1.一种奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统,其特征在于包括:进水装置,用以提供水源;增压装置,其通过单向阀与进水装置相连接,用以将进水增压压入待加工的奥氏体不锈钢低温容器中;液压动力装置,其与增压装置相连接,用以驱动增压装置工作;测量控制装置,该测量控制装置包括具有储存有过程参数功能的处理器、设置于增压装置出口高压管路上的压力传感器以及设置在待加工容器壁上的周长位移传感器,所述压力传感器用以采集并向处理器传递加工容器内的压力参数信号,所述周长位移传感器用以采集并向处理器传递加工容器的周长变化量参数信号,所述测量控制装置用以控制进水装置、增压装置及液压动力装置对加工容器进行应变强化加工。
2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统,其特征在于,所述的应变强化系统还包括冷却装置,该冷却装置连接于液压动力装置上,用以冷却液压动力装置中的液压介质。
3.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统,其特征在于,所述测量控制装置还包括二位二通电液阀及压力表,所述二位二通电液阀与处理器电连接,以接收控制信号;所述压力表设置于增压装置出口管路上。
4.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统,其特征在于,所述处理器包括控制器和计算机,其中计算机用以设定并储存过程参数,控制器用以将计算机所储存的过程参数与系统实际参数进行数据比较和逻辑判断,再对进水装置、增压装置及液压动力装置进行控制。
5.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统,其特征在于,所述进水装置包括流量计及进水泵,其中流量计与处理器电连接,以向所述处理器传递流量参数信号,进水泵与处理器电连接,以接收控制信号。
6.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统,其特征在于,所述增压装置包括由处理器控制的二位四通换向阀,增压装置通过该二位四通换向阀与液压动力装置相连接。
7.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统,其特征在于,所述液压动力装置包括油箱及与增压装置泵连接的液压泵,其中液压泵与处理器电连接,以接收控制信号。
8.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统,其特征在于,当所述系统压力过载时,能够自动停机卸载并发出报警信号,报警压力可在处理器中设定。
《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》涉及低温压力容器设计制造领域,尤其涉及一种低温容器应变强化系统及使用该系统所生产的奥氏体不锈钢低温容器。
图1为奥氏体不锈钢低温容器强化加压控制系统流程图;
图2为使用《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》所述的应变强化系统制得的奥氏体不锈钢低温容器。
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1水源 |
11单向节流阀 |
21计算机 |
2过滤器 |
12二位二通电液阀 |
22控制器 |
3流量计 |
13压力表 |
23打印设备 |
4进水泵 |
14蓄能器 |
24单向阀 |
5压力表 |
15二位四动电液换向阀 |
25单向节流阀 |
6溢流阀 |
16溢流阀 |
26待加工容器 |
7增压器 |
17液压泵 |
27内容器 |
8单向阀 |
18油箱 |
28夹层 |
9压力表 |
19冷却泵 |
29外容器 |
10压力传感器 |
20冷却器 |
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你好,根据我的了解,奥氏体不锈钢压力容器用的就是奥氏体不锈钢板。使用奥氏体不锈钢板材作为筒体封头材料,筒体封头对接焊缝的焊评不需要做低温或常温冲击,如果需要常温冲击,需要达到一定的温度。希望我的回答能...
【低温容器板09MnNiDR的用途】09MnNiDR钢板是一种超低温压力容器用钢,由于在钢中添加了镍元素,使钢板在超低温状态下仍能保持相当高的机械强度和韧性,该钢板在-45~-70℃的低温压力容器中获...
奥氏体不锈钢,是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。最常用...
