Mn18Cr18N钢热成形晶粒变化的模拟研究

运用热耦合刚粘塑性有限元微观模拟技术，对Ｍｎ１８Ｃｒ１８Ｎ钢护环扩挤复合热成形和冷却过程进行了计算机模拟．得到了热力参数的分布状况和内部晶粒度变化的规律，当空冷约２１０ｓ时护环内晶粒可达细匀化．这为实现护环的控制锻造与控制冷却。

1Mn18Cr18N钢护环裂纹性质和材质状态分析

采用光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)分析了某电厂300MW发电机运行5万多小时的1Mn18Cr18N钢护环的裂纹性质,并对护环进行了力学性能试验,结果表明护环的材质状态良好,护环开裂系由氯离子引起的应力腐蚀所致。

温度、应变率和晶粒对Mn18Cr18N钢高温塑性的影响

通过拉伸热模拟试验研究了温度、应变率和晶粒尺寸对Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢高温塑性的影响。结果表明：在800℃~1 200℃温度范围内,Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的塑性随温度升高而升高,1 200℃时达到最好,然后开始下降;应变率通过再结晶的作用而影响塑性;当温度低于1100℃时,细晶粒尺寸材料的塑性优于粗晶粒尺寸,而温度高于1 100℃时中等晶粒尺寸材料塑性最好。

1Mn18Cr18N钢护环冷变形前的毛坯准备

1Mn18Cr18N钢护环在冷变形前的毛坯需要具备良好的机械性能,以便在冷变形后的强度能够满足护环的技术要求。同时,护环的的毛坯尺寸需根据冷变形率进行合理设计。

Mn18Cr18N钢护环热锻研究

通过热压缩模拟试验,对Mn18Cr18N钢的高温热塑性进行了研究,对应力-应变曲线进行了测定,对护环热锻工艺过程进行了数值模拟。结果表明:在护环钢锭的初锻期,应变速率应尽量小,压下慢;马杠扩孔和芯棒拔长时应控制压下量。

Mn18Cr18N钢护环热锻工艺研究

本文提出了对抗应力腐蚀能力很强的Mn18Cr18N护环锻件用钢，采用高温形变热处理制坯，亦阐明了这一新工艺是提高护环质量，提高护环生产效率的有效途径。文中重点研讨了高温形变热处理制坯工艺的特点及锻造工艺的主要参数及操作要点。

Mn18Cr18N钢护环的包套冲挤成形数值模拟与试验研究

针对Mn18Cr18N护环钢热成形时易发生开裂、变形不均等缺陷,研究开发了一种新工艺,并对其中的包套冲挤成形进行了数值模拟和试验研究。通过试验验证了有限元模拟计算和实际变形的一致性,同时表明该方法不仅改善了坯料受力变形状态,合理调控了热力参数,有效防止了变形开裂缺陷,有利于提高产品质量和经济效益。

电渣重熔Mn18Cr18N钢的热变形行为与本构方程

采用恒温热压缩实验方法,研究了电渣重熔Mn18Cr18N奥氏体不锈钢在变形温度950℃~1200℃、应变速率0.001~1 s^-1、真应变0.69变形条件下的热变形行为。分析获得了该钢具有较高的热变形激活能637.351 kJ/mol.热变形应变指数值4.95表明热变形主要受位错的攀移所控制。通过分析Z参数对流变应力曲线特征点的影响,建立了由Z参数表示的流变应力曲线特征点模型。基于此,建立了基于动态软化曲线特征点的两段式本构方程。

Mn18Cr18N钢护环生产工艺研究概况

护环是火力发电机组上重要的零部件之一,由于其特殊的工况和使用条件,需用高强度的奥氏体钢锻制,而且应具有较高的抗应力腐蚀能力。80年代前,基本用50Mn18Cr4系列钢制造,经过几十年的运行实践,人们发现50Mn18Cr4系列钢的抗应力腐蚀能力较差,国内外相继开发了Mn18Cr18N系列钢,抗应力腐蚀能力有较大提高。近些年,以德国为代表在开发的更为先进的Mn18Crl8N系列钢-P900和P900—N的基础上,又开发出一种强度更高的材料,P2000,其σ_(0.2)高达1600MPa,处于世界领先水平。

