TP321奥氏体不锈钢无缝钢管垂直挤压工艺研究

利用热模拟试验机GLEEBLE3500对TP321奥氏体不锈钢进行了等温恒应变压缩试验,分析了变形程度、挤压温度对实际晶粒度的影响。在试生产中验证确定了合理的工艺参数,为TP321奥氏体不锈钢无缝钢管垂直挤压工艺的制定提供了技术依据和支持。     

氢对321不锈钢焊接热影响区力学性能的影响

利用Gleeble3800热模拟试验机和动态充氢慢应变拉伸试验研究了氢对321不锈钢焊接热影响区力学性能的影响,采用扫描电镜和光学显微镜分析了拉伸试样的断裂特征。结果表明:氢导致321不锈钢慢应变拉伸试样断裂模式发生变化,裂纹启裂于试样表面,断口由脆性断口和韧性断口构成。氢会导致321不锈钢焊接热影响区产生严重的塑性损失。焊接近缝区对氢最为敏感,塑性损失为56.1%,抗拉强度下降约50 MPa。     

42CrMo4钢高温拉伸断裂准则与机理的研究

由于变形温度和应变速率是影响42CrMo4钢高温变形损伤断裂行为的重要因素,因此综合考虑了变形温度和应变速率对材料断裂的影响。基于Cockroft-Latham断裂准则,引入温度补偿应变速率因子Zener-Hollomon参数作为修正系数对Cockroft-Latham断裂准则进行改进。通过Gleeble-3800D热模拟试验机对42CrMo4钢进行了温度为950～1100℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)条件下的高温拉伸试验。利用试验结果采用线性拟合确定修正系数,得到改进后的断裂准则,将准则预测结果与试验结构对比验证,二则能很好吻合。利用扫描电镜观察试样拉伸断裂断口的组织形貌。结果表明:42CrMo4钢高温拉伸断裂是典型韧窝型韧性断裂,随着温度的提升,材料塑韧性明显提高;随应变速率的提高,材料塑韧性随之不显著降低。     

奥氏体不锈钢热变形过程中的裂纹敏感性评价方法

在热模拟试验机上采用变截面试样进行高温拉伸试验,评价了304奥氏体不锈钢铸坯的裂纹敏感性。结果表明:该不锈钢产生裂纹最敏感的温度区间为1000~1150℃,这与采用常规的应变—断裂(STF)方法测定的焊缝裂纹最敏感的温度区间相同,只是测定的产生裂纹的临界应变量较小。同时,利用这种方法测量产生裂纹的临界应力,当变形温度低于1000℃左右时临界应力随温度的下降而快速上升,在较高温度区间其随温度的升高而缓慢下降。分析认为,在奥氏体不锈钢铸坯的热变形过程中,流变应力是产生裂纹的重要因素,当流变应力超过临界应力时,将出现裂纹。     

深度调峰机组TP347H高温过热器管的超温老化

在某630 MW超临界机组深度调峰运行中，TP347H高温过热器管发生局部超温，对机组运行产生严重影响。采用显微组织观察和室温拉伸性能测试，结合温度及应力分布的有限元数值模拟，开展了正常运行与超温运行下TP347H高温过热器管的老化评估。结果表明：深度调峰情况下的传热恶化可能造成过热器管超温，管壁最大热应力甚至可能超过TP347H钢管的屈服强度。TP347H高温过热器管频繁超温和高的热应力作用导致服役态TP347H钢管中析出更多的MX和M₂₃C₆第二相，尤其是M₂₃C₆相颗粒在奥氏体晶界的聚集长大，加剧组织老化。在拉伸过程中，裂纹首先在超温运行管样的奥氏体晶界萌生与扩展，再发生穿晶断裂，奥氏体晶界、晶内存在严重的不均匀变形，从而导致其室温拉伸性能，特别是塑性，显著降低。     

