奥氏体不锈钢因其具有良好的塑性、出色的高低温韧性、优异的抗腐蚀性而在压力容器和管道等承压设备领域应用广泛。但奥氏体不锈钢屈服强度较低,相应地,以材料的屈服强度为基准所确定的材料许用应力值也较低,因此不能充分发挥奥氏体不锈钢的承载能力,使得设计的容器壁较厚,设备笨重,制造和运输成本高。尽管奥氏体不锈钢屈服强度较低,但其屈强比小,塑性裕度较大,因此,设法提高材料的屈服强度是减薄容器壁厚,提高材料利用率,实现压力容器轻型化设计与制造的关键。通过应变强化技术,使材料一部分发生塑性变形,可以提高奥氏体不锈钢的承载能力,节省材料,降低运输能耗。
现有研究基于应变强化技术,通过试验研究了不同应变量和应变速率对奥氏体不锈钢力学行为的影响规律,为该技术在压力容器中的工程应用提供了依据。
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百分之十左右,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,在百分之十左右的形变量下,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PLC效应。
利用奥氏体不锈钢应变强化技术能有效提高材料利用率,节约原材料,实现压力容器轻型化设计与制造,经济和社会效益显著。通常将奥氏体不锈钢的应变量控制在百分之十以内,可以确保压力容器安全且不降低其寿命与可靠性。此技术目前已经被部分发达国家的权威标准机构采纳。奥氏体不锈钢强度低但塑韧性好。通过应变强化,可以显著提高材料的屈服强度,由此使压力容器设计壁厚大幅减薄。当最大形变量控制在百分之十左右,由形变产生的马氏体量很少,没有明显降低材料的塑性和韧性。在准静态应变速率范围内,材料的力学参数对应变速率不敏感。但是当应变速率过低,在形变过程中会产生锯齿形屈服现象,从而会对材料的塑性性能造成不利影响。(欣然)