奧氏體不銹鋼應變強化制真空絕熱深冷容器板材選取及測試方案探討

龍偉

（泰安開元環保成套設備有限公司，山東 泰安 271000）

奧氏體不銹鋼應變強化制真空絕熱深冷容器板材選取及測試方案探討

Plate selection and testing program of strain hardening austenitic stainless steel-madevacuum insulation cryogenic container

龍偉

（泰安開元環保成套設備有限公司，山東 泰安 271000）

奧氏體不銹鋼應變強化制深冷容器用板材選取方案，板材化學成分、力學性能取樣及試樣制備要求；性能測試結果及分析。

奧氏體不銹鋼；應變強化；深冷容器；板材選取及測試

為了研究奧氏體不銹鋼06Cr19Ni10（代號為S30408）材料的應變強化適應性，需要對材料進行化學成分和力學性能測試試驗。

1 方案編制依據

（1）《鍋容標委應變強化制深冷壓力容器技術評審工作程序及要求》2014年01月。

（2）企業標準《奧氏體不銹鋼應變強化制真空絕熱深冷壓力容器》。

2 方案內容

奧氏體不銹鋼應變強化制深冷容器的板材，采用奧氏體不銹鋼S30408，材料滿足GB 24511—2009和企業標準的規定，交貨狀態為固溶熱處理狀態。

2.1 板材化學成分和力學性能測試

按照企業標準要求，對方案選用鋼板的復驗應至少包括下列內容：

（1）逐張檢查鋼板的表面質量和材料標記；

（2）按爐復驗鋼板的化學成分；

（3）按批復驗鋼板的室溫拉伸性能、彎曲性能。拉伸、彎曲試驗取樣數量和位置等要求按照GB24511的規定，試樣規格和試驗方法分別按照GB/T 228.1和GB/T 232的規定；

（4）按批復驗低溫沖擊（-196 ℃）性能，每組取3個標準試樣，取樣方法按GB/T2975的規定，取樣方向為橫向（垂直于鋼板的軋制方向）。試驗方法按GB/T 229的規定。

2.1.1 板材取樣與試樣制備

抽取不同爐、批號、不同厚度的S30408熱軋平板各一張，從每張抽樣鋼板中截取600×1 800 mm的試料供力學性能試驗試樣的制備，其中600為鋼板的軋制方向，1 800為寬度方向的長度。

從600×1800 mm的試料上，沿軋制方向截取600×400 mm的試料2件用于板材的預拉伸和不預拉伸力學性能試驗，取樣數量按GB24511—2009要求。

鋼板拉伸、沖擊取樣位置見圖1，試樣分解見圖2。

圖1 樣坯切取位置圖

圖2 試樣分解圖

2.1.2 試樣的形狀

試樣通過機加工制取。平行長度和夾持頭部之間應以過渡弧連接，試樣頭部形狀應適合于試驗機夾頭的夾持，試樣軸線應與力的作用線重合。

矩形橫截面試樣，夾持頭部與平行長度之間的過渡弧半徑不小于12 mm，推薦寬厚比不超過8∶1。試樣形狀如圖3所示。

圖3 板材拉伸試樣

2.1.3 試樣的尺寸

試樣尺寸加工依據GB/T228.1—2010的規定。厚度在3～10 mm范圍內的不銹鋼板，拉伸試樣必須采用矩形截面比例試樣，并且保留兩個軋制面，平行長度段最大寬度不超過30 mm。厚度在10～20 mm范圍內的不銹鋼板，拉伸試樣有兩種選擇：

（1）最大厚度不超過20 mm的矩形比例試樣，試樣厚度也可以通過機加工減薄至10 mm，但必須保留一個軋制面；

（2）圓形比例試樣，直徑不小于5 mm。試樣夾頭長度L由試驗設備決定。

不同厚度規格試樣尺寸見表1。

2.1.4 原始橫截面積（So）的測定

根據測量的原始試樣尺寸計算原始橫截面積，測量每個尺寸應準確到±0.5%。矩形橫截面試樣，應在標距的兩端及中間三處測量寬度和厚度，取用三處測得的平均橫截面積。

2.1.5 試驗要求

（1）試驗溫度：常溫拉伸試驗溫度為23±5 ℃。

（2）試驗速率：拉伸試驗需要測定規定非比例延伸強度Rp0.2、Rp1.0和抗拉強度Rm。常溫拉伸試驗，在彈性范圍內，試驗機夾頭分離速率盡可能保持恒定且保證應力速率在6～60 MPa/s范圍內；在塑性范圍至規定非比例延伸強度范圍內，應變速率不超過0.0 025/s；在規定非比例延伸強度至抗拉強度范圍內，平行長度的應變速率不超過0.008/s。試驗速率按GB/ T228.1—2010規定的方法A（應變速率確定的試驗速率）。

（3）9%預拉伸試驗：對每種規格的母材進行9%預拉伸試驗。預拉伸的標距為200 mm，速率為0.0 025/s。經9%預拉伸后分別進行拉伸、彎曲和夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗。

表1 拉伸試樣尺寸

2.2 板材低溫拉伸測試

對于試制產品樣罐所采用的板材規格，還需增加-196 ℃條件下的低溫拉伸測試。依據 GB/T 13239—2006 進行樣罐母材的-196 ℃低溫拉伸試驗。

低溫拉伸試驗溫度為-196±2 ℃，試樣采用液氮浸泡方式冷卻，在-196 ℃下浸泡時間至少保持10 min。試樣加工符合GB/T25774.1—2010，圖樣尺寸見圖4，試驗方法符合GB/T13239—2006的要求。試驗數據見表2。

2.3 拉伸測定數據及合格指標

常溫拉伸試驗均需測定規定非比例延伸強度Rp0.2和Rp1.0、抗拉強度Rm、斷后伸長率A。合格指標見表3。

3 結論

（1）所選材料的化學成分及各項力學性能指標滿足企業標準的要求。

（2）材料的力學性能是應變強化的工藝參數確定的基礎，母材的化學成分、抗拉強度、試樣的取樣方向等對材料力學性能的影響較大。對于用于應變強化的奧氏體不銹鋼板材，不僅要滿足相應標準中規定的化學成分，還需要考慮C、Ni、Mn等元素對于不銹鋼穩定化的要求。

圖4 樣罐低溫拉伸試樣

表2 母材低溫拉伸（-196 ℃）試驗結果

表3 拉伸試驗合格指標

［1］ 《鍋容標委應變強化制深冷壓力容器技術評審工作程序及要求》. 2014年01月.

［2］ 企業標準《奧氏體不銹鋼應變強化制真空絕熱深冷壓力容器》.

［3］ GB/T18442.2-2011. 《固定式真空絕熱深冷壓力容器——第2部分：材料》. 2～3.

［4］ GB150-2011. 《壓力容器》. 40～41.

［5］ GB24511-2009. 《承壓設備用不銹鋼鋼板及鋼帶》. 7～13.

TQ050；TH141

1009-797X （2015） 16-0094-04

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.16.031

龍偉（1966－），女，本科學歷，工程師，一直從事化工壓力容器設備設計、審核、制造行業，研究方向為壓力容器選材、焊接及制作工藝方面。

2015-06-23