低溫壓力容器用奧氏體不銹鋼的材料進(jìn)展

1、低溫壓力容器用奧氏體不銹鋼的材料進(jìn)展壓力容器用不銹鋼中 90%以上為鉻鎳奧氏體不銹鋼，雙相不 銹鋼只占百分之幾， 很少用鐵素體不銹鋼， 馬氏體不銹鋼只用作 螺栓等非焊件。 奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的低溫韌性， 常用于超低 溫壓力容器，最低可在-273C時應(yīng)用。1 低溫壓力容器用奧氏體不銹鋼ASME-2011aUHA-5中規(guī)定，304、304L、316、316L、321、347以及CW 0.10%的奧氏體不銹鋼及其焊接熱影響區(qū)當(dāng)用于-196C時可免檢沖擊試驗。GB150焊接中也規(guī)定-196C應(yīng)用的奧氏體不銹鋼可免做沖擊試驗， 沒有規(guī)定具體牌號， 當(dāng)然所用 牌號就在GB150-2011所采用的奧氏體不

2、銹鋼牌號范圍之內(nèi)。實(shí) 際上GB150-2011中將設(shè)計溫度低于-196C的奧氏體不銹鋼制容 器才稱為低溫容器，而設(shè)計溫度低于-20C的碳素鋼、低合金鋼、 雙相不銹鋼和鐵素體不銹鋼制容器即稱為低溫容器。明確規(guī)定奧氏體不銹鋼用于-196C的牌號的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)有歐盟 EN 13445: 2009、德國 AD-2000、日本 JISB8270-1993 等。2 奧氏體不銹鋼的低溫性能 壓力容器作為承壓設(shè)備要求適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度， 奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度隨溫度的降低會有所提高， 低溫容器的強(qiáng)度設(shè)計計算一般是按 照室溫強(qiáng)度為依據(jù)的， 因此對低溫強(qiáng)度也并沒有高的要求。 奧氏體不銹鋼的室溫斷后伸長率的標(biāo)準(zhǔn)保證值基本上均為

3、30%、35%或40%常用的18-8和18-12-Mo奧氏體不銹鋼在-196C時也能 保證在 30%以上，低溫壓力容器的制造成型一般在室溫以上進(jìn)行， 因而對低溫塑性也不必過多擔(dān)心， 即低溫壓力容器的主要失效形 式為脆性斷裂，一般都對其用材的低溫沖擊韌性進(jìn)行控制和檢 驗。奧氏體不銹鋼有優(yōu)良的低溫沖擊韌性， 但沖擊韌性會受到一 些因素的影響。3 奧氏體不銹鋼低溫沖擊韌性的影響因素 溫度降低時，即使沒有相變， 奧氏體不銹鋼的韌性也會降低， 但降低不多，且沒有突變。這是由于隨著溫度下降，抗拉強(qiáng)度提 高的很快，而屈服強(qiáng)度提高的并不快，如不含氮的 18-8 和 18-12-Mo 隨著溫度下降，屈強(qiáng)比有所降

4、低，仍可保持較好的韌 性和塑性。奧氏體不銹鋼受到變形后，即使沒有相變，由于滑移 變形和孿晶變形，致使位錯密度增加，晶格缺陷增多，韌性和塑 性也會下降，但降低得也不多。能使奧氏體不銹鋼的韌性顯著降低的因素更重要的是馬氏 體相變。 一般認(rèn)為馬氏體為碳在鐵素體中的過飽和固溶體， 為體 心立方晶格，成為 a 馬氏體，呈鐵磁性。另一種形態(tài)的馬氏 體具有密集六方晶格，稱為 相，為非鐵磁性。有人認(rèn)為 相 為奧氏體相變?yōu)閍 相的中間過渡相，一般主要考慮 a 相對 韌性的影響。在馬氏體相變溫度時，合金元素已不能進(jìn)行擴(kuò)散， 因而屬無擴(kuò)散相變， 即通過剪切機(jī)構(gòu)產(chǎn)生大規(guī)模有規(guī)則的原子排 列變化， 很短時間內(nèi)即可迅速完

5、成相變。 而奧氏體鋼中的馬氏體 相變與低合金鋼淬火成馬氏體的情況不同。 淬火可使鋼中突然全 部變成馬氏體， 奧氏體鋼中的馬氏體相變過程僅為在奧氏體鋼中 的馬氏體生成量逐漸增加， 因而對韌性等性能的影響也是隨著生 成量的增大而逐漸增大。 降溫和冷變形是誘發(fā)馬氏體相轉(zhuǎn)變的外 部條件。奧氏體不銹鋼中奧氏體相很穩(wěn)定時， 冷變形后不會或很少析 出馬氏體，奧氏體相不穩(wěn)定時（如亞穩(wěn)定不銹鋼）冷變形后很容 易析出馬氏體。主要的奧氏體形成元素鎳、氮等的含量高，可提 高奧氏體的穩(wěn)定性。a 馬氏體為碳在鐵素體中的過飽和間隙固溶體，屬無擴(kuò)散相變。馬氏體相變前的奧氏體基體中含有多少碳， 相變后的馬氏 體相中就含有多少碳

6、。 馬氏體相的脆性高低取決于馬氏體中過飽 和溶解的碳含量， 即碳在鐵素體中的過飽和度。 碳在鐵素體中室 溫溶解度僅為 0.006%。而奧氏體不銹鋼固溶狀態(tài)下碳含量常為31J （當(dāng)設(shè)計溫度低于-192C時其沖擊試驗溫度取 -192C）。ASME-2011a中規(guī)定，304、304L、316、316L、321、347 以 及CW0.10%的奧氏體鉻鎳不銹鋼，在設(shè)計溫度-196C時，基體金屬和焊接熱影響區(qū)不要求沖擊試驗。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)的焊接材 料，設(shè)計溫度-104C時，沖擊試驗可以免檢，當(dāng)設(shè)計溫度在 -104C-196C時，要求在試驗溫度不高于最低設(shè)計溫度的側(cè)膨 脹值LEW 0.38mm當(dāng)設(shè)計溫度w -196C，采用316L型焊接材料 時，焊縫鐵素體含量應(yīng)w 5% （磁性法測定）。基體金屬、熱影響 區(qū)及焊縫金屬應(yīng)在-196C時做沖擊試驗，LE0.53mm當(dāng)焊接材 料沒有采用316L型，或當(dāng)基體金屬、焊縫金屬或熱影響區(qū)不能 滿足上述要求時，可在試驗溫度不高于設(shè)計溫度時，按 ASTME 1820JIC 方法試驗。我國的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中還沒有對低于 -196C的奧氏體不銹 鋼低溫容器及