应变强化对奥氏体不锈钢高温疲劳行为的影响

应变强化对奥氏体不锈钢高温疲劳行为的影响应变强化技术是提高材料屈服强度的一种科学有效的方法。该方法的基本思想如下：在室温下将材料加载至发生一定量的塑性变形后卸载，当再次加载时，材料的屈服强度将得到提高。对于在承压设备领域中应用广泛的奥氏体不锈钢来说，由于其屈服强度与抗拉强度间具有较大的塑性延伸区域，塑性储备能力较好，经过应变强化后材料的屈服强度可以得到显著提高，相应地，材料的设计许用应力也能大幅度提升，从而在相同的设计参数下可以减薄容器壁厚，同时材料仍能保留较高的塑性储备。因此，采用应变强化技术制造奥氏体不锈钢制压力容器可以实现压力容器的轻型化。由于应变强化技术充分利用了奥氏体不锈钢材料优良的塑性，设计理念超前，目前世界上仅有欧洲、澳洲和美洲等少数几个国家采用此技术制造应变强化容器，而这其中仅有瑞典和澳大利亚允许将这类容器应用于高温环境。与国外相比，我国在奥氏体不锈钢制压力容器应变强化技术方面的研究起步较晚，考虑到原材料和设计制造工艺上存在差异性，国外的这些技术和措施不能在中国直接应用，国产材料应变强化后的适用性评价、应变强化后对材料和设备寿命与可靠性的影响是目前需要尽快解决的问题。为研究应变强化过程中容器的风险增量，对固溶态和应变强化预处理态的S31603奥氏体不锈钢在550℃、应力控制模式下的疲劳行为开展系统研究。S31603奥氏体不锈钢的化学成分见表1。表1S31603奥氏体不锈钢的化学成分元素CrNiCSiMnPSMoNFe质量分数，%16.2210.140.0260.771.030.020.0122.010.025余量研究结果表明：1）经室温应变强化预处理后，S31603不锈钢在550℃下的屈服强度值仍高于固溶态材料，没有出现强度恢复现象，强化效果保持良好。2）相同试验条件下，应变强化预处理前后材料均表现出持续的循环硬化响应，但经应变强化预处理后材料的循环应变幅和平均应变均小于固溶态材料。3）在550℃、应力控制模式下的疲劳试验中，动态应变时效宏观表现为平均应变阶跃现象。4）室温下不超过10%的应变强化预处理可以有效提高S31603不锈钢的高温疲劳寿命，从而可以为应变强化奥氏体不锈钢容器在高温环境下的安全运行提供保障。