超低温储氢容器用奥氏体不锈钢焊接接头韧性研究

作     者：余王伟 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈学东;包士毅

授予年度：2017年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 081702[工学-化学工艺] 080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：S30408、S30403奥氏体不锈钢 焊接接头 超低温 韧性 

摘      要：GB150-2011已将材料设计温度下限拓展至-253℃（液氢温度）,这对超低温深冷容器用材料性能提出了新的挑战。对于不锈钢制超低温深冷容器冷成形塑性变形后再焊接的成形工艺,受制于当前的试验装置和试验技术,-253℃环境下材料防脆断研究仍然较少,相关设计、制造和安全评估仍缺乏数据支撑。为此,本文选取储氢容器用S30408和S30403奥氏体不锈钢作为研究对象,开展冷成形塑性变形后母材和焊接接头的超低温韧性研究。论文主要研究内容和取得成果如下:开展了S30408奥氏体不锈钢-253℃和-100℃环境下示波冲击试验以及-100℃环境下准静态断裂韧性试验,获得了材料-253℃和-100℃动态以及-100℃准静态断裂韧性数据。试验结果表明S30408奥氏体不锈钢在-253℃超低温环境下未出现韧脆转变现象。基于奥氏体不锈钢动态与静态加载阻力曲线之间的比例关系,建立了S30408奥氏体不锈钢深冷低温环境下动态与静态裂纹扩展阻力曲线关系方程,估算了材料-253℃准静态断裂韧性。开展了-253℃环境下S30408和S30403奥氏体不锈钢2.5%5%塑性变形后母材和焊接接头的示波冲击试验,研究了不同塑性变形率对材料冲击韧性的影响,分析了成形过程中的组织变化及断口形貌特征,探讨了冲击吸收能量与侧向膨胀量的关系。结果表明奥氏体不锈钢母材超低温韧性在15%塑性变形后没有发生明显下降;焊接接头的超低温韧性则由于塑性功和裂纹扩展功的降低,出现明显下降;S30408和S30403奥氏体不锈钢在15%塑性变形后,-253℃环境下未出现韧、脆转变的现象,仍是韧性断裂;冲击吸收能量和侧向膨胀量均可作为超低温容器的合格判定指标。本文较为系统地开展了S30408和S30403奥氏体不锈钢在冷成形塑性变形后母材和焊接接头超低温韧性方面的研究,分析了材料冲击韧性的变化规律和断裂特征,获得了-253℃材料准静态断裂韧性数据,评估了奥氏体不锈钢在冷成形塑性变形后发生脆性断裂的可能性,研究成果填补了国内相关领域空白,为超低温容器的设计、制造和安全评估方法探索和标准完善提供了依据。