奧氏體不銹鋼管的循環(huán)機(jī)械性能的解釋

在金屬鐵中加入一定量的金屬Cr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于11%）可以形成很強(qiáng)的耐腐蝕合金，我們稱之為不銹鋼管。當(dāng)不銹鋼管中含有一定比例的金屬鎳時，在室溫下可形成穩(wěn)定的奧氏體結(jié)構(gòu)，稱為奧氏體不銹鋼管。最常用的奧氏體不銹鋼管是300系列的鐵鉻鎳鋼，如304和316型不銹鋼管，分別含有18%的鉻和8%的鎳，16-18%的鉻和11-14%的鎳，以及少量的其他元素，如C、N、Mo、Cu和Ti。由于奧氏體不銹鋼具有較強(qiáng)的耐腐蝕性、良好的塑性和一定的強(qiáng)度，已成為化工廠換熱器、核電廠循環(huán)管等大型工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)材料的首選。在這些應(yīng)用中，冷熱流體的溫度波動和內(nèi)壓波動導(dǎo)致溫度場和力場的耦合周期性變化，對奧氏體不銹鋼管的循環(huán)機(jī)械可靠性提出了更高的要求。D也引起了工程材料研究者的極大關(guān)注。

金屬材料循環(huán)力學(xué)性能的試驗(yàn)研究主要包括應(yīng)變疲勞和棘輪疲勞兩個方面。應(yīng)變疲勞是指材料在應(yīng)變控制的循環(huán)載荷作用下的疲勞失效；棘輪疲勞是指在應(yīng)力控制的循環(huán)載荷作用下，棘輪應(yīng)變的累積，其與疲勞的耦合導(dǎo)致材料失效。應(yīng)變疲勞和棘輪效應(yīng)的研究可以根據(jù)不同的應(yīng)力狀態(tài)分為單軸和多軸試驗(yàn)，根據(jù)不同的溫度場分為恒溫和熱機(jī)耦合試驗(yàn)。這些方法已廣泛應(yīng)用于研究奧氏體不銹鋼管的循環(huán)力學(xué)性能。

奧氏體不銹鋼管的應(yīng)變循環(huán)行為

在循環(huán)應(yīng)變加載下，奧氏體不銹鋼管的應(yīng)力響應(yīng)受應(yīng)變幅度、加載速率、加載路徑和溫度場等多種因素的影響。

（1）退火奧氏體不銹鋼管的循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)在室溫下一般可分為兩個階段：初始循環(huán)穩(wěn)定或緩慢循環(huán)硬化階段和顯著的二次循環(huán)硬化階段。

就是這樣。奧氏體不銹鋼管在室溫淬火或冷加工后的循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)可分為三個階段：初始快速循環(huán)硬化階段、后期循環(huán)軟化階段和最終二次循環(huán)硬化階段。浙江不銹鋼管循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)特征也與應(yīng)變幅度有關(guān)[6,7]：隨著應(yīng)變幅度的增大，二次循環(huán)硬化階段越來越明顯，極限應(yīng)力幅度逐漸超過初始循環(huán)應(yīng)力幅度的最大值。命令。一般來說，無論是退火、淬火還是冷加工，奧氏體不銹鋼管在室溫大應(yīng)變幅度下都具有顯著的二次循環(huán)硬化特性。

（2）隨著溫度的升高，奧氏體不銹鋼管的循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)特性變化明顯：在一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)異常的循環(huán)硬化特性[8-14]。以AISI316LN奧氏體不銹鋼管為例，Genet等人[13]在室溫至823K溫度范圍內(nèi)，進(jìn)行了塑性應(yīng)變振幅為0.4%，應(yīng)變率為4*10-4s-1的對稱應(yīng)變循環(huán)，發(fā)現(xiàn)在293K溫度范圍內(nèi)，循環(huán)應(yīng)力振幅的飽和水平隨溫度的升高而降低。到548K，但在648-823K范圍內(nèi)下降，823K的循環(huán)應(yīng)力飽和水平高于室溫。

（3）加載速率對奧氏體不銹鋼管循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)的影響與溫度有關(guān)：室溫加載速率越高，應(yīng)力振幅飽和水平越高，而隨著溫度的升高，這種正相關(guān)逐漸減弱。甚至在一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)負(fù)相關(guān)。Armas等人對304H、316H和316L不銹鋼管分別在300-923K溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了對稱應(yīng)變循環(huán)試驗(yàn)，溫州不銹鋼管應(yīng)變幅度為1%，加載速率分別為2x 10-5s-1、2x10-4s-1和2x10-3s-1。結(jié)果表明，在523-873K范圍內(nèi)，循環(huán)應(yīng)力振幅的飽和水平與加載速率呈負(fù)相關(guān)，即加載速率越低則相反。循環(huán)應(yīng)力振幅的飽和水平應(yīng)較高。與恒溫應(yīng)變循環(huán)相比，在熱-機(jī)械耦合循環(huán)加載條件下，可以提高奧氏體不銹鋼管的循環(huán)硬化程度。不銹鋼管廠家Nagesha等人[17]對573-923K溫度范圍內(nèi)的316L奧氏體不銹鋼管進(jìn)行了恒溫應(yīng)變循環(huán)試驗(yàn)和同相、反相熱機(jī)械循環(huán)試驗(yàn)，結(jié)果表明，材料在相同應(yīng)變幅度下的循環(huán)應(yīng)力幅度在573-923K循環(huán)溫度范圍內(nèi)，加載速率明顯高于所有熱機(jī)械循環(huán)試驗(yàn)。

（5）non proportional multiaxial loading path will lead to additional cycle hardening of austenitic stainless steel tubes[19-21]。Kang等人[21]在室溫至873K下對304奧氏體不銹鋼管進(jìn)行了單軸和多軸應(yīng)變循環(huán)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)非比例多軸加載路徑下等效應(yīng)力幅的飽和水平遠(yuǎn)高于單軸加載路徑下的飽和水平。阿瑟。