CN107739815B - 一种优化的奥氏体不锈钢深冷容器应变强化保载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及奥氏体不锈钢深冷容器应变强化技术，旨在提供一种优化的奥氏体不锈钢深冷容器应变强化保载方法。包括：通过单轴拉伸试验获得奥氏体不锈钢应力应变本构曲线的原始数据，建立σ–ε曲线；重复试验在设定应力σk保持载荷，记录应变量εt；在σ–ε曲线上寻找与总应变量对应的应力值σt；对奥氏体不锈钢深冷容器加载至应力值σt后，立刻下降至设定应力σk，然后维持至应变速率降至应变强化控制的目标值。本发明在实施实际的奥氏体不锈钢深冷容器应变强化保载操作过程中，在不会产生比常规方法更大变形量的同时缩减了保载的时间，提高了保载效率和安全性。该方法所用的时间少于目前技术所耗时间，其所产生的应变不大于目前技术所产生的应变。
Description
技术领域
本发明涉及奥氏体不锈钢深冷容器应变强化技术的优化，特别涉及一种优化的奥氏体不锈钢深冷容器应变强化保载方法。
背景技术
奥氏体不锈钢有着明显的室温蠕变特性，即在室温下，当材料长时间承受一稳定的高于屈服强度的应力时会发生较为明显的室温蠕变。例如在奥氏体不锈钢制应变强化型深冷容器的应变强化工艺处理中，材料在强化压力下保载1小时以上，保载过程中就会出现室温蠕变现象，整个结构逐渐膨胀，最终产生的蠕变量可达1％～2％。
蠕变过程中，蠕变应力的变化会对后续蠕变特征造成很大的影响。假设蠕变应力临时增大，并在有限的时间之后恢复原先的设定值，则整个蠕变过程产生的蠕变应变以及相应的消耗时间，将与原先蠕变应力设定值一直保持后导致的结果有所不同，这些不同也会对其后的材料或结构剩余性能带来一定影响。相关国外标准如ASME BPVC VIII-I附录44、EN 13458-2:2002附录C、ISO 21009-2:2006附录C和AS 1210-2010附录L，都在强化工艺中对恒载荷保载方式进行了规定，其中要求加载完成后维持强化压力不变，此时容器将在恒定的载荷下发生室温蠕变，直至内容器筒体最大环向应变速率在结束前规定时间段内降至标准要求的0.1％/h以下方可停止加载。其中，欧盟标准则提出了若采用短时间提高压力的做法，即在恒载荷加载最开始的半小时至1小时阶段，提高5％的压力，那整个恒载荷加载的时间将被缩短。此时，新的保载过程是由前半部分提高的载荷保载与后半部分原载荷保载组成，比原先仅采用原载荷保载时间更短。ASME BPVC VIII-I附录44中也存在相应的规定。
在实际生产中，根据该新的保载方式进行保载时，保载时间虽然有所缩短，但容器最终的总变形量比常规保载方式增大20～30％；同时，新的保载方式中，恒载半小时至1小时对于后续保载时效的影响没有差别，意味着保载时间仍有冗余。若能依据常温蠕变理论，在不产生更大变形量的同时缩减保载时间，则可提高保载的效率和安全性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种优化的奥氏体不锈钢深冷容器应变强化保载方法。
为解决该技术问题，本发明的技术方案是：
提供一种优化的奥氏体不锈钢深冷容器应变强化保载方法，包括以下步骤：
(1)依据标准GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，进行奥氏体不锈钢材料的单轴拉伸试验；试验过程采用力控制，获得奥氏体不锈钢应力应变本构曲线的原始数据，记为σ–ε曲线；
(2)依据所述标准GB/T 228.1-2010，对奥氏体不锈钢材料再次进行室温单轴拉伸试验；试验过程采用力控制，以与步骤(1)相同的速率拉伸试样到设定应力σk后保持载荷；当应变速率降至应变强化控制的目标值时，结束保载，并记录此时材料的总应变量εt；
其中：设定应力记为σk，MPa；应变速率是应变强化控制的目标值，是针对室温蠕变结束时人为设定希望达到的应变率，当应变率低于或等于时就结束保载；
(3)在σ–ε曲线上，寻找与试验保载完成时材料的总应变量εt对应的应力值σt；
(4)对以与试样相同材料制备的奥氏体不锈钢深冷容器执行优化后的应变强化保载操作：将应力水平加载至应力值σt后，立刻将应力水平下降至设定应力σk，然后维持应力不变直，至应变速率降至应变强化控制的目标值