《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》的目的在于针对上述存在的问题,提供一种奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统。该奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统及其使用方法可根据材料的应变强化规律以及应变强化过程非线性分析,达到全自动加压控制奥氏体不锈钢低温容器应变强化的目的。
《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》提供一种奥氏体不锈钢低温容器应变强化系统,其包括:进水装置,用以提供水源;增压装置,其通过单向阀与进水装置相连接,用以将进水增压压入待加工的奥氏体不锈钢低温容器中;液压动力装置,其与增压装置相连接,用以驱动增压装置工作;测量控制装置,该测量控制装置包括具有储存有过程参数功能的处理器、设置于增压装置出口高压管路上的压力传感器以及设置在待加工容器壁上的周长位移传感器,所述压力传感器用以采集并向处理器传递加工容器内的压力参数信号,所述周长位移传感器用以采集并向处理器传递加工容器的周长变化量参数信号,所述测量控制装置用以控制进水装置、增压装置及液压动力装置对加工容器进行应变强化加工。该应变强化系统优选还包括有冷却装置,连接于液压动力装置上,以冷却液压动力装置中的液压介质。
《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》所述的低温容器应变强化系统可使奥氏体不锈钢低温容器的应变强化加工工艺不再依赖于经验与手动控制试验压力,大大地降低了劳动强度,提高加工精度和效率。
用于储运液氧、液氮、液氩、液化天然气等低温介质的低温容器是双层结构,内容器用以储存低温介质。由于要承受零下100多度的低温,内容器采用奥氏体不锈钢材料。且内容器要承受一定的压力,材料厚度较大。对于奥氏体不锈钢压力容器设计制造,中国国内都依据GB150《钢制压力容器》等标准。与国际同类先进产品相比,中国产品选用的材料厚度大、自重大、成本高。因此,若能在保证强度的前提下降低内容器材料厚度,则产品的经济性将很明显。
针对奥氏体不锈钢屈服强度低的特点,对容器施加一定的压力,使材料总体产生塑性应变,提高屈服强度,从而可以采用更薄的材料制造低温容器。这一应变强化技术已被有关标准采纳,如欧盟协调标准EN13458-2:2002《Cryogenic vessels-Static vacuum insulated vessels》中就有“奥氏体不锈钢应变强化容器”相关资料。但是,2007年前的奥氏体不锈钢容器的应变强化存在两个问题:一是设计主要依赖于经验,没有建立应变强化过程的非线性方法;二是手动控制试验压力,不仅劳动强度大,而且精度和效率低。
《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》所述的应变强化系统包括现进水装置、增压装置、液压动力装置、冷却装置以及测量控制装置。系统的压力介质是水,增压器7采用油驱水技术,动力来源是液压油,系统流程如图1所示。
首先,通过进水装置提供压缩水源,水经过滤器2除去其中的杂质和微粒,防止增压器7和液压元件受损,提高系统使用寿命。过滤后的压力介质水由进水泵4增压输出,为增压器7提供水源。进水泵4为离心泵,当输出压力达到额定压力时,进水泵4虽然在工作但没有流量输出。例如,进水泵4输出流量为200升/分钟,输出压力为1兆帕,电机功率为5千瓦。
为防止意外情况下进水管路上压力突然升高,如增压器7入口单向阀8损坏,高压介质进入进水管路,在进水管路上设置溢流阀6,限制系统的最高压力,防止系统过载,此溢流阀6作为安全阀使用。
当待加工的容器内注满水后,系统开始增压。系统的增压装置为增压器7,采用油推水增压技术。增压器7的大面积驱动活塞和小面积活塞连接在一起作往复运动,液压油驱动大面积活塞运动,从而使小面积缸内的介质水增压。增压器7的增压比为2:1,最大输出流量为150升/分钟压器7高压缸的进口和出口都设单向阀8及单向阀24,以防止压力介质倒流。
为实现增压器7活塞往复运动,在增压器7进油管路上设置二位四动电液换向阀15,从而完成系统的升压操作。控制系统升压速率是通过控制增压器7输出流量实现的。由容器容积变化量和规定的升压速率可以求得系统的额定输出流量。通过改变二位四动电液换向阀15的换向频率,可以控制增压器活塞往复运动的次数,从而控制增压器7输出流量的大小,使之低于额定值。
系统用于50立方米和100立方米两种规格的容器,因此需要在大小两个流量之间进行切换,为此在换向阀15和增压器7之间的管路上设置手动单向节流阀11、25,通过控制回油的快慢达到控制增压器7输出流量的目的。此外,通过手动单向节流阀11、25与换向阀15共同作用,可以实现系统升压速率的灵活调节。
