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金宏通钢管有限公司
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316LN不锈钢管的动态再结晶行为与晶粒细化 低层错能的金属材料在热塑性变形过程中，动态再结晶是其主要的软化机制。316LN不锈钢管为典型低层错能钢，在再结晶温度线以上可以发生动态再结晶。动态再结晶是以无畸变的晶核生成、长大形成再结晶晶粒代替含有高位错密度的形变晶粒的过程，在大量位错的同时可以达到细化晶粒的目的。图１ａ为１１００℃时，316LN不锈钢管原始试样显微组织；图１ｂ为１１００℃、应变速率为０．０１ｓ－１时，316LN不锈钢管发生完全动态再结晶的试样显微组织。 核电主管道锻造时应变速率可达０．０１ｓ－１量级。热力学模拟实验［６］得到了316LN不锈钢管发生完全动态再结晶的规律，即随着真实应变的增加，流动应力趋于稳态，其临界的真实应变值为稳态应变εｓ。根据实验结果，稳态应变εｓ和Ｚ参数之间存在以下关系：εｓ＝０．１５３Ｚ０．０４４。其中，Ｚ为Ｚｅｎｅｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ参数，即温度补偿应变速率因子。316LN不锈钢管发生动态再结晶后的晶粒尺寸ｄＤＲＸ与Ｚ参数之间的关系为ｄＤＲＸ＝６．１０８×１０６Ｚ－０．３９２。根据以上公式，可以计算获得316LN不锈钢管在应变速率为０．０１ｓ－１条件下，各个温度的稳态应变εｓ以及晶粒尺寸ｄＤＲＸ，如表１中所示。 ＡＳＴＭ４级的晶粒大小大约为８０μｍ，因此在锻造的过程中，如果能保证每个温度条件下，316LN不锈钢管的真实应变大于稳态应变，则锻造后的晶粒尺寸可以达到ＡＳＴＭ４级或更细。在锻造的过程中，锻件温度是逐渐降低的。本文通过热力学模拟实验［７］，研究了316LN不锈钢管多道次变形条件下的动态再结晶行为。图２中为316LN不锈钢管在不同变形温度梯度、应变速率为０．０１ｓ－１条件下的双道次变形试样显微组织。其中：Ｔ１，Ｔ２，ε１和ε２分别为第１、２道次的变形温度和应变量。用截线法计算得到其晶粒尺寸分别为（ａ）５０．５μｍ和（ｂ）２３．８μｍ，满足晶粒度要求。因此，在１０５０～１２００℃的高温区，在锻造条件允许的情况下，增大316LN不锈钢管锻造时的变形量，有利于保证动态再结晶的充分发生和晶粒细化。
镜面不锈钢管精抛(Mirror polishingfor stainless steel pipe本文简称为MPSSP)，据我们调查和检测，目前国内仅有用于加工平面的超精精抛的成功报道。而MPSSP尚无成功的先例。国外也未见报道，1994年以来，我们应某厂的要求，针对MPSSP做过了大量的研究试验，寻找到一种较为理想的MPSSP加工工艺方案。 1试验方案的设计 1.1试验装置 试验装置传动原理如图1所示，不锈钢管6装夹在两个万向快速接头8之间，由电动机1经变速箱3带动其旋转，柔性的精抛具4包裹住不锈钢管近半个圆周，并在f=30次/min低频率下做轴向往复摆动、精抛液从加液口9注入。经我们对8K型不锈钢管(直径在30～100mm，不锈钢管长度在400～3000mm范围内)据不同直径与长度进行多次试验.证明这种装置加工出来的样品质量，能达到或超过市场的要求。 1. 