20MnSiNb钢高温塑性及其与Nb(C,N)析出的关系

应用Gleeble-3500热／力模拟试验机研究了不同奥氏体化温度及不同应变速率下20MnSiNb钢的高温塑性，发现降低奥氏体化温度及增加应变速率均可使第Ⅲ脆性区的塑性好转。当奥氏体化温度为1350℃、应变速率为0．001s^-1、拉伸温度低于1025℃时，塑性急剧下降。用扫描电镜、透射电镜及光镜分别观察了断口形貌、析出物以及断口金相组织，确定了断裂模式，分析了脆化原因。同时指出了试验钢在实际生产条件下适宜的铸坯矫直温度及轧制过程中铸坯开裂的可能性。     

大直径奥氏体不锈钢无缝钢管的研究与实践

介绍了TP304、TP316、TP321及TP347等300系列大直径奥氏体不锈钢无缝钢管的生产工艺流程以及关键技术控制,包括管坯晶粒度及加热制度,轧制过程控制,以及热处理工艺等。对产品的性能检验结果证实：采用锥形辊穿孔机和带辗轧角的均整机轧制大直径奥氏体不锈钢钢管完全可行,且产品质量良好。     

42CrMo高温塑性损伤机理及损伤模型

以42CrMo钢为研究对象,在Gleeble-1500D热模拟试验机上进行高温拉伸实验,研究了变形温度为900℃、950℃、1 000℃、1050℃、1100℃、1150℃,应变速率为0.01s-1、0.1s-1、1s-1、10s-1条件下的高温变形行为,采用Gleeble Fracture Limit(GFL)方法得到相应的应力、应变参数,基于Normalized CockcroftLathamm损伤模型,计算得到不同变形温度和不同应变速率时的临界损伤值,考虑变形温度和变形速率对临界损伤值的影响引入了Zener-Hollomon参数,得到临界损伤值与lnZ值之间的高温损伤模型。采用扫描电镜对拉伸断口进行断口形貌观察,发现大量韧窝及夹杂物的存在,分析得到该断裂机制为韧性断裂。     

用改进的有限元模型分析二辊斜轧穿孔过程

借助有限元软件MSC.SuperForm2005,建立了新型的2D模型.采用Oyane断裂准则对圆坯二辊斜轧时的内撕裂形成过程进行二维热-力耦合数值模拟.模型中不仅反映了轧辊送进角和轧辊入口锥角的影响,而且还考虑了辊径的影响.结合宝钢140 mm全浮芯棒连轧机组Diescher穿孔机的工具和变形参数,分析了管坯斜轧时的应力应变状态和韧性断裂的特征值的分布状况,得到了管坯临界压下率.数值模拟结果与实际吻合较好,从而对生产过程合理确定变形参数有指导意义.     

板条马氏体钢的断裂韧性与缺口韧性拉伸塑性的关系

研究了超高强度板条马氏体钢的平面应变断裂的韧性与缺口韧性,拉伸塑性之间的关系,实验结果表明,断裂韧性受控于裂尖前沿很小范围内（１－２倍临界裂纹张开位移δｃ）显微组织的微观塑性,钝缺口韧性,拉伸塑性则受控于奥氏体晶粒尺寸或板条束直径,特征距离与裂纹尖端钝化所产生的有效变形区尺寸（２δｃ）相对应,并提出的断裂性与缺口韧性,拉伸塑性的关系取决于尖裂纹前沿有效变形区尺寸（２δｃ）与原奥氏体晶粒尺寸（ｄｒ）     

