一种考虑室温蠕变的奥氏体不锈钢本构曲线的获取方法

摘要

本发明涉及奥氏体不锈钢加工技术，旨在提供一种考虑室温蠕变的奥氏体不锈钢本构曲线的获取方法。包括：通过奥氏体不锈钢材料的拉伸保载试验，获得构建本构曲线的原始数据；分别以设定应力σ和总应变量ε为横、纵坐标，标记点(σ

说明书

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢本构曲线，特别涉及考虑室温蠕变的奥氏体不锈钢本构曲线的获取方法。

背景技术

奥氏体不锈钢有着明显的室温蠕变特性，即在室温下，当材料长时间承受一稳定的高于屈服强度的应力时，其会发生较为明显的室温蠕变，例如在奥氏体不锈钢制应变强化型深冷容器的应变强化工艺处理中，材料在强化压力下保载1小时以上，保载过程中就会出现室温蠕变现象，整个结构逐渐膨胀，最终产生的蠕变量可达1％～2％。

目前的奥氏体不锈钢室温本构曲线是考虑了加工硬化等多种影响因素的本构曲线，常被用于奥氏体不锈钢材料或结构的应力应变响应理论计算与仿真预测。上述应变强化工艺的结果也常采用数值计算来提前预测。然而，当前这些预测所用的本构曲线并没有考虑室温蠕变带来的影响，因此计算结果也没有包括室温蠕变。若能在有限元仿真中考虑材料的室温蠕变效应，即在仿真所用的奥氏体不锈钢本构曲线中考虑室温蠕变的影响，则可使预测结果与实际结果更接近，预测更准确，显著提高预测精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种考虑室温蠕变的奥氏体不锈钢本构曲线的获取方法。

为解决该技术问题，本发明的技术方案是：

提供一种考虑室温蠕变的奥氏体不锈钢本构曲线的获取方法，包括以下步骤：

(1)通过奥氏体不锈钢材料的拉伸保载试验，获得构建本构曲线的原始数据：

取所需加工的奥氏体不锈钢作为试样，依据标准GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行室温拉伸试验；在试验过程中采用力控制，以相同速率拉伸试样到设定应力σ后保持载荷，保载时间T(σ)通过以下公式进行计算：

上式中：是针对室温蠕变结束时人为设定希望达到的应变率，即当应变率低于等于时就结束蠕变；σ为设定应力，单位MPa；ΔT是与设定的应变率发生时相对应的时间，单位为s，即(ΔT内发生的应变)/

试验完成后，采集试验数据，获得保载完成时材料的总应变量ε；

设定应力σ取不同的应力值{σ₁,σ₂,…,σ_n}，按上述试验过程，得到相对应的总应变量，记为{ε₁,ε₂,…,ε_n}，n的取值范围是[10,+∞)，σ_n的取值范围是(0,标准规定的抗拉强度下限值]；

(2)分别以设定应力σ和总应变量ε为横、纵坐标，标记点(σ₁,ε₁),(σ₂,ε₂),…,(σ_n,ε_n)，通过拟合，建立与应力σ相关的ε变化曲线，该曲线即是考虑了室温蠕变影响的奥氏体不锈钢本构曲线。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明在获取奥氏体不锈钢本构曲线的过程中，考虑了室温蠕变对本构曲线产生的影响。经过对数据测定方法和时间计算公式等的规定，最终获得的本构曲线在应用于后期的奥氏体不锈钢材料或结构的应力应变响应理论计算与仿真预测时，能够显著提高预测精度，预测结果更准确。

附图说明

图1为奥氏体不锈钢在考虑室温蠕变影响前后的本构曲线示意图。

具体实施方式

下面结合具体实例，对本发明所提出的考虑室温蠕变的奥氏体不锈钢本构曲线的获取方法做进一步描述：

(1)通过奥氏体不锈钢材料的拉伸保载试验，获得构建本构曲线的原始数据：

取所需加工的奥氏体不锈钢作为试样，依据标准GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行室温拉伸试验；试验过程采用力控制，以相同速率拉伸试样到设定应力σ后保持载荷，保载时间T(σ)通过以下公式进行计算：

上式中：是针对室温蠕变结束时人为设定希望达到的应变率，即当应变率低于等于时就结束蠕变；ΔT是与设定的应变率发生时相对应的时间，单位为s，即(ΔT内发生的应变)/σ为设定应力，单位MPa；

此处，假定为2.78e^-7，ΔT设定为900s，则保载时间为：

试验完成后，采集试验数据，获得保载完成时材料的总应变量ε；

设定应力σ取不同的应力值{σ₁,σ₂,…,σ_n}，按上述试验过程，得到相对应的总应变量，记为{ε₁,ε₂,…,ε_n}，n的取值范围是[10,+∞)，σ_n的取值范围是(0,标准规定的抗拉强度下限值]；

(2)分别以设定应力σ和总应变量ε为横、纵坐标，标记点(σ₁,ε₁),(σ₂,ε₂),…,(σ_n,ε_n)，通过拟合，建立与应力σ相关的ε变化曲线，该曲线即是考虑了室温蠕变影响的奥氏体不锈钢本构曲线。

在实际运用中，可以控制设定应力σ的取值数量n在10至50个。这样，在建立与应力σ相关的ε变化曲线时，就有10至50个标记点。这个数量范围是比较合适的，既能得到形状较为精确、光滑、连续的曲线，又不会由于数据过多造成试验和数据处理负担过大。

当考虑了室温蠕变影响，奥氏体不锈钢的本构曲线就会发生明显变化，如附图1所示，考虑室温蠕变影响后，材料的本构曲线在屈服点附近开始向右偏移，应力越大，偏移的应变绝对值越大，即采用考虑了室温蠕变的奥氏体不锈钢本构曲线预测实际材料与结构的响应时，其应变水平会更高，预测结果与实际情况更接近，预测精度更高。