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明在实施实际的奥氏体不锈钢深冷容器应变强化保载操作过程中，在不会产生比常规方法更大变形量的同时，缩减了保载的时间，提高了保载的效率和安全性。该方法所用的时间少于目前技术所耗时间，其所产生的应变不大于目前技术所产生的应变。
附图说明
图1为奥氏体不锈钢在拉伸与保载过程应力应变参数的关系示意图。
具体实施方式
下面结合具体实例，对本发明所提出的奥氏体不锈钢深冷容器应变强化保载工艺的优化方法做进一步描述：
(1)依据标准GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，通过奥氏体不锈钢材料的单轴拉伸试验，试验过程采用力控制，获得奥氏体不锈钢应力应变本构曲线的原始数据，记为σ–ε曲线；
(2)依据所述标准GB/T 228.1-2010，对奥氏体不锈钢材料再次进行室温单轴拉伸试验，试验过程采用力控制，以与上一步相同的速率拉伸试样到设定应力σk后保持载荷，当应变速率降至应变强化控制的目标值时，结束保载，并记录此时材料的总应变量εt。
其中：
设定应力记为σk，MPa，此处按假设σk＝410MPa；
εt为试验保载完成时材料的总应变量；
应变速率记为是应变强化控制的目标值，是针对室温蠕变结束时人为设定希望达到的应变率，即当应变率低于或等于时就结束保载；此处假设
(3)在σ–ε曲线上，寻找与总应变量εt对应的应力值σt；
(4)优化后的应变强化深冷容器保载工艺为：
对以与试样相同材料制备的奥氏体不锈钢深冷容器执行应变强化保载，将应力水平加载至应力值σt，随后立刻将应力水平下降至设定应力值410MPa，然后维持应力不变直至应变速率降至标准要求的2.78e-7(即应变强化控制的目标值)。
目前，已有相关标准对奥氏体不锈钢应变强化作出技术要求，例如澳大利亚标准AS 1210-2010、国际标准ISO 20421-1:2006和美国标准ASME BPVC XII:2013。另外国内标准GB/T 18442.7《固定式真空绝热深冷压力容器第7部分：内容器应变强化技术规定》报批稿中也有涉及。以上这些标准在关于保载部分的技术要求都是一致的，而且国内已通过容标委评审、具有应变强化生产资质的企业采用的也都是这一系列标准。这些标准中都对不同牌号的奥氏体不锈钢的强化用设定应力都做了具体数值的规定，因此，在实际运用中，设定应力σk可根据应变强化相关的技术标准取值，不同的奥氏体不锈钢牌号会有不同的取值。
应变速率可根据应变强化相关的技术标准进行测量计算。设定应力σk取值和应变速率的测量计算方式均属现有公知技术，本领域技术人员对此熟知，本发明不再赘述。
经重复操作验证，本发明所述奥氏体不锈钢深冷容器应变强化保载工艺的优化方法可比常规保载工艺节省30分钟左右，保载过程产生的应变量不会超过常规方法所产生的应变量。
Claims (1)
1.一种优化的奥氏体不锈钢深冷容器应变强化保载方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)依据标准GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，进行奥氏体不锈钢材料的单轴拉伸试验；试验过程采用力控制，获得奥氏体不锈钢应力应变本构曲线的原始数据，记为σ–ε曲线；
(2)依据所述标准GB/T 228.1-2010，对奥氏体不锈钢材料再次进行室温单轴拉伸试验；试验过程采用力控制，以与步骤(1)相同的速率拉伸试样到设定应力σk后保持载荷；当应变速率降至应变强化控制的目标值时，结束保载，并记录此时材料的总应变量εt；
其中：设定应力记为σk，MPa；应变速率记为 是应变强化控制的应变速率目标值，是针对室温蠕变结束时人为设定希望达到的应变速率；当低于或等于时就结束保载；
(3)在σ–ε曲线上，寻找与试验保载完成时材料的总应变量εt对应的应力值σt；
(4)对以与试样相同材料制备的奥氏体不锈钢深冷容器执行优化后的应变强化保载操作：将应力水平加载至应力值σt后，立刻将应力水平下降至设定应力σk，然后维持应力不变，直至应变速率降至应变强化控制的目标值
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