【摘 要】
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316LN-Mn奥氏体不锈钢由于在4.2 K的低温下拥有优越的力学性能,满足中国聚变工程实验堆中对环向场线圈外壳制造材料的要求,被选为制作该线圈壳的材料。线圈外壳属于大型锻件,但是316LN-Mn奥氏体不锈钢在高温时的变形抗力很大,在锻造过程中很容易发生开裂现象,对实际生产造成了很大的挑战。所以本课题针对上述问题开展了316LN-Mn奥氏体不锈钢在高温条件下的热变形行为研究。本文使用的是模拟热变形
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316LN-Mn奥氏体不锈钢由于在4.2 K的低温下拥有优越的力学性能,满足中国聚变工程实验堆中对环向场线圈外壳制造材料的要求,被选为制作该线圈壳的材料。线圈外壳属于大型锻件,但是316LN-Mn奥氏体不锈钢在高温时的变形抗力很大,在锻造过程中很容易发生开裂现象,对实际生产造成了很大的挑战。所以本课题针对上述问题开展了316LN-Mn奥氏体不锈钢在高温条件下的热变形行为研究。本文使用的是模拟热变形的方法研究材料的热变形行为,通过使用Gleeble-3800热模拟实验机对材料分别进行单、双道次的热压缩实验,分析变形温度和应变速率等变形参数对高温变形条件下材料流变行为的影响,建立热变形本构方程和动静态再结晶的数学模型,绘制不同变形条件下316LN-Mn奥氏体不锈钢的热加工图。此外还借助金相显微镜等各种表征设备对不同变形条件和热处理条件下的样品进行表征,分析各参数对该材料显微组织的影响,从而揭示材料在热变形过程中的软化机制、热变形间隙的组织变化规律以及热变形后的晶粒长大规律。最后发现,316LN-Mn奥氏体不锈钢在热变形过程中的主要以不连续动态再结晶作为新晶粒的形核机制,并伴有少量连续动态再结晶的发生。热压缩后的流变应力大小会随着温度的升高和应变速率的减小而降低。此外,双道次压缩后第二道次的流变应力还会随着应变量的增加和道次间隔时间的延长而降低。根据单道次和双道次压缩后应力-应变曲线的结果,分别建立了316LN-Mn奥氏体不锈钢的热变形本构方程、动态再结晶的临界方程以及静态再结晶的动力学方程,并验证了所有建立的模型的准确性。根据动态材料模型构建了316LN-Mn奥氏体不锈钢的热加工图,并通过对在热加工图中四个特征区域所对应的热变形参数下变形后的组织进行观察,证明所建热加工图对实际生产的理论指导作用。316LN-Mn奥氏体不锈钢的最佳热加工窗口是:变形温度为1107～1160°C、应变速率为0.005～0.026 s-1。316LN-Mn奥氏体不锈钢的晶粒的尺寸与温度和保温时间均表现出正相关的变化关系,而且该材料的晶粒长大行为对温度的敏感性更高。此外还建立了晶粒长大模型,并且验证了其准确性。
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