2精抛模具装置 用细毛毡做成的精抛块，安装在柔性的加压平带上.平带的一端固定在机床上，另一端绕过不锈钢管，使毛毡块面向钢管，并包裹钢管近半个圆周.然后施以拉力P，使精抛毛毡块紧紧包络在不锈钢管表面，从加液口注入的精抛液，直接浇到不锈钢管与精抛块之间，再经回收槽回收。 1. 3精抛液 在精抛时，加不加精抛液与加什么成分的精抛液，是能否成功的关键。 2 精抛机理及运动轨迹 2.1精抛机理初步分析 精抛加工就是将光整加工中，研磨和抛光两种工艺方法的优点综合在一起，并有所创新和发展的一种新型光整加工方法。 精抛机理比较复杂: 其一，它有研与磨的机理.即精抛液中极细的磨粒，在毛毡纤维束的压迫下，其棱角也象刀刃一样，可在不锈钢管表面上除去一层极薄极细的金属，对某一个磨粒来看，它的切削过程大致又可以分为三个阶段:即滑擦、刻划和切削三过程。 其二，不锈钢管表面微观突起的尖峰，可被具有一定相对运动速度的纤维束“拖拽断”。因纤维束具有良好柔性，所以不锈钢管凸凹不平的表面可被它们“仿形”似的“擦亮”。 其三，精抛时产生的热，使表面极薄的一层金属发生塑性流动，使得突起部分被运动着的毛毡块“拂平”填充到凹处. 其四，精抛液与精抛表面的化学作用.有文证明不锈钢表面上的微观突起，在化学精抛液中的溶解速度，比微观凹下处的大的多，这就不难理解.它的结果能获得光滑明亮的表面. 总之，精抛机理的物理化学因素很多.整个精抛过程不是仅由某一种因素单独起作用，而应该是其综合作用的结果.可以这样认为:开始阶段以“研磨”机理为主，后一阶段则以“抛”为主，化学作用则是贯彻于精抛过程的始终。
316LN不锈钢管单道次和多道次变形条件下的动态再结晶行为，获得316LN不锈钢管在锻造成形中的晶粒细化判据；提出了上平下Ｖ砧的改进砧形，对锻件采用大圆角Ｖ砧以及上下不等砧宽比进行拔长，采用数值模拟和物理模拟相结合的方法，研究了拔长过程应力应变分布规律，并确定合理的工艺参数，有效地提高锻件变形区域的等效应变及均匀分布，达到锻件变形均匀和晶粒细化的目的。该结果对核电主管道锻造工艺方案优化具有理论参考价值。 核电主管道是核电蒸气供应系统输出堆芯热能的大型厚壁管道，属于核一级关键部件。ＡＰ１０００核电主管道用钢为奥氏体不锈钢，牌号为３１６ＬＮ。该钢种在加热或冷却的过程中没有相变，因此不能通过热处理细化晶粒。为了达到终产品的晶粒度要求（ＡＳＴＭ２级或更细的ＡＳＴＭ４级），主管道的锻造成形起着关键的作用［１－３］。目前，国内外在同步进行ＡＰ１０００核电主管道的研制工作。核电主管道锻造成形包括镦粗、拔长、分料、整圆等工序，其关键工序是拔长。上平下Ｖ砧法拔长较无Ｍａｎｎｅｓｍａｎｎ效应的锻造（ｆｒｅｅｆｒｏｍＭａｎｎｅｓｍａｎｎｅｆｆｅｃｔ，ＦＭ）法和宽砧大压下量锻造（ｗｉｄｅｄｉｅｈｅａｖｙｂｌｏｗｆｏｒｇｉｎｇ，ＷＨＦ）法具有更高的拔长效率；较宽砧大压下量上下Ｖ砧（ＫＤ）法对压机的吨位要求低，且上平下Ｖ砧拔长时，锻件圆截面应变分布不对称，更有利于提高终管坯产品的质量［４－５］。因此，本文提出上平下Ｖ砧的改进砧形，采用数值模拟和物理模拟相结合的方法，对锻件采用大圆角Ｖ砧以及上下不等砧宽比进行拔长的实验研究，探讨通过改进砧形提高锻件等效应变分布的可能性，以解决316LN不锈钢管锻造过程晶粒细化和晶粒均匀性问题。
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