摘要：奥氏体不锈钢材料韧性好，但屈服强度低，通过强化技术应变能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力，使容器壁厚变薄，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、耐腐蚀、应力腐蚀开裂和氢脆的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，轻型压力容器为了实现安全与经济的绿色制造的概念。
关键词：奥氏体不锈钢；应变强化；轻型化设计；压力容器；应力腐蚀开裂；氢脆
1前言
奥氏体不锈钢压力容器用于应变强化处理，在容器中有一定数量的塑性变形，从而提高材料的屈服强度和允许的应力，采用压力容器的制造过程称为应变硬化容器。与传统的压力容器制造工艺相比，当设备的安全系数保持不变时，集装箱的应变强化技术制造可以显著降低容器壁厚，减少原材料消耗，降低集装箱的重量。
2对奥氏体不锈钢材料的应变强化基本原理的分析
奥氏体不锈钢的应变强化工艺具有一定的工作原理。如图1所示，图是奥氏体不锈钢单向拉伸示意图。从图可以看出，当材料的形变超出了规范的材料屈服强度，这是卸载后的σk。如果在相应的负载，如果材料应力达到σk水平，这个时候应该是弹性状态，σk代表了材料的屈服强度，并与σQ2相比，σk值远远超出了σQ2。
此外，也有不稳定的奥氏体不锈钢，这种不锈钢由于应变能产生马氏体，这使得工作硬化率随应变的增加而增加，并不断地延长，并通过人为地延长至最大值。同时，随着马氏体变异体的最优形式的形成，应力出现在浓度和松弛现象中，最后是相变引起的现象。这与文中“基于应变强化的奥氏体不锈钢压力容器的设计思路”非常相似。在处理稳定奥氏体不锈钢的过程中，环境在室温下进行，所以在加工过程中没有形成马氏体组织，但存在一些缺陷。在状态中细化晶粒，如晶格畸变和位错密度增加，会产生硬化效应，导致奥氏体不锈钢的实际作用不能充分显示。奥氏体不锈钢由于有很强的加工硬化能力，所以这种不锈钢在当前被广泛应用在桥梁和建筑领域，和欧洲一些国家，一直是这种材料的应用领域的压力容器，并取得了一些结果。
3奥氏体不锈钢应变强化技术的基本情况和强化过程
3.1使用要求
上面的几个标准加强技术使用应变对奥氏体不锈钢的使用提出了具体要求，总体要求是：（1）应变强化技术适用于圆柱的主要电影压力或球形压力容器和容器壁厚一般不超过30毫米；（2）选用奥氏体不锈钢材料，采用固溶体处理，延长率不低于35%；（3）加固材料的永久性塑性变形不超过10%；（4）对于常见的304型和316型奥氏体不锈钢，在非焊接区加固后不应进行冲击试验。但AS1210Supp21999（以下简称AS1210S2）与EN13458-2相比，有一个微小的区别，在于：（1）AS1210S2，指出加强材料屈强比σk/σb≤0.8与EN13458-2相比，新的屈服强度σk≤σQ2+200MPa，根据实验数据和计算结果表明，不同的区别只是表达的方式，实际需求几乎是相同的；（2）AS1210S2中提到的增强型容器的最大使用温度为400，而en13458-2中容器的最高温度只有50，只适用于低温条件。
3.2强化过程
强化过程在室温下进行。在平面试样拉伸的情况下，具体的加固过程如下：（1）加载：应变速率会迅速增加塑性不稳定性和伸长率。研究表明，10-4s-1量级的应变率可以代表在实验室容易控制和实现的应变率范围内慢应变的行为特征。因此，测试拉伸速率控制在10-4s-1量级左右，基本上可以忽略加载速度对测试结果的影响。（2）压力：当压力加强与加载速度保持一段时间，直到应变率降到每小时变化不到0.1%（对于容器，保持时间必须大于1h）。（3）卸载：压力去除后，记录试样的抗拉强度和拉伸的数量一般不超过10%。
4奥氏体不锈钢应变强化前后性能对比
4.1强度
研究表明，在室温条件下，奥氏体不锈钢不仅具有较高的屈服强度，而且在高温下也能保持较高的屈服强度。在2000h时效处理后，强化奥氏体钢的力学性能非常小。在蠕变实验中，证实了304型奥氏体钢在强化后的室温下的性能，在一定程度上仍能保持在一定的温度范围内，在一定的温度范围内无法表现出应变硬化的优越性。在304型奥氏体钢的疲劳试验中，发现疲劳极限随屈服强度的增加而增加，无论材料是否在腐蚀环境中。
4.2应变诱发马氏体相变
为亚稳定的奥氏体不锈钢组织，在塑性变形下的Md温度（变形诱导马氏体的最高温度）发生时，会导致变形引起的马氏体相变，从而提高奥氏体不锈钢的强度和韧性。在室温下304L和316L奥氏体不锈钢材料在实际工程中进行了一系列拉伸试验，研究了不同形式的变量和变形诱导马氏体尺寸之间的关系。研究表明，304L不锈钢随着变形量的增加，马氏体的形成和硬度增加，而奥氏体不锈钢316L不锈钢接近稳定，马氏体尺寸的形成和硬度的变化较小。对304不锈钢的拉伸性能进行了改进，并加强了奥氏体不锈钢的性能。
4.3抗腐蚀能力
在早些时候的一些观点，应变强化奥氏体不锈钢压力容器的耐腐蚀性能将下降，很多以前不允许测试压力的压力容器规范工作压力的50%以上，它已被证实在铁素体钢容器），因此没有应变强化技术应用于压力容器的可行性。但厚度为15mm不锈钢板304和316，浓度为40%的CaCl2溶液沸腾，使两个样品分别产生0、2.5%、5%和10%的因变量，结果表明材料失效时间随因变量变化小。结论：当变量应控制在0.2%～10%之间时，奥氏体不锈钢压力容器性能影响的耐蚀性非常小，即使在试验中发现，也能提高其抗应力腐蚀能力。通过一般的腐蚀试验和颗粒间腐蚀试验，发现18后奥氏体钢无不良反应。这一现象表明，在钝化状态下，强化奥氏体钢表面的耐蚀性不会受到影响。在活性状态下（如-H2SO4弱氧化溶液），强化奥氏体钢的腐蚀敏感性会增加，所以在18-8不锈钢加固后不适合在这种环境下使用。在酸性和中性的氯化物环境中，当变量不超过10%时，没有不利影响。
5结束语
本文讨论了容器材料的材料应变强化性能的变化，并对该容器的焊缝和非连续部分的性能变化进行了进一步的研究。应变强化奥氏体不锈钢材料后仍保持高可塑性，塑料容器备用容量是好的，其爆破断裂特征、塑性指数的变化和最小爆破安全系数表明，该测试与奥氏体不锈钢压力容器实现的应变硬化处理是可行的，可以保证安全的容器应变强化。压力容器的光是安全、经济、经济、安全、资源保护理念的体现，已成为压力容器的主导发展方向。
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论文作者:林皖兵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/5/30
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