P91厚壁管材工艺的数值模拟与研究

高强度合金钢和不锈钢等金属厚壁无缝钢管因其良好的高温持久强度、热稳定性和高温抗蠕变能力,被广泛的应用在电力、化工、石油、机械制造、船舶和国防等领域中,其工作条件和受力情况繁重而且复杂。因此,提高厚壁无缝钢管的质量,保证其运行过程中的安全性和可靠性,对厚壁无缝钢管的生产技术进步以及国民经济的发展具有非常重要的意义。

本文将材料P91(10Cr9Mo1VNb)的优点与径向锻造的优点结合起来,径锻出性能优越的厚壁无缝钢管来满足市场的需求。本论文运用有限元模拟软件DEFORM-3D对P91厚壁无缝钢管的径向锻造过程进行数值模拟与研究分析,在DEFORM中建立了P91材料数据库。通过研究不同锤头结构对径向锻造工艺的影响,发现锤头的结构严重影响锻件的质量,选择带有压入角的锤头时,锻出的锻件表面质量最好,同时锻件的应力、应变分布也最均匀。然后通过单因素法确定了主要工艺参数范围,选择共经两个道次对坯料进行径向锻造,达到外径Φ425mm,壁厚82mm的要求。设置两道次径向压下量均为25mm。最后对锤头压入角、锤头整形段长度、锤头打击频率、单次旋转角度和轴向送进量五个因素进行正交试验分析,以径向成形力和壁厚为优化目标确定了最佳工艺参数。对径向成形载荷而言,最佳工艺参数为:锤头压入角为20°、锤头整形段长度为400mm、