基于折减因子的奥氏体不锈钢螺栓高温应力-应变模型

不锈钢螺栓具有显著的耐久性、延性和耐火性,因此它们被广泛地应用于栓接的半刚性节点中。不锈钢螺栓如同其基材(不锈钢棒材)一样,在常温和高温下都表现出平滑的非线性特征,并且它们的应力-应变曲线中没有明确定义的屈服点。这种材料行为可以用不同的材料模型来表征,其中最常用的是Ramberg-Osgood公式或其修订版。然而,在现存不锈钢的材料模型中,相关力学参数的预测公式并不适用于经受冷作硬化和冷铸工艺的奥氏体和双相体不锈钢螺栓。因此,本工作基于先前研究中高温下不锈钢螺栓的折减因子建立它们的非线性高温材料模型。倘若在五个常温力学参数(杨氏模量、比例极限、屈服强度、极限强度和极限应变)已知的情况下,基于高温折减公式计算某一温度下的五个力学参数,进而评估试验应力-应变曲线与预测曲线之间的相关性。这种预测方法表明预测曲线与试验曲线具有明显的一致性,说明基于折减因子所建立的高温材料模型具有准确的预测精度。因此,联合不锈钢螺栓的高温折减公式,基于常温下的五个力学参数就可以准确预测其在某一温度下的应力-应变曲线。

奥氏体不锈钢应变强化压力容器的形变特性研究

本研究聚焦于奥氏体不锈钢在应变强化环境中的形变特性,探讨其在压力容器应用中表现的微观结构变化与宏观性能关系。通过对奥氏体不锈钢的材料组成、物理与化学特性的深入分析,并结合应变强化机理及其影响因素的考量,论文深度探讨了压力容器设计要求下,材料在持续荷载作用下形变特性的变化规律。研究结果为压力容器的设计与材料选型提供了理论依据,对提升其性能与安全性具有重要意义。

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。

应变强化用奥氏体不锈钢力学性能影响因素

为合理确定应变强化工艺参数,试验研究了材料化学成分、板材厚度及应变速率等因素对奥氏体不锈钢的强度、塑性等力学性能的影响规律。研究发现,对于应变强化用奥氏体不锈钢,应确保Ni、Mn等奥氏体稳定化元素的含量。应变强化奥氏体不锈钢低温容器的设计制造应充分考虑冷热轧制工艺导致的不同厚度板材力学性能差异。拉伸应变速率越低,强化压力下的形变量越大,应变速率对奥氏体不锈钢力学性能的影响随形变量的增加而逐渐减弱。

应变速率对奥氏体不锈钢应变诱发α′-马氏体转变和力学行为的影响

以5×10^(-4)s^(-1)(慢速拉伸)和2×10^(-2)s^(-1)(快速拉伸)2种应变速率对EN1.4318(AISI301L)和EN1.4301 (AISI304)冷轧和退火态奥氏体不锈钢板试样(厚度为2mm)进行了拉伸实验,用TEM,SEM以及XRD分析应变诱发α′-马氏体转变机制和转变量.结果表明,相同应变速率拉伸时,EN1.4318钢的α′-马氏体转变量远远高于EN1.4301钢;快速拉伸可明显抑制冷轧EN1.4318钢中α′-马氏体的转变速率,降低硬化率.在均匀变形阶段,2种钢中α′-马氏体的转变速率和转变量比慢速拉伸时有不同程度地下降,而且冷轧比退火态更显著.奥氏体稳定性较高的EN1.4301钢,常温拉伸α′-马氏体转变饱和值低于0.3(体积分数),增强效果小,快速拉伸导致较快发生塑性失稳和均匀延伸率大幅降低;而对于层错能低、α′-马氏体饱和值很高的EN1.4318钢,快速拉伸则使抗拉强度大幅降低,而且下降的幅度随α′-马氏体饱和值增加而增大;EN1.4318钢的应变速率敏感性远大于EN1.4301钢.

