奥氏体不锈钢深冷容器室温应变强化技术

许用应力。
( 2) 设计: 仍采用 ASME BPVC - 中的壁
( 1) 节省材料
厚计算公式, 但应采用 C ode C ase 2596 中的许用
按照 GB 150, EN 13458 - 2: 2002 附录 C 和
应力。
ASM E BPVC - 1 Code C ase 2596确定的典型奥
2 室温应变强化技术标准
室温应变强化技术已被纳入 Co ld- S tretching D irections 1991, AS 1210 - Supp2 1999, EN 13458- 2: 2002附录 C, EN 13530- 2: 2002附录 C, ASM E BPVC - Code C ase 2596, ISO 20421- 1: 2006附录 D 和 ISO 21009- 1: 2008附 录 C 等标准。下面简要介绍欧盟、美国和 ISO 有 关室温应变强化技术的标准。
0 引言
近年来, 随着我国国民经济的迅速发展和低 温技术应用的日益普及, 液氮、液氧、液氢、液氩、
液氦、液化天然气等低温液化气体的应用日趋广
泛, 奥氏体不锈钢深冷容器的需求量不断增长。 奥氏体不锈钢的屈强比低, 按 GB 150[ 1] 等我
国现有压力容器标准设计, 其许用应力由屈服强 度决定, 安全裕量过大, 不能充分发挥其承载能
1 37
267
94. 9
S 304 58
1 60
313
95. 6
2 93
83. 1
S 316 58
1 60
2 93
83. 1
S 316 08
1 37
2 70
97. 1
S 316 03
1 20
2 47
105. 8
S 316 53
1 37
2 70
97. 1
注: 1 ) 欧盟标准中仅规定了材料的强化应力 R k (即强化后的屈服强度 ), 表中的许用应力按 R k /n s 计算, 其中 ns 为相对于 R k 的安全 系数, 取 1. 5; 2 )材料的牌 号参照 GB /T 20878 2007[ 13], G B /T 4237 2007[ 14] 和 G B 24511 2009[15] , 欧盟和美国材料与国标中所列材
基金项目: 国家高技术研究发展计划 ( 863 计划 ) 重点项目课题 ( 2009AA 044801) 28
第 27卷第 8期
压力 容器
总第 213期
力, 造成材料浪费、设备增重。提高奥氏体不锈钢 的屈服强度, 是提高其许用应力、实现奥氏体不锈 钢深冷容器轻量化的关键。
了深冷 容 器 的 轻 量 化, 达 到 了 节 能 降 耗 的 目 的 [ 2] 。
表 1 室温应变强化技术发展历史
年份 195 6 195 9 196 9 197 5 199 9 200 2 200 3 200 6
200 8
相关情况 瑞典 A vesta Sheffie ld公司开始研制室温应变强化压力容器 瑞典 A vesta Sheffie ld公司生产出世界上第一台室温应变强化压力容器产品 瑞典 A vesta Sheffie ld公司在美国申请了专利 奥氏体不锈钢压力 容器 ( U S 3456831 A ) 瑞典将室温应变强化技术纳入压力容器标准 Co ld- Stretching D irec tions 澳大利亚将室温应变强化技术以标准增补形式 AS 1210- Supplym en t2 1999纳入标准 欧盟将奥氏体不锈钢室温应变强化技术纳入标准 EN 13458- 2: 2002附录 C 和 EN 13530- 2: 2002附录 C 浙江大学开始室温应变强化技术研究 ISO 20421- 1: 2006颁布; 浙江大学成功研制深冷容器应 变强化用压力控制系统
在简要介绍室温应变强化技术发展历史、标
在室温下把奥氏体不锈钢拉伸到塑性变形, 然后卸载, 当再次加载时, 材料的屈服强度将提高 而塑性下降。室温应变强化技术就是利用这一原
准和优点的基础上, 着重解决了该技术推广应用 中遇到的常见问题。
理, 在室温下用洁净水对奥氏体不锈钢深冷容器 1 室温应变强化技术发展历史
中图分类号: TG 142. 25; TH 49 文献标识码: B 文章编号: 1001- 4837( 2010) 08- 0028- 05 do :i 10. 3969 / .j issn. 1001- 4837. 2010. 08. 006
