不銹鋼無縫管內高壓成形中變形行為及微觀組織演變機理

 浙江至德鋼業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、軸壓脹形中管坯應力應變分析和T型三通管內高壓成形數值模擬，主要得出如下結論：

 1. 試驗的不銹鋼無縫管通過兩階段熱處理工藝（臨界區退火+貝氏體區等溫回火）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變強化系數大、強塑積高等特點，適合內高壓成形工藝。

 2. 至德鋼業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。觀察發現隨著取樣位置向脹形中心移動，殘余奧氏體轉化率升高，鐵素體發生塑性變形，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了不銹鋼中殘余奧氏體的馬氏體相變，整體表現為強度和塑性同時提高，并且也提高了內高壓成形工藝的成形極限，說明不銹鋼無縫管在內高壓加工領域優勢明顯。

 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TRIP處理，內高壓成形工藝中的脹裂都是典型的微孔聚集型斷裂，裂紋擴展方式表現為穿晶斷裂，屬于韌性斷裂。與未經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，應力集中會誘導殘余奧氏體相變，導致裂紋尖端變鈍，減小應力集中程度，進而延緩裂紋擴展，說明TRIP鋼中的TRIP效應提高了內高壓成形中管材抵抗脹裂的能力。

 4. 至德鋼業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是在內壓和軸向力聯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，分析發現可以通過控制加載工藝使θ1+θ2，趨近零，使壁厚應變微量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. 對內高壓T形管成形過程進行了數值模擬，分析在成形T型三通管中應力應變分布規律，結合T成形微觀組織分析實驗中不同部位殘余奧氏體的轉化率，分析了誘導不銹鋼無縫管中TRIP效應發揮的影響因素。在內高壓T形管中，殘余奧氏體的轉化率與所處位置的應變狀態有關，發生拉應變位置轉化率較高，相比之下，壓應變對TRIP效應誘導作用較小，在雙向壓應變位置殘余奧氏體含量最高，誘導馬氏體相變作用最低。

 浙江至德鋼業有限公司在實驗和數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。結合國內外研究現狀及本文研究內容，作者認為以下幾個方面可以做進一步研究與完善：

  a. 通過查閱國內外文獻，在不銹鋼無縫管內高壓成形工藝中具體的應變公式還未給出，下面的工作要結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，設計一套智能加載系統；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用領域。

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