残余奥氏体对双相钢断裂失效性能的影响

选取传统高强度双相钢HC420/780DPD+Z和与其化学成分相同、组织存在一定量残余奥氏体差异的HC440/780DHD+Z为研究对象，研究了残余奥氏体对高强度双相钢断裂失效性能的影响。设计了5种表征不同断裂失效状态的试样，测试获得各试样的临界断裂应变和力-位移曲线；采用有限元法搭建了试样模型，并对比了试验和仿真关键参数误差，验证了模型的准确性。通过模型获取了各试样断裂单元的应力三轴度和临界断裂应变；基于MMC断裂失效模型拟合获得断裂失效曲线；采用90°V型弯曲试验和仿真对比分析验证了断裂失效曲线的准确性。结果表明，残余奥氏体组织加入后，高强度双相钢的抗拉强度基本保持不变，断后伸长率、强塑积和应变硬化指数明显提升；断裂失效性能明显提升，相同应力三轴度的极限断裂失效应变明显提高；90°V型弯曲模型获取的临界塑性应变与断裂失效曲线提取的数值一致，表明所获得的断裂失效曲线是可靠的；在基体组织中引入一定量的残余奥氏体组织有助于提升高强度双相钢碰撞过程中的承载吸能特性。     

430、444不锈钢连铸坯的高温力学性能研究

通过Gleeble-1500D热/力模拟试验机对某钢厂生产的430、444两种不锈钢连铸坯进行高温力学性能测试，分析了其高温强度性能和高温热塑性。结果表明，两种不锈钢连铸坯的抗拉强度和屈服强度均随温度的升高而降低，在1 200°C以后抗拉强度<20 MPa,屈服比高达85%～90%,利用率低；430不锈钢连铸坯的第Ⅰ脆性温度区为T_m～1 338℃(为常温常压金属熔点),第Ⅲ脆性温度区为800～900℃,在1 050～1 300℃的断面收缩率>60%,塑性较好；444不锈钢的第Ⅰ脆性温度区为T_m～1 327℃,在600～1 050℃断面收缩率，塑性较好；另外分别用不同的应变速率进行拉伸比较实验，得出两不锈钢的强度随应变速率的变化关系。     

Effects of Strain Rate and Temperature on Mechanical Property of Nickel-based Superalloy GH3230

对航空发动机用新型镍基高温合金GH3230在不同温度和应变速率下进行了高温拉伸-断裂试验,分析了应变速率和温度对该合金高温力学性能的影响。结果表明,随着应变速率的增加和温度的下降,合金的塑性流动应力有所提高,加工硬化指数下降。从流变应力、应变速率和温度的相关性,得到应变速率敏感系数是一个独立于温度的常量,并计算出GH3230合金的变形激活能=441 kJ/mol。GH3230合金的热变形温度在1273 K左右时,合金在变形过程中能够充分再结晶,并得到晶粒细小、均匀的组织。SEM断口分析表明GH3230合金在高温下（1144~1273 K）应变率范围为10-3~10-1 s-1时的拉伸断裂都是由损伤引起的韧性断裂,且温度对断口形貌影响不大,但应变速率增大会使韧窝尺寸和深浅变小。     

低压铸圆坯的穿孔工艺研究

本文概述了低压铸坯的组织特点,并就实验室和工业试验结果指出:低压铸坯具有良好的高温塑性,在二辊斜轧穿孔机上给予足够的加工可以获得内外表面良好、机械性能合格的穿孔毛管。     

Ti40阻燃钛合金热变形的开裂预测

Ti40阻燃钛合金热变形困难且容易发生开裂。因此，研究该合金在不失效的情况下实现预期的变形就显得非常重要。本研究采用韧性断裂准则和有限元模拟相结合的方法，对Ti40合金热变形过程进行开裂预测。通过圆柱试样不同温度和应变速率的压缩模拟试验，发现在一定的变形条件下该合金会发生纵向开裂和剪切开裂。随后的有限元模拟获得了变形试样各个区间的应力一应变分布情况及演变过程，这被用来评价6种已有的韧性断裂准则对Ti40合金高温变形的初始开裂位置及损伤值预测的准确性。研究结果表明，只有Oyane韧性断裂准则能准确地预测试验范围内所有条件的Ti40合金的初始开裂位置和临界开裂值。     

