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奧氏體不銹鋼無縫管應變強化工藝

奧氏體不銹鋼無縫管應變強化工藝

 

 

奧氏體不銹鋼無縫管具有良好的綜合力學性能和優異的抗腐蝕性能,是一種應用廣泛的壓力容器用鋼。通常奧氏體不銹鋼屈服強度較低,屈強比小,按照現行的安全系數,其許用應力由材料的屈服強度決定,因而導致設計的壓力容器壁厚較厚、設備笨重,材料浪費嚴重,制造和運輸成本較高。

  

利用應變強化工藝,在確保奧氏體不銹鋼無縫鋼管原有力學性能不受大的影響的前提下,使材料發生一部分塑性變形,可以有效提高奧氏體不銹鋼的屈服強度。采用應變強化后材料新的屈服強度設計的容器,其壁厚通常可以減薄30%50%,有利于節省材料,降低制造成本及運輸中的能耗,經濟效益顯著。因此,應變強化技術是一種節材降耗的綠色制造技術。

  

應變強化技術早于20世紀50年代由瑞典Avesta公司提出,隨后被澳大利亞借鑒。由于當時缺乏足夠的設計和使用經驗,在此后的20多年間,世界其他各國對此技術都持謹慎態度,主要原因是大多數國家現行的壓力容器設計標準都較應變強化技術保守。因此,出于安全性考慮,大部分國家對應變強化技術都采取限制性使用,且制定的適用條件較為苛刻。近10年來,隨著成功使用的案例和在使用中積累的工程經驗越來越多,英國標準協會、美國機械工程師協會等一些權威標準機構相繼采納應變強化技術涉及制造奧氏體不銹鋼壓力容器。

 

鑒于我國尚無奧氏體不銹鋼應變強化技術的國家標準及行業標準,為了規范該項技術在我國的應用,國家質量監督檢驗檢疫總局委托鍋爐壓力容器標準化技術委員會開展了奧氏體不銹鋼應變強化技術制造深冷壓力容器的技術評審工作。

 

  針對奧氏體不銹鋼管延性好但屈服強度低的問題,提出采用應變強化工藝來提高材料屈服強度。分析了應變強化工藝中兩個關鍵工藝參數應變速度和應變量對材料力學行為的影響,提出應變速度不宜過慢,否則會出現鋸齒形屈服行為,對材料性能造成不利影響。應變強化后的奧氏體不銹鋼在顯著提高強度的同時,仍能保持較好的韌性。通過金相組織分析、馬氏體體積分數測定等結果表明,將應變量控制在10%以下,強化后奧氏體組織僅發生少量的α'馬氏體相變,對材料的力學性能影響不大,且材料的微觀組織也沒有明顯變化。

  研究結果表明,采用應變強化技術在大幅度提高奧氏體不銹鋼屈服強度的同時,對材料的其他力學性能均不造成大的影響,從而為壓力容器的安全運行提供有力保證,可實現壓力容器的輕型化設計,經濟和社會效益顯著,應用前景廣闊。

 

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