奧氏體不銹鋼室溫蠕變預(yù)測方法及其在深冷容器應(yīng)變強(qiáng)化中的應(yīng)用.pdf

1、蠕變是金屬材料在工程應(yīng)用中常見的一種現(xiàn)象，對實(shí)際應(yīng)用中材料的影響一般出現(xiàn)在較高溫度下。當(dāng)環(huán)境溫度為室溫時(shí)，蠕變通常只有在應(yīng)力水平大于金屬材料屈服強(qiáng)度時(shí)才表現(xiàn)得足夠顯著。這一工況則很少在室溫下的實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)，因此歷史上對于室溫蠕變的研究主要停留在理論研究和材料試驗(yàn)階段。但隨著精密測量技術(shù)的發(fā)展和對結(jié)構(gòu)件的精度要求日益提高，以及新工藝、新結(jié)構(gòu)的發(fā)展，室溫蠕變中材料的變形逐漸為人們所關(guān)注和利用。應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)是奧氏體不銹鋼深冷容器輕量化的重要

2、手段之一。應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)在設(shè)計(jì)中主動考慮了奧氏體不銹鋼在低溫下的性能提升及其易發(fā)生顯著室溫蠕變的特性，來優(yōu)化材料力學(xué)性能，保障容器在加工過程中的結(jié)構(gòu)、尺寸穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)容器在深冷環(huán)境下的輕量化、提高容重比、減少制造運(yùn)行能耗的目的。由于室溫蠕變是強(qiáng)化過程中材料形變的主要構(gòu)成部分，因此對于奧氏體不銹鋼深冷容器應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)，了解奧氏體不銹鋼的室溫蠕變特性，并將理論和材料試驗(yàn)研究的結(jié)果用于計(jì)算和預(yù)測應(yīng)變強(qiáng)化過程中關(guān)鍵的參量，諸如保壓時(shí)間、總形變

3、量等等，具有非常重要的意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析了金屬室溫蠕變的特性、基本規(guī)律及其相關(guān)理論模型，研究了金屬材料室溫蠕變的應(yīng)變弛豫機(jī)制，揭示了金屬室溫蠕變中加載速率、應(yīng)變率、保載時(shí)間、應(yīng)變量等參數(shù)的變化趨勢；對含有微觀參數(shù)的奧氏體不銹鋼室溫蠕變本構(gòu)方程進(jìn)行了解構(gòu)和重組，建立了弛豫時(shí)間、保載應(yīng)力等宏觀參數(shù)與微應(yīng)變、應(yīng)變速率之間的關(guān)聯(lián)，并針對奧氏體不銹鋼室溫蠕變特性建立了基于宏觀參數(shù)的描述方法，基于經(jīng)典金屬本構(gòu)模型提出了蠕變

4、初始參數(shù)的計(jì)算方法。⑵利用金屬拉伸試驗(yàn)驗(yàn)證了典型金屬本構(gòu)關(guān)系的適用性，基于此本構(gòu)關(guān)系建立了奧氏體不銹鋼室溫蠕變本構(gòu)預(yù)測模型，開展了不同保載應(yīng)力、蠕變時(shí)間下的蠕變應(yīng)變與應(yīng)變率試驗(yàn)研究，對建立的室溫蠕變本構(gòu)預(yù)測模型進(jìn)行了驗(yàn)證；基于驗(yàn)證的結(jié)果，進(jìn)一步揭示了保載應(yīng)力、蠕變應(yīng)變、蠕變應(yīng)變速率、弛豫時(shí)間等參數(shù)之間的關(guān)系。⑶剖析了深冷容器應(yīng)變強(qiáng)化工藝流程的過程參數(shù)獲取方法及其室溫蠕變現(xiàn)象的特征，梳理并討論了當(dāng)前應(yīng)變強(qiáng)化工藝及其保載階段檢測的預(yù)測問題與

5、現(xiàn)狀，建立了奧氏體不銹鋼室溫蠕變本構(gòu)模型與實(shí)際強(qiáng)化工藝中保載過程參數(shù)的關(guān)聯(lián)；通過工業(yè)規(guī)模試驗(yàn)容器的應(yīng)變強(qiáng)化和蠕變保載試驗(yàn)，結(jié)合非線性力學(xué)模擬仿真，驗(yàn)證了預(yù)測模型的合理性和適用性；并進(jìn)一步通過不同企業(yè)多臺深冷容器產(chǎn)品的應(yīng)變強(qiáng)化試驗(yàn)對預(yù)測模型的普適性進(jìn)行了驗(yàn)證，提出了一系列優(yōu)化奧氏體不銹鋼深冷容器應(yīng)變強(qiáng)化工藝的方法。⑷通過系統(tǒng)的材料與容器蠕變試驗(yàn)，對比分析了蠕變應(yīng)力限時(shí)增長與蠕變應(yīng)力恒載荷保載之間的區(qū)別，獲得了不同保載方式下材料與容器的蠕變