不锈钢球形封头压力容器应变强化技术安全性_河北喜利得管道设备有限公司
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不锈钢球形封头压力容器应变强化技术安全性

发布日期:2017-12-26 发布者:喜利得管道

  应变强化压力容器具有轻型化、容重比低、应力分布均匀化、疲劳性能提高等优点,使得工艺相对简单、成本减少的应变强化技术得到了更多的关注,同时其安全性也值得分析。

  应变强化以牺牲材料塑性为代价来提高其屈服强度。应变强化前后奥氏体不锈钢球形封头压力容器性能会发生变化。

  (1)强度比较

  应变强化后的奥氏体不锈钢不仅在室温下有较高的屈服强度,在高温下也同样能保持较高的屈服强度。对应变强化后的奥氏体不锈钢在300℃,350℃下经过2000h时效处理后发现其力学性能变化甚微。在蠕变性能的试验中证实,304型奥氏体不锈钢在室温下强化后提高的强度在550~650℃的高温下仍能在一定程度上得到保留,超过这一温度范围应变强化效果消失。在对304型奥氏体不锈钢的疲劳试验中则发现,无论材料是否处于腐蚀性的环境中,其疲劳极限大致随其屈服强度的增加而增加。

  (2)应变诱发马氏体相变比较

  奥氏体不锈钢组织是亚稳定的,当其在温度Md(形变诱发马氏体的最高温度)以下发生塑性变形时,会导致诱发马氏体相变,从而能提高原有奥氏体不锈钢的强度和韧性。应变强化后,由于奥氏体不锈钢形变诱发马氏体量较多,其拉伸性能得到了提高,从而强化了奥氏体不锈钢。

  (3)当应变量控制在0.2%~10%之间,对奥氏体不锈钢制压力容器的耐腐蚀性能影响很小,在部分试验中甚至发现可以改善其抗拉应力腐蚀性能。一般性腐蚀试验和晶间腐蚀试验发现均未对强化后的奥氏体不锈钢产生不利影响。

  (4)应力开裂腐蚀比较

  奥氏体不锈钢在某些环境介质(尤其是热的氯化物溶液)中,会产生应力腐蚀开裂(SCC)。研究表明:经预应变处理后,亚稳态奥氏体不锈钢的局部腐蚀性和SCC敏感性与马氏体相变量存在对应关系,马氏体相的存在会影响球形封头容器的抗应力腐蚀性能。304不锈钢在-70℃条件下拉伸变形后,当拉伸变形量小于11%时,其应力腐蚀破裂敏感性随变形量的增加而减小;当拉伸变形量为11%~21%时,其应力腐蚀破裂敏感性随变形量的增加而增大。所以对应于国外应变强化标准要求的最大10%预应变量,材料的应力开裂腐蚀是可以控制的。

  (5)氢脆比较

  通过对304L型不锈钢进行的一系列试验结果表明:马氏体的影响是复杂的,氢致塑性损减并不是简单地与马氏体的体积分数相关。研究预应变对304L型奥氏体不锈钢氢脆敏感性结果表明:当预应变形量在1%~10%时氢脆敏感性不大。

  综上所述,应变强化可以导致形变诱发马氏体相变而提高奥氏体不锈钢的强度,但是控制好预应变量,按照欧盟EN13458的最大10%预应变,是能够保证其抗腐蚀能力的,而奥氏体不锈钢的氢脆敏感性也不会很大。

  (6)安全裕度比较

  在《奥氏体不锈钢深冷容器室温应变强化技术》中,分别按GB150和应变强化方法设计球形封头容器并进行爆破试验:强化后容器常温下的安全裕度(爆破压力与设计压力比值)在2.09~2.49之间,说明应变强化处理后的容器仍有一定的强度储备。考虑到材料的低温增强,在低温(-196℃)下奥氏体不锈钢抗拉强度可达常温下抗拉强度的2倍以上。因此,在低温下工作时,容器的安全裕度达到4.18~4.98。说明应变强化后压力容器的安全裕度是可以保证的。


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