的屈服强度σk为438Mpa，应变强化前其屈服强度σ_p0.2为295Mpa，屈服强度分别提高了7.7%和48%。在提高屈服强度的情况下，其断后伸长率分别是51.8%和43.0%，伸长率指标仍满足GB24511-2009标准大于等于40%的要求。这样该容器提高了其许用应力，充分发挥了奥氏体不锈钢材料的性能，也减轻了容器重量和节约成本。