T91钢作为一种新型耐热钢,用于制造高压锅炉管,是目前火电锅炉和电站的关键材料。T91钢属难变形钢种,在全浮芯棒连轧管机组上生产时,因产品内表面常出现裂纹而成为废品,导致产品的合格率大大降低。因此,研究T91钢管内表裂纹形成机理,从而制定有效措施防止或减轻钢管内表面裂纹的发生,有着重要的理论意义和实用价值。本文以宝钢Φ140mm全浮芯棒八机架连轧管机组为对象,通过取样做金相观察,分析了T91钢管内表裂纹的形貌,判断出裂纹形成的工艺环节。测试了T91钢的高温力学性能和热学性能参数并建立了T91钢的材料模型;运用商用有限元软件MSC. SuperForm 2005对多种规格荒管的连轧过程进行了三维热力耦合数值模拟;着重研究了全浮芯棒连轧时的金属流动,应力/应变状态及其发展,分析了钢管内表裂纹形成的倾向性;分析了孔型结构参数、工艺参数对变形过程的影响;从T91材料热加工特性及钢管轧制条件两方面探讨了T91钢管内表面裂纹产生的主要原因。本文提出了全浮芯棒连轧T91钢管内表面裂纹成因的“沟槽说”,归纳出了适应难变形钢种钢管连轧孔型优化设计的“等效应变分布”准则,并应用于?140连轧机组的孔型设计;将改进的孔型应用于实际生产,使T91钢管内表裂纹缺陷探伤判废率大为降低,试轧规格的产品合格率提高近37个百分点。本文主要有以下结论:(1)T91钢的高温塑性较差,尤其是塑性指标对应变速率的敏感性高,这是在相同连轧工艺条件下,T91钢管内表面裂纹几率明显高于12Cr1MoV等其他钢种高压锅炉管的根本原因之一。(2)T91钢管内表面裂纹的发生与连轧变形条件关系密切,在全浮芯棒连轧机的常规孔型中轧制时,金属变形流动失稳而发生变形局部化,形成“沟槽”,造成应力集中,是内表裂纹发生的力学原因。(3)用全浮芯棒连轧管机轧制T91钢管时,内表“沟槽”处及紧邻金属的变形速率相对过高,是内表裂纹发生的热力学因素。(4)内表“沟槽”底部金属出现的等效应变峰值点,在下一机架出现周向应力峰值点,在此处易发生内表裂纹。(5)按照“等效应变分布”准则,通过连轧孔型的优化设计,可以有效减轻T91钢管内表裂纹的发生。