护环用Mn18Cr18N钢室温及高温原位拉伸断裂机理研究

分析了室温、服役温度和过高的热套温度对护环用Mn18Cr18N钢断裂行为的影响,提出了采用高温原位扫描疲劳试验机观察其在常温及高温(100℃和600℃)条件下的原位拉伸微观形貌,得到了高温600℃原位拉伸时,晶界及滑移线出现析出物(M23C6)会影响材料的综合力学性能,使断裂方式由穿晶方式的韧性断裂向沿晶和穿晶混合方式的准解理断裂形式转变。

电渣重熔Mn18Cr18N钢铸态显微组织

通过电于探针和透射电镜的观察，发现电渣重熔Mn18Cr18N钢的铸态组织主要由奥氏体和大块磁化物组成．晶界上有少量的条状相（铁素体、氮化物）。采用1250℃12h的高温扩散退人可以消除铸态组织的显微偏析而使成分均匀。

1Mn18Cr18N钢无磁性护环锻件的试制

1Mn18Cr18N钢系无磁性高锰奥氏体不锈钢，该钢种合金含量高，可锻温度区间窄，在锻造过程中易出现表面裂纹。采用电炉冶炼、电渣重熔工艺获得优质钢锭。锻造加热温度为1190—1210％，终锻温度在900℃以上。多火次，小压下量锻造，把表面裂纹减轻到最低程度。固溶处理后生产出了满足用户需求的护环锻件。

AOD法冶炼护环用奥氏体不锈钢1Mn18Cr18N

通过对1Mn18Cr18N护环钢中氮的溶解度进行热力学计算分析,发现增加钢水中Cr、Mn的含量,能够显著提高氮的溶解度。同时,随着钢水温度的降低,氮的溶解度也会提高。阐述了采用非真空感应炉和电弧炉、AOD与LF精炼等冶炼工艺生产1Mn18Cr18N护环钢的过程,并利用底吹氮气进行合金化处理,缩短了生产时间,同时成分控制也相当稳定。在使用AOD精炼底吹氮气进行合金化时,钢水中氮含量可达到0.547%,氮的溶解度趋于饱和。LF精炼过程在使用氮气底吹和含氮合金的情况下,钢中氮含量可达0.68%。

Mn18Cr18N钢室温拉压循环加载力学行为和微观组织演变机理

通过室温拉压循环加载试验,研究了Mn18Cr18N钢在±0.005~±0.10应变幅范围内的循环加载力学行为和微观组织演变。采用光学显微镜和透射电子显微镜观察了Mn18Cr18N钢包括金相组织、位错形态以及形变孪晶等亚结构在内的微观组织演变。研究结果表明,Mn18Cr18N钢在拉压循环加载中,循环力学特性和应变幅有关,随着循环应变幅的增大,Mn18Cr18N钢的循环应力幅呈现增大趋势。在应变幅为±0.10时,Mn18Cr18N钢经过1个周期循环加载后,流变应力为988.1 MPa,为0.2%初始屈服强度的1.6倍,这说明采用大应变幅循环加载提高了Mn18Cr18N钢的累积塑性应变,从而显著提高了强度。在较低应变幅(±0.005~±0.01)条件下,Mn18Cr18N钢的变形主要以平面滑移为主,位错重排和其他滑移系的激活是造成Mn18Cr18N钢循环软化的主要原因。应变幅较大时,高位错增殖使基体内应力升高,局部区域滑移困难,孪生机制被激活,Mn18Cr18N钢总体上呈现循环强化特性。

