核岛用碳锰钢管热轧过程的强韧化变形机制及缺陷控制

Aimed at the defect problems including Hairline, inner rectilinear line, surface hiatus, et al, as well as strengthening and toughening performance requirements of high temperature plasticity, FAC property, impact ductility, et al, in the hot rolling process of carbon manganese steel tube for nuclear island, the study of theory and experiment on metal strengthening and toughening deformation mechanism and defect control on the condition of complicated technical parameters was proceed. the work mainly research the influence of every kind of technical factor and equipment factor to the matel three dimensional flow mechanism in the hor forming process, establish the stable rolling mathematic model Considering the coupled relation of temperature, deformation and microstructure to to research the field variability distribution regularity of macro-micro deformation field, microstructure transforming stress field, temperature field, et al, as well as every stand's metal flowing regularity of section shape, spread volume, flattening width, specific elongation, et al, to constitute the relation model obetween the technical parameters with charactristic defect. Considering the inclusions, porosity, segregation, the regional crystal micro model was established by means of crystal FE model to research the defect deformation mechanism on the area external load. The influence of thermel stress, residual stress, structural stress to metal performance was analzyed by researching the macro-micro deformation behavior combined with experiments to investigate the strengthening and toughening deformation mechanism in the conditon of complicated technical parameters. On the basis of above works, the hot rolling optimization technics under multi-parameter synergistic regulation was established to realize the stabilizing rolling and defect pre-controlling for high strengthening and toughening seamless tube for nuclear power plant in the retained mandrel rolling process.

针对核岛用碳锰钢管热轧过程产生的发纹、内直道、表面裂孔等缺陷问题，以及高温塑性、抗流动腐蚀性、冲击韧性等强韧化性能要求，开展复杂工艺参量下的金属强韧化变形机制和缺陷控制的理论和实验研究。主要研究热成形过程中的各种工艺因素和设备因素对金属三维流动机制的影响，考虑温度、形变和微观组织之间的耦合关系建立稳定轧制数学模型，研究各机架金属宏观变形场、组织转变应力场、温度场等场变量分布规律，以及各机架断面形状、宽展量、延伸率等金属流动规律，建立工艺参量与特征缺陷的关系模型。考虑夹杂、气孔、偏析的影响，采用晶体有限元理论建立区域晶体细观模型，研究缺陷在区域外载荷作用下的形变机制，研究缺陷成形机理。结合工业试验研究，研究热应力、残余应力、组织应力等对金属性能的影响，研究复杂工艺参量下的强韧化变形机理。在此基础上建立多工艺参量协调控制的热轧优化工艺，实现核电用高强韧化钢管的稳定轧制和缺陷预控。

为了保障核岛用碳锰钢管的高安全性和质量可靠性，以热轧P280GH钢管为研究对象，结合宏微观弹塑性变形理论，开展模型优化、材料形变和热处理研究，解理核岛用碳锰钢管的强韧化变形机制，建立缺陷控制策略。.为了优化钢管生产的连轧模型，考虑轧制过程的失稳临界条件及判定准则建立了钢管热连轧过程的热力耦合模型，研究孔型轧制的金属变形机理；开发了宽展模型，研究宽展规律对产品尺寸精度和钢管横截面积的影响；结合多元线性回归、BP神经网络以及GA-BP神经网络，建立热轧工艺与特征缺陷的对应关系。.为了研究P280GH碳锰钢的强韧性机制，建立了P280GH碳锰钢的本构方程和动态再结晶动力学模型，构建了其热加工图，确定材料最佳热加工参数以及失稳区参数，分析了不同冷却方式下的组织变化及温度变化规律，以及断裂韧度对裂纹扩展的影响。.为了明晰P280GH碳锰钢中夹杂导致的缺陷形变行为，建立了宏观有限元仿真模型，研究夹杂物周围的高应力应变区域以及应力增强区域，明确了高应力对金属缺陷产生的主导作用。且通过建立细观晶体塑性有限元模型，研究高应力下晶体滑移系的运动，发现晶界处的塑性变形向多晶体表面的不断堆积导致了多晶体表面处变形最大。.为了研究P280GH碳锰钢的热脆化机制，开展了加速热老化试验，结果表明随着老化时间的延长，铁素体相内和相界均出现析出物，且位错密度变小，表现出老化（弱化）特征，塑性有略微提升，在韧窝底部有第二相粒子出现。.结合MARC二次开发技术开发了三辊连轧管热轧优化工艺系统，快速预测连轧管成形尺寸精度，分析应力场、应变场、温度场等分布状态与变化方式，实现优化工艺参数和产品质量的有效预控。.在国内外核心期刊发表高水平论文14篇，发明专利2项，培养博士2名、硕士研究生6名。.研究结果应用于攀钢无缝钢管生产指导，解决了大口径荒管轧制生产小口径厚壁钢管内不圆缺陷问题，2015年获得四川省科技进步三等奖。