试验研究奥氏体不锈钢制压力容器强度裕度研究马利1郑津洋寿比南2缪存坚1施才兴3秦永泉吴琳琳1杨进3方圆3（1.浙江大学化工机械研究所，浙江杭州310027；2中国特种设备检测研究院，北京100013 3张家港中集圣达因低温装备有限公司，江苏张家港215632）钢压力容器爆破试验得到了容器的实际爆破压力，根据爆破压力与设计压力的比值比较不同标准下的压力容器强度裕度，结果说明GB150在许用应力方面相对其他国际标准较为保守，建议以残余应变为1%的屈服强度代替残余应变为02%的屈服强度。
基金项目：本文得到国家科技支撑计划（2006BA02B02）及“特种设备标准体系研究及关键技术标准研制”项目资助符号说明：Rm钢材标准抗拉强度下限值，MPa Rp，*钢材标准常温屈服点（或02%屈服强度）MPa R.2*钢材在设计温度下的屈服点（或0 RD*钢材在设计温度下经10万小时断裂的持久强度的平均值，MPa R1*钢材在设计温度下经10万小时蠕变率为1%的蠕变极限，MPa Ry*工作温度与室温下的屈服强度之比1前言~2006年间亚洲不锈钢产量大约占世界产量的一半，且呈现上升趋势（见表1）。而亚洲不锈钢产量的主要推动力为中国，2006年中国不锈钢产量达到了530万，t超过了日本410万，t成为2006年亚洲最大的不锈钢生产国|1.其中奥氏体不锈钢的产量占不锈钢总产量的2/3以上，而奥氏体不锈钢制产品中电站锅炉和压力容器又占有较大比重。因此在不锈钢消费量日益长的背景下，研究如何提高奥氏体不锈钢的许用应力，体现压力容器安全性经济性并重的设计理念，实现资源利用上的节能降耗具有重要意义。
表1亚洲与世界2002 -2006年不锈钢产量地区亚洲（万）世界（万）2奥氏体不锈钢的许用应力在众多奥氏体不锈钢系列中，以300系列最为常见，其中的304型（18―8型）不锈钢很具有代表性。文中研究的材料为X5CN18*10（编号1.4301）相当于我国的0C18Ni在美国标准中，与其等价的材料为304该材料的力学性能如表2表2氏体不锈钢的力学性能国家区域材料断后伸长率Ai（%）中国欧洲美国目前，国际上的压力容器规范标准包括中国的GB 150-1998欧盟的EN13445*32002、EN13458*22002以及美国八SE珊一I和W*等标准，都对奥氏体不锈钢的许用应力作出了具体的规定。现以奥氏体不锈钢1.4301为例，按照上述各种标准确定的许用应力分别阐述如下。
1998《钢制压力容器》151对高合金钢许用应力的规定，奥氏体不锈钢许用应力的取同时GB150规定，对奥氏体高合金钢制受压元件，当设计温度低于蠕变范围，且允许有微量的永久变形时，可适当提高许用应力至09*2，但不超过Rp 2/1.5（此规定不适用于法兰或其他有微量永久变形就产生泄漏或故障的场合）因此，对于常温奥氏体不锈钢压力容器，在不考虑疲劳的情况下，其许用应力的取值可简化为：，对于奥氏体不锈钢1.4301其室温下Ri.=250MPa =520MPi则许用应力为：*22002181的附录C中提出利用应变强化技术来提高奥氏体不锈钢的屈服强度，从而提高其许用应力。应变强化的原理是：在室温下将容器充满液体，缓慢加压，使容器的总体应力超过屈服强度，达到应力R产生塑性变形后再卸除压力；再次加载时，应力将沿卸载曲线线性长，超过R后才会再次进入塑性阶段，这样相当于提高了奥氏体不锈钢的屈服强度，即屈强比。表3为EN13458*22002中对奥氏体不锈钢1.4301强化应力的规定。
表3奥氏体不<锈钢14301对应的强化应力材料名称代号13458*22002的规范要求，奥氏体不锈钢1.4301的许用应力为：25A9ME珊一1和珊一2根据AME第篇第1分篇191及AME第篇D分篇|41，按常规设计时，取R0 2=205MPaR=515MPa其对应的材料设计系数nn分别为：：5和3.5则许用应力取R，3二者中的较小值为137MPa在AME第I篇D分篇中，规定最大许用应力为138MPa度的材料设计系数降低到2 4对于奥氏体材料（除螺栓外的所有产品形式），在低温时，相对抗拉强度的许用应力规定为/24相对屈服强度的许用应力规定为R02/1. 5在室温和高于室温时，相对抗拉强度的许用应力规定为凡/2 4而相对屈服强度的许用应力规定为mmR，0二民2.这一调整将屈强比较大C>Q625）、以抗拉强度为控制参数的材料的许用应力提高了46%.但对于文中奥氏体不锈钢1. 4301而言，其屈强比（0394）较低，仍以屈服强度为控制参数，许用应力仍为138MPa因此，降低相对于抗拉强度的材料设计系数并不能提高材料的许用应力。
14301（304型）不锈钢在不同温度下的许用应力项目数值温度（*C）一70许用应力（MPa）对比GB150关于低温容器的规定，虽然为低温容器材料许用应力的提高预留了空间，但是并未明确许用应力取值，这应是目前需要研究的重要内容之一。
综合以上各国承压设备设计标准中规定的奥氏体不锈钢压力容器许用应力的现状，可以看出GB150较为保守，其关于1 4301的许用应力仅为137MPa而欧盟EN13445*3EN13458*2规定的许用应力分别为173MPa（与PD的设计值相同）和273MPa同时，通过对各国标准中确定许用应力的分析，发现压力容器设计规范的两个发展趋势：通过提高材料屈服强度而提高其许用应力，如EN 13445―3中采用R.0作为材料的屈服强度而不是Rp 2而EN13458―2则通过应变强化方法大大提高了材料的屈服强度；（2）通过降低材料设计系数来提高材料许用应力。
目前，我国正在开展材料设计系数研究，初步的方案是：在常规设计标准中，将相对于抗拉强度的材料设计系数下降到27；在分析设计标准中，将其下降到2.4表5给出了不同标准及材料设计系数调整后奥氏体不锈钢的许用应力。由表5可见，材料的许用应力取决于屈服强度、抗拉强度以及相对于二者的材料设计系数。由于奥氏体不锈钢的屈强比低，单纯地降低相对于抗拉强度的材料设计系数并不能提高材料的许用应力，而将残余应变为0 2%的屈服强度提高至残余应变为1%的屈服强度（我国标准中无R10的值，故文中采用欧盟标准中的值进行计算）则可使许用应力提高21.9%.当采用97/23/EC承压设备指令PED和EN13445*3中基于断后伸长率来确定许用应力的方法时，其值可提高263%.当采用应变强化方法来提高屈服强度时，许用应力的提高幅度可高达99表5按照不同标准所得的许用应力比较设计方法计算过程许用应力（MPa相对GB150许用应力提高百分比（％）降低材料设计系数n至27降低材料设计系数n至2针对GB采取的措施提高尺《2至R1.提高R至Rp0并降低材料设计系数n至27提高Rp2至Rp0并降低材料设计系数n至24杨新岐，霍立兴，张玉凤。压力容器接管区应力集中弹塑性有限元分析。北京：中国石化出版社。
茆诗丁，丁元，周纪芗，等。回归分析及其试验设计马正飞，殷样。数学计算方法与软件的工程应用DesinFabricatirnspec算力学研宄，通讯地址：浙江大学化工机械研宄所。