不銹鋼無縫管內(nèi)高壓成形中變形行為及微觀組織演變機理

 浙江至德鋼業(yè)有限公司選用先進高強鋼的代表不銹鋼無縫管作為實驗管材，通過對軸壓脹形管和T型三通管成形過程中微觀組織分析、軸壓脹形中管坯應(yīng)力應(yīng)變分析和T型三通管內(nèi)高壓成形數(shù)值模擬，主要得出如下結(jié)論：

 1. 試驗的不銹鋼無縫管通過兩階段熱處理工藝（臨界區(qū)退火+貝氏體區(qū)等溫回火）可以獲得多相微觀組織的奧氏體鋼，與普通無縫管種相比，不銹鋼無縫管具有應(yīng)變強化系數(shù)大、強塑積高等特點，適合內(nèi)高壓成形工藝。

 2. 至德鋼業(yè)對不銹鋼無縫管進行了軸壓脹形實驗，并對成形后鋼管進行了微觀組織演變觀察。觀察發(fā)現(xiàn)隨著取樣位置向脹形中心移動，殘余奧氏體轉(zhuǎn)化率升高，鐵素體發(fā)生塑性變形，并有攣晶馬氏體形成，位錯密度增加，這些都起到增強鋼管強度的作用，說明軸壓脹形工藝中的形變誘發(fā)了不銹鋼中殘余奧氏體的馬氏體相變，整體表現(xiàn)為強度和塑性同時提高，并且也提高了內(nèi)高壓成形工藝的成形極限，說明不銹鋼無縫管在內(nèi)高壓加工領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。

 3. 通過對不同鋼材、不同加載工藝的自由脹形管材脹裂失效的裂紋尖端分析，得出無論材料是否經(jīng)TRIP處理，內(nèi)高壓成形工藝中的脹裂都是典型的微孔聚集型斷裂，裂紋擴展方式表現(xiàn)為穿晶斷裂，屬于韌性斷裂。與未經(jīng)TRIP處理的不銹鋼無縫管相比，由于TRIP鋼中殘余奧氏體的存在，當裂紋擴展至殘余奧氏體晶粒時，應(yīng)力集中會誘導殘余奧氏體相變，導致裂紋尖端變鈍，減小應(yīng)力集中程度，進而延緩裂紋擴展，說明TRIP鋼中的TRIP效應(yīng)提高了內(nèi)高壓成形中管材抵抗脹裂的能力。

 4. 至德鋼業(yè)通過對不銹鋼無縫管軸壓脹形的受力分析，認識到軸壓脹形實質(zhì)是在內(nèi)壓和軸向力聯(lián)合作用下的一種塑性成形工藝，在軸壓脹形工藝中，通過改進加載路徑可有效提高成形極限，分析發(fā)現(xiàn)可以通過控制加載工藝使θ1+θ2，趨近零，使壁厚應(yīng)變微量dε，趨近零，壁厚基本不變，避免由于壁厚減薄導致管坯破裂失效。

 5. 由于不銹鋼無縫管中殘余奧氏體的存在，使其具有良好的塑性，有利于T型三通管的成形，可以獲得較大的支管成形高度。對加工出的T型三通管進行微觀組織觀察，不同取樣位置處微觀組織存在明顯差異。

 6. 對內(nèi)高壓T形管成形過程進行了數(shù)值模擬，分析在成形T型三通管中應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，結(jié)合T成形微觀組織分析實驗中不同部位殘余奧氏體的轉(zhuǎn)化率，分析了誘導不銹鋼無縫管中TRIP效應(yīng)發(fā)揮的影響因素。在內(nèi)高壓T形管中，殘余奧氏體的轉(zhuǎn)化率與所處位置的應(yīng)變狀態(tài)有關(guān)，發(fā)生拉應(yīng)變位置轉(zhuǎn)化率較高，相比之下，壓應(yīng)變對TRIP效應(yīng)誘導作用較小，在雙向壓應(yīng)變位置殘余奧氏體含量最高，誘導馬氏體相變作用最低。

 浙江至德鋼業(yè)有限公司在實驗和數(shù)值計算方面做了一系列的研究工作，雖然取得了一定的成果，但由于作者水平和研究時間的限制，本文仍存在許多不足。結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及本文研究內(nèi)容，作者認為以下幾個方面可以做進一步研究與完善：

  a. 通過查閱國內(nèi)外文獻，在不銹鋼無縫管內(nèi)高壓成形工藝中具體的應(yīng)變公式還未給出，下面的工作要結(jié)合塑性成形理論對管材軸壓脹形工藝中壁厚分布進行定量計算，推導出具體的壁厚分布公式。

  b. 液壓成形工藝中加載路徑通常是利用試錯法，該方法效率非常低，這就大大增加了加工成本，可以利用多種傳感器以及智能控制方法，設(shè)計一套智能加載系統(tǒng)；可以綜合利用材料特性，增大液壓成形極限，進而擴大該工藝的應(yīng)用領(lǐng)域。

  c. 對不銹鋼無縫管的研究中，對應(yīng)變誘導相變機制已清晰理解，但對相變與應(yīng)變之間函數(shù)關(guān)系的研究較少，通過大量實驗推導在恒定條件下殘余奧氏體發(fā)生相變量與應(yīng)變之間的函數(shù)關(guān)系，然后將材料強化方程導入材料庫，使數(shù)值模擬的計算更加準確，這將是未來工作的一個方向。