TiB95合金管材斜轧穿孔工艺的有限元模拟

为了研究TiB95合金在高温下斜轧穿孔过程中管材金属的流动特点,采用ABAQUS有限元软件对其进行了三维热力耦合模拟,研究了轧辊压下率对TiB95钛合金斜轧穿孔的影响和轧制过程中管材的温度场和应力应变场分布规律。结果表明,压下率15%时有利于穿孔;管体温度升高了约90℃,导致轧制时整体温度在相变点温度以上;应力和应变呈W型分布,等效应力最大值出现在顶头前部周围,达到约69 MPa;等效应变最大值在内表面纵向出口处,达到约7.6。采用模拟所得优化参数,在二辊斜轧穿孔机上顺利轧制出尺寸和壁厚均匀的钛合金无缝管,证实了模拟结果的可靠性。     

节镍型高氮奥氏体不锈钢的动态再结晶行为

对节镍型高氮奥氏体不锈钢在不同应变速率、不同变形温度下进行热变形模拟试验,并根据试验数据绘制应力-应变曲线。利用加工硬化率θ与应力-应变σ的曲线拐点和-dθ/dσ-σ曲线最小值点判定动态再结晶开始状态。确定动态再结晶临界应力σ_c和临界应变ε_c。同时计算出临界应变ε_c与峰值ε_p间的关系:ε_c≈0.378ε_p。构建出节镍型奥氏体不锈钢动态再结晶临界应变预测模型:lnε_c=0.026 85lnZ-4.7358。     

Nb-Ti连铸坯热芯大压下轧制动态再结晶行为研究

采用热模拟单道次压缩实验，研究了Nb-Ti连铸坯热芯大压下轧制中动态再结晶行为及奥氏体晶粒转变规律。结果表明，变形温度越高，应变速率越低，发生动态再结晶的临界应变值越小，动态再结晶越充分。在变形温度1 350 ℃，继续增加应变至0.8和增加应变速率至10 s^-1，奥氏体晶粒尺寸并未得到进一步细化，反而较应变0.5和应变速率5 s^-1下的奥氏体晶粒更加粗大。这是因为高温粘塑性区的金属晶间粘性流动增加，位错增殖速度增大，在动态再结晶过程中会重新形成新的无畸变再结晶晶粒，这些新的无畸变晶粒的亚动态再结晶动力学极快，在较大驱动力下使奥氏体晶界快速迁移，从而使奥氏体发生一定程度的粗化。     

V对含氮马氏体不锈钢组织和力学性能的影响

为提升含氮马氏体不锈钢在高温下服役性能,设计了两种试验钢(一种添加0.12%V (质量分数),一种不加V),采用冲击、拉伸试验机、洛氏硬度计、Thermo-Calc软件、OM、SEM、TEM研究了添加微量的V对含氮马氏体不锈钢组织和力学性能的影响。结果表明,在较高温度450～550℃下回火,添加0.12%V较不加V的含氮马氏体不锈钢硬度提高了0.6～1.9 HRC,冲击吸收能量提高了1.2～3.8 J。1050℃淬火、-73℃冷处理、530℃回火后,添加0.12%V钢的塑韧性得到较大提升,断裂方式改变为韧-脆混合断裂,原奥氏体晶粒尺寸由16.48μm减小为11.12μm,未溶第二相的种类和分布由沿着原奥氏体晶界呈断链状分布的短棒状M₂₃C₆碳化物转变为弥散分布的球状碳化物和碳氮化物。通过细化晶粒和均匀分布的球状碳化物、碳氮化物,使得含氮马氏体不锈钢的强度和塑韧性均得到提升。     

一种改进的Cockroft-Latham断裂准则及其在液固挤压中的应用

由于变形温度和应变速率是影响液固态C_sf/Mg复合材料损伤行为的重要因素,因此将与变形温度和应变速率相关的Zener-Hollomon参数作为一个修正系数引入Cockroft-Latham断裂准则。采用高温及半固态单轴拉伸试验方法得到不同lnZ下C_sf/Mg复合材料的断裂应变,通过非线性拟合确定了模型中的修正系数,从而得到改进的Cockroft-Latham断裂准则。将该断裂准则应用于液固挤压成形过程中的数值模拟,发现模拟结果与试验结果基本吻合。表明该断裂准则可以很好地应用于镁基复合材料液固挤压表面裂纹的预测。