接下来是液压动力装置,液压油经过滤器除去其中的杂质和微粒,以防止这些颗粒对增压缸、液压元件和测量控制元件的损伤,延长系统的使用寿命。过滤后的液压油经液压泵17升压输出,驱动增压器7活塞运动。例如,液压泵的输出压力为8兆帕,输出流量为200升/分钟机功率为50千瓦。
为吸收换向阀15突然换向产生的液压冲击,提高换向阀15的使用寿命,在液压泵17和二位四通电液换向阀15之间设置蓄能器14。液压泵17输出流量恒定,为将液压泵17输出多余的油液溢流回油箱18,保持管路中压力基本恒定,在液压泵17出口分支管路上设置溢流阀16。
液压油存储在油箱18中,由于液压泵17输出流量很大,而油箱18本身的自然调节不能满足油温的需要,因此在长时间工作时,油温会逐渐升高,严重影响系统的正常工作和使用寿命。为此设置独立的冷却装置,由冷却泵19将热油液通入冷却器20,从而保证油液在规定温度范围内工作。
测量控制系统的处理器包括控制器22和计算机21。系统工作状态由压力传感器10、流量计3和周长位移传感器采集,并传输到控制器22,控制器22根据计算机21所储存的过程参数进行数据比较和逻辑判断,并向二位四通换向阀15、二位二通电液阀12和液压泵17自动发出指令,控制系统的升压、保压和卸压过程,控制系统的升压速率,并可在容器压力降低时自动补压。例如当压力达到设定值时,液压泵17和进水泵4将自动关闭,系统进入保压阶段,保压指定时间或应变率达到设定值时,二位二通电液阀12自动开启,系统卸压。
为测得容器内的压力,在增压器7出口高压管路上设置压力传感器10。为测得容器的膨胀量,在进水管路上设置流量计3,测得流量随时间的变化关系,由流量在时间轴上积分便可计算得到容器的膨胀量的大小。为测得容器的应变率,在被测容器壁上安装周长位移传感器,测得周长变化量,由周长变化量同容器原周长相比,再除以时间便得到容器的应变率。
此外,增压器7出口管路、进水管路和液压泵17出口管路上分别设有压力表9、5、13,用以辅助显示系统压力。
计算机21上配备有专用控制软件,可以在人机界面上设定并储存工作压力、保压时间、升压速率、应变率等过程参数,通过传感器采集过程数据,记录压力-时间、膨胀量-时间和应变率-时间变化关系,并数字化和图形化显示,各组过程数据可根据用户需要进行存储,试验结束后可以自动生成报表,可根据用户需要进行存储或打印输出。
系统压力过载时,能够自动停机卸载并发出报警信号,报警压力可在计算机中设定。
需要声明的是,上述发明内容及具体实施方式意在证明《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》所提供技术方案的实际应用,不应解释为对该发明保护范围的限定。低温压力容器设计制造领域技术人员在该发明的精神和原理内,当可作各种修改、等同替换、或改进。《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》的保护范围以所附权利要求书为准。
2017年12月11日,《容器应变强化系统及其所生产的奥氏体不锈钢低温容器》获得第十九届中国专利优秀奖。
奥氏体不锈钢材料的强度较低,运用应变强化技术,可以提升材料的屈服强度,在一定程度上减少材料的消耗.目前,在奥氏体不锈钢压力容器的应变强化中存在着两种不同的强化模式:一是常温应变强化模式Avesta;二是低温应变强化模式Ardeform.文章对奥氏体不锈钢压力应变强化的基本原理进行了分析,并对压力容器的应变强化技术进行了讨论.
应变强化容器所用碟形封头在强化压力下可能产生局部屈曲。在传统的封头有限元分析中,常常截取封头和部分筒体作为研究对象;在非线性加载中,边界条件设置并不准确。使用一种新的加载方法对子模型封头实现精确加载,并设置较为符合生产实际的厚度缺陷,探讨封头在强化压力下的表现,得到结论:在封头最小成形厚度大于设计厚度时,强化过程不会引起封头产生局部屈曲。
本标准规定了采用应变强化技术制造移动式真空绝热深冷压力容器内容器(以下简称内容器)的材料、设计、制造与检验等方面的技术要求。
1、规定了采用应变强化技术制造移动式真空绝热深冷压力容器内容器用钢材料的牌号、力学性能要求和复验要求,并给出了内容器非金属支撑材料的技术要求。
2、明确了应变强化内容器的设计载荷、许用应力、设计压力、开孔补强计算、强化压力的要求,并给出了应变强化内容器结构设计的关键技术要求,重点介绍了夹层支撑结构设计的典型型式和技术要求。
3、规定了应变强化容器制造过程中,材料制备、加工成形、焊接和无损检测方面的特殊要求,重点就焊接工艺评定的具特殊要求进行了规定。
4、以资料性附录的形式,给出了应变强化内容器制造过程中重要质量控制点、应变强化工艺验证性试验要求、试件预拉伸及试验规则等要求;用规范性附录形式,规定了应变强化处理的相关要求。 2100433B