冷轧压下率对ZGMn18Cr2钢组织与性能的影响

采用显微组织观察、XRD、硬度测试、冲击磨损试验等研究了不同冷轧压下率(15%~55%)对ZGMn18Cr2钢组织与性能的影响。结果表明:经1120℃×2 h水韧处理的ZGMn18Cr2钢为均匀的奥氏体组织,晶粒呈等轴状。随着冷轧压下率的增加,钢的晶粒不断沿着轧制方向被拉长,变形带逐渐增多,位错密度逐渐增大,硬度逐渐增加,耐磨性能逐渐提高。与未冷轧的ZGMn18Cr2钢相比,冷轧压下率55%的钢硬度提高了131.5%,冲击磨损质量损失降低了37.3%。

异种不锈钢1Cr18Ni9Ti/Mn-Ni-Cr/1Cr21Ni5Ti钎焊接头的组织和性能

针对液体火箭发动机燃烧室的焊接制造,采用Mn-Ni-Cr箔材钎料对异种不锈钢1Cr18Ni9Ti与1Cr21Ni5Ti进行了钎焊实验,研究了工艺参数对接头微观组织结构的影响规律,揭示了焊缝区缺陷、第二相的形成过程。通过力学性能测试获得了接头组织结构与力学性能的响应关系,确定了钎焊的最佳工艺参数为1190℃、30 min,其爆破压力达到80 MPa。利用SEM、EDS以及EBSD等表征手段对断口形貌进行了分析,研究了不同工艺规范下接头的断裂机理,为不锈钢燃烧室的焊接制造提供了工艺理论基础。

Mn18Cr18N钢热锻过程中损伤的研究

通过分析热拉伸中空洞萌生、长大、聚合现象给出了空洞萌生应变和断裂应变的选取方法。采用热拉伸和有限元模拟相结合的方法给出了Mn18Cr18N钢韧性断裂温度区间内损伤临界值。对比热锻物理试验与有限元预报中空洞萌生和断裂发生的时机,结果发现:C+L准则预报结果与热锻试验中损伤的发生具有较高的一致性,而作为对照所选择的R+T准则对损伤过程的预报与试验结果偏差较大。

Mn18Cr18N护环钢多火次热锻过程中晶粒的长大规律

针对Mn18Cr18N钢护环锻件多火次锻造后晶粒易长大的问题,研究了不同加热条件对其晶粒尺寸的影响,同时进行了二火次小试样锻造验证。结果表明:锻件的晶粒尺寸具有一定的遗传性,当再加热温度为1 100℃、保温5 h以内,或者在1 050℃长时间再加热的情况下,均未发生晶粒明显长大现象;该钢晶粒长大模型为D_t^(5.9)—D_0^(5.9)=2.2×10^(26)exp(-486809/RT)·t。

20 t级1Mn18Cr18N高氮钢的冶炼技术研究

1Mn18Cr18N是一种高强度、高抗腐蚀性的不锈钢,通常用于发电机护环上。它的主要成分为18%的锰、18%的铬和0.47%以上的氮。通过1Mn18Cr18N钢中氮的溶解度计算,确定了其成分控制目标。通过氮的合金化方案控制,得到了成分合适的电极;通过在常压100%N_(2)气氛下进行电渣重熔,成功冶炼了一支重量20 t级的1Mn18Cr18N高氮钢电渣锭,该钢锭成分均匀、纯净度良好,N能达到0.65%及以上的良好水平。

1Mn18Cr18N护环钢固溶强化研究

1Mn18Cr18N护环钢热处理过程中不发生相变,是单项奥氏体,所以锻造时产生的碳化物只能通过固溶处理进入奥氏体。利用小试样模拟试验,在1050℃进行固溶处理,通过三种不同冷却方式分析其对力学性能、组织、析出物的影响,得出在水冷(水循环良好)条件下的综合力学性能良好,兼具较低的屈服强度和较好的韧性。