Cold Stretching Technique for Austenitic Stainless Steel C ryogenic P ressure Vessels
计、制造、检测和试验等作了规定。 ( 1) 材 料: 标 准 中 给 出 的 材 料 有 1. 4301,
1. 4306, 1. 4311, 1. 4541, 1. 4550, 1. 4315等奥氏体 不锈钢。当工作温度不低于 - 196 时, 上述材 料可以直接用于应变强化; 对于未列入标准的材 料或者工作温度低于 - 196 的上述材料, 使用 前应先加工焊接试件, 进行拉伸强化处理, 然后分 别制备母材和焊接接头拉伸、冲击试样, 并在常温 ( 20 ) 和最低工作温度下进行拉伸试验和冲击 试验, 以验证力学性能 ( 包括屈服强度、断后伸长 率和夏比 V 型缺口冲击功 ) 是否满足要求。
273
99. 3
按 A SM E BPVC - Code C ase 2596设计
许用应力 /M Pa 许用应 力提高率 /%
2 70
97. 1
S 304 03
1 20
267
122. 5
2 47
105. 8
S 304 53
1 37
313
128. 5
3)
S 321 68
1 37
267
94. 9
S 347 78
美国将奥氏体不锈钢室温应变强化技术纳入 A SM E BPVC - Code Case 2596 ISO 21009- 1: 2008颁布
迄今为止, 经浙江大学技术评审, 北京泰莱华 顿低温设备有限公司、北京建安特西维欧特种设 备制造有限公司、张家港中集圣达因低温装备有 限公司、查特深冷工程系统 ( 常 州 ) 有限公司、张 家港韩中深冷科技有限公司等已开始制造室温应 变强化深冷容器。
由拉伸应力决定的情况下, 奥氏体不锈钢深冷容 器内容器的壁厚可以减薄一半左右, 显著减轻重
2. 3 国际标准
量。
表 2 常温下应变强化 设计和常规设计的许用应力比较
设计方法 按 GB150设计
材料
许用应力 /M P a
S3 040 82 )
1 37
按 EN 13458- 2附录 C设计
许用应力 1) /M Pa 许用应力提高率 /%
( 2) 设计: 给出了内压圆筒体、碟形封头等以 薄膜应力为 主的结构壁厚 计算公式。承 受外压 时, 仍应采用常规设计方法。
( 3) 强化工艺: 对升压程序、测试内容、强化 结束判据和记录内容进行了规定。
2. 1 欧盟标准 EN 13458- 2: 2002附录 C 和 EN 13530- 2:
2002附录 C分别适用于壁厚不大于 30 mm、设计 温度不大于 50 的固定式和移动式奥氏体不锈 钢深冷容器内容器的室温 应变强化, 对材料、设
A bstract: A s the w idespread app lication o f cryogen ic liquefied gas, the num ber o f cryogen ic vessels needed is increasing. On the prem ise o f sa fety, realizing light- we ight o f cryogen ic vesse ls has significance to energy conservation and em ission reduction. Y ield strength of austen itic sta in less steel can be enhanced and the w all th ickness and w e ight of austenitic stainless steel cryogen ic vessels can be reduced by using cold stretching techn ique. N ow adays, this techn ique has been used to m anufacture austenitic stainless steel cryogenic vesse ls in Ch ina, Am erica, G erm any, Australia and so on. T he autho rs answ ered the frequently asked questions after giv ing a brief introduct ion of the history, standards and advantages o f cold stretch ing technique. K ey words: austen it ic stain less stee;l cryogen ic vessels; light- w eigh;t co ld stretch ing techn ique
