12％Cr超超临界转子钢锻造过程微观组织演变的实验及其模拟的研究.pdf

中文摘要 中文摘要 12％Cr超超临界转子钢以其具有良好的锻造性、淬透性、抗氧化性、焊接性和持久 韧性成为1000MW超超临界核电机组高压转子的选用材料。但是超超帷界转子的体积 非常庞大，这使得在锻造和热处理过程中转子的组织变化很难控制，普遍存在着混晶、 粗晶等问题，从而导致转子的屈服强度和冲击韧性大大下降，不利于机械性能的提高。 因而，对12％Cr超超临界转子钢在锻造过程中的微观组织演变规律进行较为全面的研 究，在实验数据的基础上，可以对超超临界转子在实际锻造过程中的微观组织演变提供 较为准确的预测，并且为大型锻件在制造过程中的关键技术提供重要的理论依据，此外 对金属材料微观组织演变有限元模拟技术的发展有着重要的现实意义和理论价值。 本文结合物理模拟与数值模拟两大模拟技术，系统研究了12％Cr超超临界转子钢 在锻造过程中的微观组织演变规律以及微观组织模拟技术。建立精确地微观组织演变模 型是准确地进行有限元模拟的前提，所以本文从晶粒长大、动态再结晶、静态再结晶以 及亚动态再结晶等方面开展了基础研究，主要获得以下结论： (1)通过在不同工艺参数下奥氏体晶粒长大规律的研究，获得了12％Cr超超临界 转子钢晶粒长大规律并采用以回归误差平方和最小化为优化目标的方法建立了晶粒长 大模型，同时将模型的拟合值与实验值进行了对比，验证了模型的可靠性。 子钢在不同变形参数下的高温流变行为。通过对基础实验数据的分析，确定了用双曲正 弦函数来描述12％Cr超超临界转子钢高温塑性变形时的流变应力与变形速率以及变形 温度之间的关系。根据应力应变曲线，通过加工硬化率一应变关系确立了动态再结晶的 临界应变值，并建立了动态再结晶动力学模型和相应的晶粒尺寸模型。 临界转子钢静态软化行为，通过分析应力应变曲线得出静态再结晶和亚动态再结晶的软 化曲线都符合Avrami方程。通过对不同的变形参数研究，获得了各自相应的再结晶动 力学模型和晶粒尺寸模型。 (4)结合宏观热力学行为与微观组织演变的耦合技术，将微观组织演变模型输入 DEFoRM．3D软件中，对不同软化行为的实际锻造试验过程进行了模拟，并将模拟所得 的晶粒尺寸结果与实际锻造试验所得的晶粒尺寸结果进行对比，两者误差较小，从而验 证了所建微观组织模型的可靠性。 关键词：12％Cr超超临界转子钢；大型锻件；微观组织；模拟技术 万方数据 12％Cr超超临界转子钢锻造过程微观组织演变的实验及模拟研究 ．1l- 万方数据 ABSTRACT ABS’IIRACl’ to Dueexcellent plasticity,hardenability,oxidation andSOon，12％Cr rotorsteelbecomesthematerialof ultra-supercritical high in nuclear the rotorthe1000MW set．But pressure ultra—supercritical microstructuralevolutionofthe volumeoftherotorisdifficultto verylarge control the andheattreatment leadstothe duringforging process，which o