应变强化奥氏体不锈钢低温容器材料和成形工艺研究

论文摘要

奥氏体不锈钢屈强比低,具有良好的塑性、韧性,常用于制造低温压力容器。应变强化技术可充分利用材料的塑性,提高其屈服强度。与常规设计方法相比,采用应变强化技术设计低温容器内容器,可减小容器设计壁厚,减轻容器重量,降低重容比,减少容器制造与运输过程中的能耗,实现低温容器的绿色制造。应变强化奥氏体不锈钢低温容器在成形和强化过程中会发生塑性变形,过量的塑性变形会导致容器的性能难以满足相关制造和检测标准的要求。本文在国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目课题(项目编号:2009AA044801)和国家科技支撑计划重大项目专题(项目编号:2006BAK04A02)的支持下,在查阅大量国内外文献的基础上,通过理论分析、数值模拟和试验研究,研究了奥氏体不锈钢的化学成分、塑性形变量及应变速率对其力学性能的影响规律;建立了封头冲压和简体卷制的力学分析和理论计算模型,分析了制造过程中简体和封头的应力应变状态及其变化规律,为成形工艺的制定提供了技术支撑;建立了复杂结构低温容器的非线性有限元力学分析模型,分析了应变强化过程中各结构的应力应变状态。本文得到了如下结论:(1)稳定性较差的奥氏体不锈钢,较易发生马氏体转变,形变过程中的马氏体相变量较多,抗拉强度较高,均匀伸长率较低。(2)应变控制强化方式可以较好的控制强化过程的塑性形变量,确保容器强化后的力学性能。(3)较快速率拉伸,材料的屈服强度较高,抗拉强度较低,形变过程中的马氏体相变量较少。随着应变速率的降低,奥氏体不锈钢的应变速率敏感性逐渐减弱。(4)所建立的封头冲压成形和简体卷制成形计算模型可以较好的分析封头冲压和筒体卷制过程中的塑性形变量,为判定成形过程对应变强化奥氏体不锈钢力学性能的影响提供了依据。(5)所建模型对复杂结构低温容器应变强化过程的数值分析结果与试验值吻合较好,该模型可用于复杂结构应变强化低温容器的应力应变分析。

论文目录

• 致谢
• 符号说明
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 文献综述
• 1.1 应变强化技术
• 1.1.1 应变强化原理
• 1.1.2 应变强化技术的应用
• 1.2 应变强化容器的优点
• 1.3 应变强化容器的发展
• 1.3.1 应变强化容器的分类
• 1.3.2 应变强化容器的结构
• 1.3.3 应变强化容器测量控制方法
• 1.4 目前存在的问题
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 奥氏体不锈钢力学性能影响因素研究
• 2.1 试验研究
• 2.2 化学成分
• 2.2.1 化学成分与奥氏体不锈钢稳定性的关系
• 2.2.2 奥氏体不锈钢稳定性对力学性能的影响
• 2.2.3 化学成分检测标准比较
• 2.3 应变强化方式对奥氏体不锈钢力学性能的影响
• 2.4 应变速率
• 2.4.1 应变速率敏感性
• 2.4.2 应变速率对奥氏体不锈钢力学性能的影响
• 2.4.3 应变速率对马氏体相变量的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 低温容器成形工艺研究
• 3.1 成形工艺
• 3.1.1 封头冲压成形
• 3.1.2 筒体卷制成形
• 3.2 制造过程形变量计算
• 3.2.1 封头冲压数值分析模型
• 3.2.2 筒体卷制理论分析模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 应变强化奥氏体不锈钢低温容器结构分析
• 4.1 试验研究
• 4.2 非线性数值分析
• 4.3 可靠性验证
• 4.4 应力应变分析
• 4.4.1 封头开孔
• 4.4.2 筒体开孔
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简介及在读期间科研成果