“美玉微瑕”的奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢凭借其优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很大温度范围内的优良韧性等一系列优点,广泛地应用于核能、化工、食品、制药和生物医学等各领域中。但是,由于奥氏体不锈钢含碳量低,因此需要在保证其良好综合性能的同时需要采取一些强化措施来提高其表面强度。
低温气体渗碳技术
低温气体渗碳是近十几年发展起来的新型奥氏体不锈钢表面强化技术。由于其优异的性能引起了国内外广泛研究兴趣,但试验材料均处于理想状态,并未考虑塑性变形对低温气体渗碳的影响,而实际生产过程中,奥氏体不锈钢在零部件的加工制造过程中要经过冷轧、冷拔、冷弯、平整及矫正等冷加工工艺,这将导致材料发生塑性变形。
因此,今天我们将带大家来了解塑性预应变将会对304奥氏体不锈钢低温气体渗碳效果造成怎样的影响。
试样
1. 试验材料
商用热轧304奥氏体不锈钢,1080℃固溶处理。
2. 化学成分(wt.%)
0.035C、18.64Cr、8.01Ni、1.10Mn、0.436Si、余Fe
3. 试样制备
切割拉伸(拉伸试样尺寸如图1所示。)→机械研磨→电解抛光→清洗→去离子水冲洗→吹干。
图1 室温拉伸试样尺寸
从拉伸试样中间平行段线切割10×12.5×6mm的试样,置于渗碳炉中进行低温气体渗碳。渗碳工艺分为表面活化和渗碳两个阶段。
试验方法
1. 显微组织形貌观察;
2. 硬度测量;
3. 残余应力测量;
4. XRD分析。
结果与讨论
01
预应变后的显微结构以及物相
由图2可知,未变形的组织为单一的奥氏体组织,晶界清晰,组织的均匀性良好。而随着预应变量的增加,奥氏体组织中出现了明显的孪晶、滑移带和板条状的马氏体。
图2 304不同预应变后304不锈钢的显微组织
由图3可知,在塑性变形过程中,随着变形量的增加,304奥氏体不锈钢中出现了奥氏体γ向α´马氏体的转变。
图3 不同预应变后304不锈钢的XRD谱
从图4中可以看出,304不锈钢中α´马氏体的体积分数随着塑性预应变的增加而增大,当预应变小于15%时,α´马氏体的体积分数缓慢增加,预应变在15%~25%时,α´马氏体的体积分数迅速增加。这表明304不锈钢在塑性变形过程中,形变诱导了马氏体相变,导致产生铁磁性。
图4 预应变与α´马氏体体积分数的关系
02
渗碳层的形貌及硬度
从图5可以看出,渗碳后,304不锈钢表面均形成了一层明显的渗碳层,渗碳层厚度均匀,呈亮白色,与心部的奥氏体组织有明显的区别;渗碳层厚度并没有随着预应变的增大而增加,这表明在马氏体增多的情况下,碳原子的扩散并没有得到明显加强。
此外,渗碳层中的马氏体消失,转变为了扩张奥氏体(γC),与原有扩张奥氏体相没有区别。
对预应变后的304奥氏体不锈钢分别进行40,70,150min的渗碳处理,试样的XRD谱如图6所示。由图6可知:渗碳初期由于碳原子的溶解,奥氏体和α´马氏体的衍射峰强度都降低;随着渗碳时间的延长,γ的(111)峰强度增加,α'的(110)峰强度减弱。
图5 渗碳层金相显微形貌
图6 预应变后304不锈钢在470℃下渗碳不同时间后的XRD谱
图7 渗碳前后304不锈钢表层的XRD谱
从图7中可以看出,渗碳不锈钢表层的γC衍射峰变宽,且均向小角度方向偏移,这主要是由于碳原子的大量渗入导致表层奥氏体面心立方晶格常数及晶面间距增大。另外,还可以看到α´(110)峰消失,这与渗碳层的显微形貌结果相一致,渗碳层中马氏体转变为扩张奥氏体(γC)。
图8 渗碳AISI304试样的硬度和残余应力
由图8可见,渗碳不锈钢表面的超饱和奥氏体相表现出了超高的硬度(约为900HV)和压缩残余应力(约为-1500MPa)。亮白色的渗碳层具有高硬度特征,表面硬度的增大可以大幅提高表面的耐磨性能和耐摩擦性能。
很显然,渗碳不锈钢的表面硬度和残余应力与预变形的程度无关。这也就是说,预应变304不锈钢经低温气体渗碳后的强化机理主要还是因为间隙碳原子的固溶强化,即碳浓度增加到一定程度时,过饱和固溶于表层奥氏体中的碳原子会导致晶格畸变,同时形成大量孪晶、堆垛层错等晶体缺陷,导致位错密度的增加,对表面起到了冷作硬化的效果。因此,预应变对304奥氏体不锈钢低温气体渗碳的表面强化效果没有影响。
结论
(1)室温下,经塑性拉伸变形后的304奥氏体不锈钢组织中出现了α´马氏体;预应变小于15%时,钢中α´马氏体的体积分数缓慢增长,预应变超过15%后,α´马氏体的体积分数迅速增加。
(2)预应变不会影响304奥氏体不锈钢低温气体渗碳层的厚度,且渗碳层中的马氏体会转变为扩张型奥氏体。
(3)预应变对304奥氏体不锈钢造成的形变和相变不会影响低温气体渗碳的效果,这说明低温气体渗碳表面强化方法可以应用到实际已发生塑性变形的奥氏体不锈钢零部件上。
选自:《机械工程材料》 Vol.41 2017.5
作者:付明辉,硕士研究生,南京工业大学机械与动力工程学院