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。

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。

焊接工艺对奥氏体不锈钢焊接接头应变强化性能的影响

用等离子焊、埋弧焊和气体保护焊对不同厚度的国产304不锈钢板进行焊接,通过三种工艺焊接接头应变强化前后的力学性能和组织变化来研究焊接工艺对奥氏体不锈钢焊接接头应变强化性能的影响。结果表明:板材和三种焊接接头应变强化后,屈服强度均增大,板材和等离子焊焊接接头的其他性能基本不受影响,埋弧焊和气体保护焊的焊接接头的塑性有不同程度的降低,低温冲击韧性有一定幅度变化,组织都没有发生马氏体相变;焊缝余高和焊缝一次返修对气体保护焊焊接接头的应变强化性能基本没有影响。

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。

应变强化对奥氏体不锈钢高温疲劳行为的影响

采用应变强化技术制造奥氏体不锈钢制压力容器可以使容器壁厚减薄,是实现压力容器轻型化设计的有效手段。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S31603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。研究结果表明,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响应均小于固溶态材料;由于材料在试验温度下发生动态应变时效,其平均应变表现出突然阶跃行为,且应变强化前后材料出现平均应变阶跃次数大致相同;室温下不超过10%的应变强化预变形处理能有效提高材料的屈服强度,减小材料的循环应变幅响应,延长材料的高温疲劳寿命,从而为应变强化奥氏体不锈钢制容器在高温环境下的可靠运行提供保证。

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。

应变强化奥氏体不锈钢焊接接头冲击试验研究

为了研究9%应变强化工艺对焊接接头冲击性能的影响,给应变强化奥氏体不锈钢焊接接头冲击试验指标的制定提供依据,以奥氏体不锈钢S30408为研究材料,对9%应变强化前、后焊接接头焊缝区和热影响区的标准尺寸和5mm厚小尺寸夏比V型缺口试样进行-196℃低温冲击试验.研究结果表明:9%应变强化对冲击功与侧向膨胀量在统计学上无影响;试样的冲击功与侧向膨胀量均保持线性关系,且线性关系在应变强化前、后在统计学上无明显差异;除焊缝区标准试样外,其余试样在冲击功满足指标要求时,对应的侧向膨胀量也能满足指标要求;应变强化前、后小尺寸试样冲击功与标准尺寸试样冲击功比值在焊缝区内均大于0.5,在热影响区内均等于0.5.

奥氏体不锈钢制压力容器应变强化工艺研究及安全性分析

根据欧盟EN 13458-2:2002中关于奥氏体不锈钢制压力容器应变强化标准确定了材料的许用应力,设计并制造了奥氏体不锈钢制试验容器,合理制定了焊接工艺并对容器焊缝进行了射线和渗透检测,所有焊缝质量均达到Ⅰ级合格。通过自行开发的精确自动加压设备对试验容器实施应变强化工艺,通过测量应变强化后容器周长变化量来计算强化容器的永久变形量,并与理论值进行了比较,两者吻合较好。对应变强化容器进行了爆破试验,以确定其爆破压力和爆破部位,并测量容器启裂部位的周长变化量和壁厚减薄量,检验强化容器的塑性储备。探究了应变强化容器极限承载压力和爆破安全系数并讨论了其安全性。

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。

微米/纳米复合结构奥氏体不锈钢形变机理及应变硬化行为

对Fe-17Cr-7Ni采用77%冷轧和700℃退火100 s工艺获得纳米晶（〈100 nm）/超细晶（100~500 nm）和部分粗晶（〉1μm）组成的微米/纳米复合结构奥氏体组织,其平均晶粒尺寸为500 nm。通过拉伸实验研究了微米/纳米复合结构奥氏体不锈钢力学性能、形变机制和应变硬化行为。结果表明这种微米/纳米复合结构奥氏体不锈钢屈服和抗拉强度分别为939 MPa和1098 MPa,伸长率高达38.8%。分析应变硬化率曲线表明拉伸过程中形变分为四个区间。结合透射电镜组织观察结果,发现形变过程中粗晶奥氏体先转化为形变马氏体,随后纳米晶/超细晶奥氏体转变为形变孪晶,表明这种高强度高塑性微米/纳米复合结构奥氏体不锈钢形变机制为TWIP和TRIP复合形变机制。

