超大型锻件热锻表面开裂及组织演变研究

发布时间：2020-06-13 13:32

【摘要】：最近,越来越多的超大型锻件,例如反应堆压力容器的接管段和上封头、整体汽轮机低压转子,被制造并应用在新一代大功率核电站上。超大型锻件的出现不但缩短制造周期、降低生产成本,更重要的是能提高安全性和服役周期,提高电站的功率和效率。超大型锻件的锻造特点就是变形时的应变速率特别低(平均应变速率在0.001s~(-1)的量级)、表面冷却缓慢。但是长期以来,人们研究大锻件变形行为和开裂行为的速率基本都在0.01~10s~(-1)的研究范围,而且均是在恒温条件下。超大型锻件锻造的组织演变规律、表面开裂行为仍缺少详细的基础数据,制约了超大型锻件的制造和发展。因此,本文以18Mn18Cr0.6N为模型材料,通过物理实验探究其在连续冷却变形和极低应变速率变形时的表面开裂行为和组织演变规律,并运用DEFORM-3D有限元分析软件模拟超大型锻件的连续冷却变形过程。得到以下结论:(1)18Mn18Cr0.6N以0.001s~(-1)连续冷却拉伸变形(编号T1200-1090)时,其断面收缩率高于1200℃恒温拉伸试样(编号T1200)和1090℃(T1090)恒温拉伸试样。不同条件下的拉伸试样流变曲线趋势相似,但是连续冷却拉伸试样(T1200-1090)存在明显的加工硬化现象。(2)通过EBSD测定,T1200-1090断口附近的KAM值和小角晶界比例均高于T1200和T1090的,然而,其再结晶比例则比T1200和T1090的低。18Mn18Cr0.6N以0.001s~(-1)连续冷却压缩变形(编号C1200-1090-275)时,其再结晶比例低于1200℃恒温(编号C1200-275)和1090℃恒温压缩变形(编号C1090-275)的,小角晶界比例较低。显然,连续冷却变形抑制了动态再结晶的进行。基于上述结论,建立连续冷却变形对再结晶抑制的模型。(3)18Mn18Cr0.6N以0.0001s~(-1)分别在1150℃和1050℃压缩至不同真应变时,1050℃下压缩时的晶粒细化效果更加明显。然而,从1150℃降低到1050℃时,变形抗力提高了一倍。基于上述结论,提出了18Mn18Cr0.6N以0.0001s~(-1)压缩变形时的动态再结晶形核机制。(4)18Mn18Cr0.6N以0.0001s~(-1)变形时,裂纹很容易因晶粒转动的不协调而在晶界萌生,并且依次沿着晶界、孪晶界、晶内的途径进行扩展。(5)利用DEFORM-3D软件模拟了超大型锻件连续冷却变形过程。无论是恒温变形还是连续冷却变形,Normalized CL准则损伤最高值均出现在圆柱试样侧表面半高处,并且向着心部逐渐降低。在相同应变下,连续冷却变形时的Normalized CL准则损伤数值高于恒温变形的,并且随着应变的增加,其差值逐渐变大。
【图文】：

燕山大学工学硕士学位论文600 吨级钢锭的冶炼、铸造和锻造，突破了目前重工业的限制，成为超大型锻件的典型代表。超大型锻件的生产能力、产品层次以及整体质量水平也逐渐成为代表国家工业发展水平和国防实力的重要标志。a）AP1000 整锻低压转子 b）AP1000 核反应堆压力容器

燕山大学工学硕士学位论文第 3 章 连续冷却条件下热锻表面开点研究 18Mn18Cr0.6N以 0.001s-1应变速率连续冷却变形察组织演变情况，分析裂纹扩展和再结晶行为，，总结出表面开裂机理。冷却条件下拉伸开裂行为流变曲线 给出了不同条件下拉伸试样的流变应力曲线。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG316.192;TM623

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本文编号：2711252