奥氏体不锈钢应变强化制真空绝热深冷容器板材选取及测试方案探讨

龙伟

（泰安开元环保成套设备有限公司，山东 泰安 271000）

奥氏体不锈钢应变强化制真空绝热深冷容器板材选取及测试方案探讨

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

龙伟

（泰安开元环保成套设备有限公司，山东 泰安 271000）

奥氏体不锈钢应变强化制深冷容器用板材选取方案，板材化学成分、力学性能取样及试样制备要求；性能测试结果及分析。

奥氏体不锈钢；应变强化；深冷容器；板材选取及测试

为了研究奥氏体不锈钢06Cr19Ni10（代号为S30408）材料的应变强化适应性，需要对材料进行化学成分和力学性能测试试验。

1 方案编制依据

（1）《锅容标委应变强化制深冷压力容器技术评审工作程序及要求》2014年01月。

（2）企业标准《奥氏体不锈钢应变强化制真空绝热深冷压力容器》。

2 方案内容

奥氏体不锈钢应变强化制深冷容器的板材，采用奥氏体不锈钢S30408，材料满足GB 24511—2009和企业标准的规定，交货状态为固溶热处理状态。

2.1 板材化学成分和力学性能测试

按照企业标准要求，对方案选用钢板的复验应至少包括下列内容：

（1）逐张检查钢板的表面质量和材料标记；

（2）按炉复验钢板的化学成分；

（3）按批复验钢板的室温拉伸性能、弯曲性能。拉伸、弯曲试验取样数量和位置等要求按照GB24511的规定，试样规格和试验方法分别按照GB/T 228.1和GB/T 232的规定；

（4）按批复验低温冲击（-196 ℃）性能，每组取3个标准试样，取样方法按GB/T2975的规定，取样方向为横向（垂直于钢板的轧制方向）。试验方法按GB/T 229的规定。

2.1.1 板材取样与试样制备

抽取不同炉、批号、不同厚度的S30408热轧平板各一张，从每张抽样钢板中截取600×1 800 mm的试料供力学性能试验试样的制备，其中600为钢板的轧制方向，1 800为宽度方向的长度。

从600×1800 mm的试料上，沿轧制方向截取600×400 mm的试料2件用于板材的预拉伸和不预拉伸力学性能试验，取样数量按GB24511—2009要求。

钢板拉伸、冲击取样位置见图1，试样分解见图2。

图1 样坯切取位置图

图2 试样分解图

2.1.2 试样的形状

试样通过机加工制取。平行长度和夹持头部之间应以过渡弧连接，试样头部形状应适合于试验机夹头的夹持，试样轴线应与力的作用线重合。

矩形横截面试样，夹持头部与平行长度之间的过渡弧半径不小于12 mm，推荐宽厚比不超过8∶1。试样形状如图3所示。

图3 板材拉伸试样

2.1.3 试样的尺寸

试样尺寸加工依据GB/T228.1—2010的规定。厚度在3～10 mm范围内的不锈钢板，拉伸试样必须采用矩形截面比例试样，并且保留两个轧制面，平行长度段最大宽度不超过30 mm。厚度在10～20 mm范围内的不锈钢板，拉伸试样有两种选择：

（1）最大厚度不超过20 mm的矩形比例试样，试样厚度也可以通过机加工减薄至10 mm，但必须保留一个轧制面；

（2）圆形比例试样，直径不小于5 mm。试样夹头长度L由试验设备决定。

不同厚度规格试样尺寸见表1。

2.1.4 原始横截面积（So）的测定

根据测量的原始试样尺寸计算原始横截面积，测量每个尺寸应准确到±0.5%。矩形横截面试样，应在标距的两端及中间三处测量宽度和厚度，取用三处测得的平均横截面积。

2.1.5 试验要求

（1）试验温度：常温拉伸试验温度为23±5 ℃。

（2）试验速率：拉伸试验需要测定规定非比例延伸强度Rp0.2、Rp1.0和抗拉强度Rm。常温拉伸试验，在弹性范围内，试验机夹头分离速率尽可能保持恒定且保证应力速率在6～60 MPa/s范围内；在塑性范围至规定非比例延伸强度范围内，应变速率不超过0.0 025/s；在规定非比例延伸强度至抗拉强度范围内，平行长度的应变速率不超过0.008/s。试验速率按GB/ T228.1—2010规定的方法A（应变速率确定的试验速率）。

（3）9%预拉伸试验：对每种规格的母材进行9%预拉伸试验。预拉伸的标距为200 mm，速率为0.0 025/s。经9%预拉伸后分别进行拉伸、弯曲和夏比（V型缺口）低温冲击试验。

表1 拉伸试样尺寸

2.2 板材低温拉伸测试

对于试制产品样罐所采用的板材规格，还需增加-196 ℃条件下的低温拉伸测试。依据 GB/T 13239—2006 进行样罐母材的-196 ℃低温拉伸试验。

低温拉伸试验温度为-196±2 ℃，试样采用液氮浸泡方式冷却，在-196 ℃下浸泡时间至少保持10 min。试样加工符合GB/T25774.1—2010，图样尺寸见图4，试验方法符合GB/T13239—2006的要求。试验数据见表2。

2.3 拉伸测定数据及合格指标

常温拉伸试验均需测定规定非比例延伸强度Rp0.2和Rp1.0、抗拉强度Rm、断后伸长率A。合格指标见表3。

3 结论

（1）所选材料的化学成分及各项力学性能指标满足企业标准的要求。

（2）材料的力学性能是应变强化的工艺参数确定的基础，母材的化学成分、抗拉强度、试样的取样方向等对材料力学性能的影响较大。对于用于应变强化的奥氏体不锈钢板材，不仅要满足相应标准中规定的化学成分，还需要考虑C、Ni、Mn等元素对于不锈钢稳定化的要求。

图4 样罐低温拉伸试样

表2 母材低温拉伸（-196 ℃）试验结果

表3 拉伸试验合格指标

［1］ 《锅容标委应变强化制深冷压力容器技术评审工作程序及要求》. 2014年01月.

［2］ 企业标准《奥氏体不锈钢应变强化制真空绝热深冷压力容器》.

［3］ GB/T18442.2-2011. 《固定式真空绝热深冷压力容器——第2部分：材料》. 2～3.

［4］ GB150-2011. 《压力容器》. 40～41.

［5］ GB24511-2009. 《承压设备用不锈钢钢板及钢带》. 7～13.

TQ050；TH141

1009-797X （2015） 16-0094-04

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.16.031

龙伟（1966－），女，本科学历，工程师，一直从事化工压力容器设备设计、审核、制造行业，研究方向为压力容器选材、焊接及制作工艺方面。

2015-06-23