现今300MW以上大规格护环均用Mn18Cr18N护环钢生产,生产工艺大多数采用传统工艺,在自由锻阶段易出现开裂、组织性能不均匀、可控性差等难题。目前在对微观组织研究方面,组织模型能够完整建立,但是在应用上一直未能有实质性的突破。护环的芯棒扩孔工艺一直停留在经验控制阶段,对其中工艺参数的制定缺乏指导。因此,对微观组织模型应用,锻造工艺中晶粒度的控制等方面的研究有重要意义。本文采用物理试验模拟和计算机模拟相结合的方法,应用Mn18Cr18N钢微观组织模型,对芯棒扩孔工艺进行缩比试验研究,并从控制锻件晶粒尺寸的角度对300MW护环的芯棒扩孔工艺进行优化,为锻造中晶粒度的控制提供了依据。主要研究内容及结论有:1.采用试验方法,实测Mn18Cr18N钢试件在空冷过程各测点的温度变化,并用DEFORM软件对该过程的温度场变化进行了模拟,计算出了此种条件下试件与空气的传热系数。发现热扩散对温度场影响不大,热对流系数取0.03N/sec/mm/℃时与试验结果误差最小。2.针对护环热锻中芯棒扩孔工艺,采用简化缩比试验模型进行了试验研究。利用金相分析,实测不同变形条件下Mn18Cr18N钢试件的晶粒度变化。然后用DEFORM软件对试验模型进行组织模拟,并与试验结果进行对比,进行了误差分析。除少数点误差较大之外,其余大部分测点的晶粒度相对误差均低于20%,由此表明组织的数值模拟效果较好。3.以控制晶粒度为目标,对300MW护环热锻中芯棒扩孔工艺的圈数、总压下量和芯棒尺寸等参数进行了优化分析,模拟预测了护环内部晶粒度变化。结果显示最优方案为:压两圈,第一圈每砧压30mm,第二圈每砧压35mm,第一圈压完后将Φ360mm的芯棒换为Φ420mm。