高強(qiáng)塑性TRIP鋼無(wú)縫管的開(kāi)發(fā)及其內(nèi)高壓成形性能的研究.pdf

1、在社會(huì)倡導(dǎo)低碳節(jié)能環(huán)保的大背景下，各種運(yùn)輸機(jī)械也向著輕量化的方向發(fā)展。目前，利用內(nèi)高壓成形等技術(shù)生產(chǎn)空心零件以代替實(shí)心零件具有的顯著減重效果倍受關(guān)注。為了提高空心零件的強(qiáng)度并降低生產(chǎn)成本，則需要研究開(kāi)發(fā)出具有較高強(qiáng)度同時(shí)兼有良好成形性能的管坯。在此背景下，本文將已經(jīng)趨于成熟的TRIP鋼生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用到了鋼管的生產(chǎn)領(lǐng)域，成功開(kāi)發(fā)出了具有鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體和少量馬氏體組織的薄壁TRIP鋼無(wú)縫管，并利用普通拉伸、管端擴(kuò)口、環(huán)形拉伸以及液

2、壓自由膨脹等試驗(yàn)手段對(duì)其力學(xué)性能及內(nèi)高壓成形性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了熱處理工藝對(duì)TRIP鋼無(wú)縫管微觀組織、力學(xué)性能以及內(nèi)高壓成形性能的影響。主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:
　　(1)利用冶煉-鍛造-穿孔-冷拔-熱處理工藝成功生產(chǎn)出了化學(xué)成分為A、B、C、D、E和F的TRIP鋼薄壁無(wú)縫管。
　　TRIP鋼無(wú)縫管的微觀組織含有鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體及少量馬氏體，具有良好的軸向力學(xué)性能，延伸率均接近或超過(guò)了30％。其中鋼管D-Ⅱ的強(qiáng)塑

3、積達(dá)到28269MPa·％;鋼管F-Ⅴ的延伸率達(dá)到40％，其殘余奧氏體含量也達(dá)到了10.26％的較高值。
　　(2)研究了熱處理工藝對(duì)TRIP鋼無(wú)縫管微觀組織及力學(xué)性能的影響。
　　重點(diǎn)研究了熱處理工藝對(duì)鋼管A和B的軸向力學(xué)性能、微觀組織、殘余奧氏體含量及其形態(tài)分布的影響。結(jié)果表明:在一定的臨界退火溫度下，殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)均隨著退火時(shí)間的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì);在一定的貝氏體等溫淬火溫度下，殘余奧氏體含量均隨等溫淬火

4、時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，總延伸率以及強(qiáng)塑積也有相似的變化趨勢(shì)。
　　(3)利用管端擴(kuò)口試驗(yàn)對(duì)TRIP鋼無(wú)縫管的內(nèi)高壓成形性能進(jìn)行了研究，分析了錐形工具頂角以及熱處理工藝對(duì)擴(kuò)口極限的影響。
　　重點(diǎn)對(duì)化學(xué)成分為B、C和D的鋼管擴(kuò)口極限進(jìn)行了研究，分析了錐形工具頂角對(duì)鋼管B、C和D擴(kuò)口極限的影響，以及熱處理工藝對(duì)鋼管C和D的擴(kuò)口極限的影響。結(jié)果表明:各鋼管的擴(kuò)口極限隨著錐形工具角度的減小而減小;鋼管C和D的管端擴(kuò)口極限

5、隨著貝氏體區(qū)等溫淬火時(shí)間由3min增加到9min，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)?shù)葴卮慊饡r(shí)間為6min時(shí)，擴(kuò)口極限均達(dá)到最大。
　　(4)提出利用管端擴(kuò)口試驗(yàn)確定Oyane韌性斷裂準(zhǔn)則中材料常數(shù)的方法，并利用TRIP鋼無(wú)縫管與碳素鋼無(wú)縫管兩種不同的材料，對(duì)此方法的普遍適用性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　首先，分別采用頂角角度為20°、30°和60°的錐形工具中的任意兩個(gè)，利用實(shí)驗(yàn)及FEM模擬的手段對(duì)管端擴(kuò)口過(guò)程進(jìn)行研究，得到材料常數(shù)a和b;

6、然后，采用材料常數(shù)a和b，在FEM模擬中預(yù)測(cè)利用第三個(gè)錐形工具時(shí)管材的最大擴(kuò)口極限與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證此方法的可靠性;最后，利用TRIP鋼管與普通碳素鋼管的管端擴(kuò)口試驗(yàn)驗(yàn)證此方法的普遍適用性。結(jié)果表明，此方法具有較高的準(zhǔn)確性和普遍適用性。
　　(5)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出環(huán)形拉伸試驗(yàn)裝置，根據(jù)試驗(yàn)裝置特點(diǎn)提出了確定管材周向應(yīng)力、應(yīng)變和塑性應(yīng)變比（r值）的方法，并利用FEM數(shù)值模擬對(duì)此方法的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。①根據(jù)環(huán)形拉伸試驗(yàn)的幾何關(guān)系和力學(xué)

7、關(guān)系，得出了拉伸過(guò)程中沿管材周向的瞬時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變。②利用刻在試樣上的應(yīng)變網(wǎng)格計(jì)算得到塑性應(yīng)變比（r值）。③利用FEM數(shù)值模擬對(duì)環(huán)形拉伸試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了仿真，將FEM模擬中輸入的材料真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線與根據(jù)模擬結(jié)果利用此方法計(jì)算所得出的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證此方法的可靠性，結(jié)果表明，兩曲線符合較好，此方法準(zhǔn)確可靠。
　　(6)利用環(huán)形拉伸試驗(yàn)對(duì)TRIP鋼無(wú)縫管A、B、E和F的周向力學(xué)性能進(jìn)行了研究，分析了熱處理工藝對(duì)各TRI

8、P鋼無(wú)縫管周向力學(xué)性能的影響。
　　研究結(jié)果表明，在室溫下拉伸速度為2.5mm/min時(shí)，熱處理后各鋼管的周向抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別在600MPa和350MPa左右;周向延伸率較高，幾乎所有鋼管的延伸率均接近30％;鋼管E-Ⅵ的強(qiáng)塑積達(dá)到19502MPa·％，呈現(xiàn)出良好的強(qiáng)塑性組合。
　　(7)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出液壓自由膨脹試驗(yàn)裝置，提出了利用液壓自由膨脹試驗(yàn)確定管材等效應(yīng)力-等效應(yīng)變曲線的方法，分析了形變速率以及熱處理工藝對(duì)最大內(nèi)

9、壓及最大膨脹高度的影響。
　　分別采用增壓速度為0.2MPa/s與0.5MPa/s，對(duì)不同熱處理工藝TRIP鋼無(wú)縫管F的液壓自由膨脹性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明:①過(guò)低的變形速率并不利于獲得TRIP鋼無(wú)縫管較好的內(nèi)高壓成形性能;②臨界退火工藝一定時(shí)，貝氏體區(qū)等溫淬火時(shí)間從4min增大到6min，最大內(nèi)壓值呈現(xiàn)下降趨勢(shì);當(dāng)貝氏體區(qū)等溫淬火工藝一定時(shí)，最大內(nèi)壓隨著臨界退火時(shí)間的延長(zhǎng)呈增大趨勢(shì)，最大膨脹高度呈減小趨勢(shì)。
　　本文所