奥氏体钢生产方法及采用奥氏体钢制造的压缩机壳体

摘要

本发明涉及奥氏体钢的生产方法。该方法的特征在于，首先对钢材进行塑性变形，并随即进行去应力退火。钢的强度由此显著上升，但是低温韧性却不会下降。

说明书

技术领域

本发明涉及奥氏体钢的生产方法以及采用奥氏体钢制造的压缩机壳体，这里的压缩机壳体基本上构造为环形。

背景技术

在集合名词“流体机械”中，概括归纳了水力涡轮机、蒸汽轮机、燃气轮机、风车、离心泵、离心式压缩机以及螺旋桨推进器。所有这些机器的共同之处在于，它们的用途在于吸收流体的能量，以便驱动其它机器，或者反过来，输送给流体能量，以提高其压力。

压缩机的壳体必须被设计成承受高的内部压力。压缩机在这里理解为用于压缩气体、蒸汽或者类似物的工作机械。一部分压缩机用在非常低的工作温度中。在此方面，可以发生工作温度低于-120℃的情况。在如此低的工作温度下，作为制造压缩机壳体的材料，具有奥氏体晶体结构的冷韧性钢被投入使用。然而这种具有奥氏体晶体结构的冷韧性钢仅仅具有很小的强度。对于固体来说，韧性被理解为是，在机械应力下能够发生可以宏观测量的塑性变形。韧性也可以被理解为是物体抵抗塑性变形的阻力的大小，也就是说，产生变形所必须的机械应力和/或能量的大小。韧性的对立面被称为脆性。强度被理解为是构件或者材料对变形或者导致断裂的应力成的阻碍能力，压缩强度、拉伸强度、弯曲强度、剪切或剪力强度以及扭转或旋转强度各不相同。

为了保证压缩机在低工作温度下的安全运转，用于低工作温度应用的压缩机壳体被设计成具有较大的壁厚，这样可以在较低的材料强度下承受内部压力。此外，因为奥氏体钢具有较小的导热性和高的热膨胀系数，所以在壳体之内就有高的温度瞬变的危险，以及由此产生的热应力甚至是出现塑性变形的危险。

发明内容

本发明正是基于这样的现有技术，其所要解决的技术问题在于提供一种提高奥氏体钢强度的方法，通过该方法能够生产出可用于低工作温度下的钢。

该技术问题通过一种用于提高奥氏体钢强度的方法而得以解决，其以如下步骤为特征：

1)使奥氏体钢塑性变形

2)使该奥氏体钢去应力退火

本发明从以下知识出发，使奥氏体钢在去应力退火之前塑性变形可以使其强度显著提高，但是低温韧性却不会显著下降。

比如，该方法能够被使用到在压缩机中所需要的钢上。研究表明，通过塑性变形强度可以提高三倍。

在一个有利的具体实施形式中，步骤1中的塑性变形通过机械膨胀而获得。

由此给出了一种非常简单的方法步骤来实现塑性变形。其它塑性变形的方法步骤也是可行的，比如在内部压力或者确切说是冷轧下的液压的或气动的伸展。

在另一种有利的具体实施形式中，奥氏体钢为圆筒壳体或者环，且步骤1)这样进行，即，借助变形装置使圆筒壳体或者圆筒壳体或环的直径扩大，并使圆筒壳体或者环的厚度减小。

本发明同时从以下方面出发，当奥氏体钢为圆筒壳体或者环时，存在着成本非常有利的使环全部塑性变形的可能性。所述变形装置这样设置到圆筒壳体或环上，即，通过均匀稳定的力传递得到均匀的伸展。

在一种有利的具体实施形式中，变形装置包括一锥形的圆筒。

由此提供了一种特别容易的可能性，即，这样设计变形装置，使得通过锥形圆筒的线性运动将一个力施加在圆筒壳体或者环的内侧，由此使它们全部被扩大。其它的变形装置也是可行的。变形装置也可以包括液压的装置。