奥氏体不锈钢在恒应变疲劳过程中的组织结构研究

本文系统地观察了奥氏体不锈钢在恒应变疲劳过程中组织结构的变化规律。与纯铜单晶体相比,不锈钢的循环应力应变曲线没有水平阶段,这与其具有较低的层错能有关。在不同疲劳应变幅下进行疲劳试验时,奥氏体内的位错亚结构相应发生变化,组织结构的演变过程与循环应力应变曲线的变化规律相呼应。

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。

304奥氏体不锈钢应变诱发马氏体的研究

用X射线衍射(XRD)、磁针法、力学性能和显微分析研究了商用热轧态和冷轧态304奥氏体不锈钢在不同变形方式下应变诱发马氏体的行为。结果表明:304钢热轧态由于存在多量碳化物和组织不均匀性,其奥氏体稳定性低,拉伸应变诱发马氏体量达40%,冷轧(固溶)态组织均匀、奥氏体稳定性高,拉伸应变诱发马氏体量仅9%;304冷轧板材扩孔、杯突成形时其切向和径向的二向拉应力有助于γ→α'转变,诱发马氏体量(30%～35%)多于单向拉应力的拉伸诱发马氏体量(8%～10%)。对于冷轧304不锈钢,在20%以上拉伸工程应变的驱动下才能较明显地诱发马氏体。304明显的强化效果(△σ达320～400 MPa)来自应变硬化和马氏体相变强化两方面:冷轧304钢的强化主要来自应变硬化本身;热轧304钢的强化不光有应变硬化的贡献,还有应变诱发的多量马氏体的重要贡献,而且后者是主要的。

应变强化奥氏体不锈钢压力容器的变形规律研究

在对常规压力容器实施应变强化工艺过程中,容器将经历弹性变形和塑性变形两个阶段。当容器发生塑性变形时,其变形量对压力的响应较为敏感,因而合理控制容器的变形量是实施应变强化工艺的关键环节之一。在压力容器主要部位粘贴电阻应变计,测定相应部位的弹性变形量与逐级施加的应变强化压力之间的关系,并将得到的变形量数据作为后续验证有限元计算可靠性的依据。在塑性变形阶段,通过有限元分析容器的圆筒、封头和接管周边区域在应变强化压力作用下的整体变形规律,并研究各部位发生最大变形量的位置。结果表明:容器的局部最大变形量为8.24%,出现在接管根部内侧,符合现行标准规定的局部最大变形量不超过10%的要求。

应变速率对铸态低镍奥氏体不锈钢热塑性的影响

通过高温拉伸试验研究了应变速率对Cr15Mn9Cu2NiN和Cr17Mn6Ni4Cu2N两种铸态奥氏体不锈钢热塑性的影响。结果表明:Cr15Mn9Cu2NiN钢的显微组织为单一奥氏体,而Cr17Mn6Ni4Cu2N钢中有残留δ铁素体分布在奥氏体晶界和晶粒内部;将应变速率由0.1s-1升高至10s-1后,变形时奥氏体晶界处增加的应力集中的作用与减少晶界滑移的作用相抵消,因此对Cr15Mn9Cu2NiN钢的热塑性无明显影响;但Cr17Mn6Ni4Cu2N钢的显微组织中存在较多的奥氏体/铁素体相界,这些相界在高应变速率时会变成位错源迅速产生大量的位错,从而提高奥氏体和铁素体强度,降低铁素体处的应力集中作用,使其断面收缩率提高10%以上。