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奥氏体不锈钢低温容器应变强化研究

张文建  
【摘要】:奥氏体不锈钢具有良好的塑性、韧性,常用于制造低温容器。但是其屈强比低,而应变强化技术可充分利用奥氏体不锈钢材料的塑性,提高其屈服强度。与常规设计方法相比,采用应变强化技术设计可减小容器设计壁厚,减轻容器重量,降低重容比,减少容器制造与运输过程中的能耗,实现低温容器的绿色制造。 本文通过对国产奥氏体不锈钢06Cr19Ni10力学性能测试,研究应变强化中材料力学性能的影响因素,为应变强化工艺提供指导;分析考虑材料应变强化和结构变形的前提下,薄壁圆筒容器承受内压情况的塑性失稳行为,证明了应变强化过程不影响结构的极限承载能力;对奥氏体不锈钢低温容器应变强化过程进行有限元分析和理论计算,模拟了应变强化处理的压力容器的应力情况和变形情况,计算了容器的爆破压力和安全裕度,为奥氏体不锈钢低温容器应变强化设计及实验提供指导。 本文主要研究内容和研究结论概括如下: (1)国产奥氏体不锈钢06Cr19Ni10力学性能测试。第一,拉伸试件的几何尺寸会影响材料的塑性指标;第二,预应变越大,材料的屈服强度越高、屈强比越高、延伸率越小;第三,保压处理可以提高材料的屈服强度、并略微降低材料的抗拉强度和断后伸长率;第四,较快的变形速度会导致材料屈服强度的提高、抗拉强度和断后伸长率的降低; (2)考虑材料应变强化的压力容器极限承载能力分析。理论分析和数值分析及实验证明在考虑应变强化和结构变形的情况下,压力容器的承载能力与加载路径无关,即应变强化不改变结构的承载能力。应变强化后压力容器的设计按强化前的尺寸进行设计是合理的; (3)奥氏体不锈钢低温容器应变强化非线性数值模拟。所建立的复杂结构低温容器应变强化过程的数值分析结果与试验值吻合较好,该模型可用于复杂结构应变强化低温容器的应力应变分析;并根据不同预应变下的安全裕度,针对国产奥氏体不锈钢材料屈服强度较高的特点,结合国外应变强化设计方法,建议国产奥氏体不锈钢低温容器应变强化处理中实际容器筒体远离结构不连续区最大不超过5%塑性变形。


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