在一种有利的具体实施形式中，一个套管被设置在圆筒壳体或者环的外壁，在下一步骤中套管被焊接在圆筒壳体或者环上，接下来的步骤中对带有套管的环进行固熔处理(lsungsgeglüht)并淬火，接着步骤1)实现了圆筒壳体或者环的扩大，然后在下一步骤中使带有套管的环去应力退火，接着穿透套管和环进行钻孔。

在这个方面本发明的出发点是，将套管装在圆筒壳体或者环上应该是有利的，而且是在去应力退火之前装上。

本发明包括一个由奥氏体钢制成的压缩机壳体，该压缩机壳体基本是环形的，并且该压缩机壳体是根据权利要求1至5中的任一项的方法制造出来的。

附图说明

下面参照附图详细地描述本发明的实施例。在此，具有同样附图标记的部件具有相同的功能。在附图中：

图1为带有套管的压缩机壳体的制造的示意图。

图2以图表解释说明冷变形对材料X5CrNiTi18-10的机械特性的影响。

图3以图表解释说明去应力退火温度对材料X5CrNiTi18-10的机械特性的影响。

具体实施方式

在图1中描述了制造压缩机壳体1的6个分步骤。

在图1中可以看到壳体1的剖面图。由此，壳体1的长度从图1是看不出来的。

图1中示出了，在步骤1)中至少包括了一个壳体2和两个套管4a和4b的作为一个圆筒壳体或者环的实施形式的一个压缩机壳体1。壳体2由奥氏体钢构成并基本被设计成环形。壳体2被设计成绕旋转轴3呈环形。在步骤1)中，在两个套管4a和4b上提供钻孔5a和5b。

在步骤2)中，将套管4a和4b焊接在壳体2的外壁6上。

在步骤3)中对带有套管4a和4b的壳体2进行固熔处理及淬火。固熔处理在取决于壳体材料选择的一定温度下进行并持续取决于壳体材料选择的一段时间。壳体和套管的淬火按照传统的方法进行。

在步骤4)中，通过没有详细示出的变形装置对壳体2进行塑性变形，由此壳体2的厚度7变小了。

所述变形装置可以包括一个锥形圆筒。在另一个实施形式中，变形装置可以包含液压的动力传动。但是也可以想象出其它变形装置。

在步骤5)中对壳体2和套管4a和4b进行去应力退火。去应力退火的温度和持续时间根据传统的方法进行选择，这也依赖于奥氏体钢的选择。

在步骤6)中穿过壳体形成通孔8a和8b。随即进行机械加工。

图2示出了冷变形对材料X5CrNiTi18-10，1.4541的机械特性的影响。在左侧Y轴9上是0.2％屈服点，在X轴11上是百分比表示的伸长。在右侧Y轴10上是-196℃下在夏比(Charpy)缺口冲击弯曲实验中所耗损的冲击功18。在曲线12中可以看出0.2％屈服点随着伸长有一个明显的上升。在5％的伸长下0.2％屈服点达到值300MPa。在伸长接近50％时，0.2％屈服点达到三倍的数值，即大约900MPa。所损耗的冲击功18与此相反从在5％伸长时的100焦耳下降到在近似50％伸长时的60焦耳。

研究表明，标准钢X6CrNiTi18-10的0.2％屈服点通过25％的预变形从200MPa上升到600MPa。

图3描述了在冷变形程度25％的情况下在去应力退火中温度对材料X5CrNiTi18-10机械特性的影响。

在图3中，在左侧Y轴9上是0.2％屈服点，在右侧Y轴10上是所耗损的冲击功。在X轴15上以摄氏温度的形式给出了去应力退火温度。曲线16显示了所损耗的冲击功从250℃到550℃的变化曲线。曲线17显示了0.2％屈服点从250℃到550℃的变化曲线。在这个图表中可以看出，钢的特性几乎没有通过去应力退火改变。

通过在图1中所示出的方法可以减小压缩机壳体1的壁厚。由此明显需要更少的材料。另一优点在于，温度瞬变和热应力减小。此外由于热应力(Thermospannung)造成的塑性变形的危险也减小了。