不锈钢无缝管内高压成形中变形行为及微观组织演变机理

 浙江至德钢业有限公司选用先进高强钢的代表不锈钢无缝管作为实验管材，通过对轴压胀形管和T型三通管成形过程中微观组织分析、轴压胀形中管坯应力应变分析和T型三通管内高压成形数值模拟，主要得出如下结论：

 1. 试验的不锈钢无缝管通过两阶段热处理工艺（临界区退火+贝氏体区等温回火）可以获得多相微观组织的奥氏体钢，与普通无缝管种相比，不锈钢无缝管具有应变强化系数大、强塑积高等特点，适合内高压成形工艺。

 2. 至德钢业对不锈钢无缝管进行了轴压胀形实验，并对成形后钢管进行了微观组织演变观察。观察发现随着取样位置向胀形中心移动，残余奥氏体转化率升高，铁素体发生塑性变形，并有挛晶马氏体形成，位错密度增加，这些都起到增强钢管强度的作用，说明轴压胀形工艺中的形变诱发了不锈钢中残余奥氏体的马氏体相变，整体表现为强度和塑性同时提高，并且也提高了内高压成形工艺的成形极限，说明不锈钢无缝管在内高压加工领域优势明显。

 3. 通过对不同钢材、不同加载工艺的自由胀形管材胀裂失效的裂纹尖端分析，得出无论材料是否经TRIP处理，内高压成形工艺中的胀裂都是典型的微孔聚集型断裂，裂纹扩展方式表现为穿晶断裂，属于韧性断裂。与未经TRIP处理的不锈钢无缝管相比，由于TRIP钢中残余奥氏体的存在，当裂纹扩展至残余奥氏体晶粒时，应力集中会诱导残余奥氏体相变，导致裂纹尖端变钝，减小应力集中程度，进而延缓裂纹扩展，说明TRIP钢中的TRIP效应提高了内高压成形中管材抵抗胀裂的能力。

 4. 至德钢业通过对不锈钢无缝管轴压胀形的受力分析，认识到轴压胀形实质是在内压和轴向力联合作用下的一种塑性成形工艺，在轴压胀形工艺中，通过改进加载路径可有效提高成形极限，分析发现可以通过控制加载工艺使θ1+θ2，趋近零，使壁厚应变微量dε，趋近零，壁厚基本不变，避免由于壁厚减薄导致管坯破裂失效。

 5. 由于不锈钢无缝管中残余奥氏体的存在，使其具有良好的塑性，有利于T型三通管的成形，可以获得较大的支管成形高度。对加工出的T型三通管进行微观组织观察，不同取样位置处微观组织存在明显差异。

 6. 对内高压T形管成形过程进行了数值模拟，分析在成形T型三通管中应力应变分布规律，结合T成形微观组织分析实验中不同部位残余奥氏体的转化率，分析了诱导不锈钢无缝管中TRIP效应发挥的影响因素。在内高压T形管中，残余奥氏体的转化率与所处位置的应变状态有关，发生拉应变位置转化率较高，相比之下，压应变对TRIP效应诱导作用较小，在双向压应变位置残余奥氏体含量最高，诱导马氏体相变作用最低。

 浙江至德钢业有限公司在实验和数值计算方面做了一系列的研究工作，虽然取得了一定的成果，但由于作者水平和研究时间的限制，本文仍存在许多不足。结合国内外研究现状及本文研究内容，作者认为以下几个方面可以做进一步研究与完善：

  a. 通过查阅国内外文献，在不锈钢无缝管内高压成形工艺中具体的应变公式还未给出，下面的工作要结合塑性成形理论对管材轴压胀形工艺中壁厚分布进行定量计算，推导出具体的壁厚分布公式。

  b. 液压成形工艺中加载路径通常是利用试错法，该方法效率非常低，这就大大增加了加工成本，可以利用多种传感器以及智能控制方法，设计一套智能加载系统；可以综合利用材料特性，增大液压成形极限，进而扩大该工艺的应用领域。

  c. 对不锈钢无缝管的研究中，对应变诱导相变机制已清晰理解，但对相变与应变之间函数关系的研究较少，通过大量实验推导在恒定条件下残余奥氏体发生相变量与应变之间的函数关系，然后将材料强化方程导入材料库，使数值模拟的计算更加准确，这将是未来工作的一个方向。