( 3) 强化工艺: 与欧盟标准规 定的强化工艺 一致。
氏体 不 锈 钢 在常 温 下 的 许 用 应 力 见 表 2。 与 GB 150相比, 采用室 温应变强化技术后, 材料的
( 4) 焊接: 容器强化后若再焊接, 则需要进行 许用应力提高率为 83. 1% ~ 128. 5% , 即在壁厚
二次强化, 但不包括长度小于 6 mm 的点焊及附 件焊缝。
的圆筒与碟形封头构成的圆柱壳, 其主要内容与 EN 13458- 2: 2002附录 C相似。
2008附录 C分别与欧盟标准 EN 13530- 2: 2002 附录 C和 EN 13458- 2: 2002附录 C 相同。
( 1) 材料: 允 许 使用 304, 304L, 304N, 316,

316L, 316N 和 316LN 等奥氏体不锈钢, 并给出了 3 室温应变强化技术的优点
技术综述
奥氏体不锈钢深冷容器室温应变强化技术
郑津洋, 郭阿宾, 缪存坚, 马 利, 吴琳琳 (浙江大学 化工机械研究所, 浙江 杭州 310027)
摘 要: 随着低温液化气体的日益广泛应用, 深冷容器的需求量不断增加。在安全的前提下, 实现深 冷容器的轻量化, 对于节能降耗具有重要意义。采用室温应变强化技术可以提高奥氏体不锈钢的 屈服强度, 显著减薄奥氏体不锈钢制深冷容器的壁厚, 减轻重量。中国、美国、德国、澳大利亚等已 将该技术用于制造奥氏体不锈钢深冷容器。在简要介绍室温应变强化技术发展历史、标准和优点 的基础上, 着重分析讨论了该技术推广应用中遇到的常见问题。 关键词: 奥氏体不锈钢; 深冷容器; 轻量化; 室温应变强化技术
中国美国德国澳大利亚等国家已用该技术制造奥氏体不锈钢深冷容器内容器实现准和优点的基础上着重解决了该技术推广应用中遇到的常见问题室温应变强化技术发展历史室温应变强化技术最早出现在20世纪中叶的欧洲距今已有50多年的历史简要给出了室温应变强化技术的发展历史室温应变强化技术发展历史iso210092008颁布迄今为止经浙江大学技术评审北京泰莱华顿低温设备有限公司北京建安特西维欧特种设备制造有限公司张家港中集圣达因低温装备有限公司查特深冷工程系统常州家港韩中深冷科技有限公司等已开始制造室温应变强化深冷容器制造检测和试验等作了规定4315等奥氏体不锈钢
内容器进行超压处理, 使其产生一定量的塑性变
形, 通过提高奥氏体不锈钢屈服强度从而提高许
室温应变强化技术最早出现在 20世纪中叶
用应力。中国、美国、德国、澳大利亚等国家已用 的欧洲, 距今已有 50多年的历史。表 1简要给出
该技术制造奥氏体不锈钢深冷容器内容器, 实现 了室温应变强化技术的发展历史 [ 3- 12] 。
ASM E BPVC - Code Case 2596适用于 壁厚不大于 30 mm、最低设计金属温度大于等于
除增加 304, 304L, 304N, 316, 316L, 316N 和 316LN 等美国 标准中常 用的奥氏 体不锈钢 牌号
- 196 且小于等于 50 的球壳和由单一直径 外, ISO 20421- 1: 2006附录 D 和 ISO 21009- 1:
( 4) 焊接: 容器强化后若再焊接, 则需要进行 二次强化, 但以下情况除外: 仅承受低载荷的附件 (如绝热支撑 ) 的点焊、直径不超过容器内径 10% ( 最大不超过 100 mm ) 的接管焊接。 2. 2 美国标准
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CPVT
奥氏体不锈钢深冷容器室温应变强化技术
V o l27 N o8 2010
ZHENG Jin- yang, GUO A - bin, M IAO Cun- jian, MA L,i WU L in- lin ( Inst itute o f P rocess Equ ipm en,t Zhe jiang Un iversity, H angzhou 310027, Ch ina)