[发明专利]一种海洋工程用低合金高强度钢热加工温度区间的确定方法

说明书

一种海洋工程用低合金高强度钢热加工温度区间的确定方法，属于海洋工程用钢加工技术领域。本发明首先对该低合金钢进行高温压缩实验，获得真应力‑应变曲线，然后采用双曲正弦模型建立了该材料的高温变形本构方程及热变形加工图，结合显微组织确定加工图中不同区域的组织演变机制。将热变形本构模型和热加工图结合起来，分析任意变形条件下的热变形流变应力和热变形功率耗散效率，从而得到最佳热加工温度区间，结果对该合金钢热加工过程控制有重要意义。

技术领域

本发明属于海洋工程用钢加工技术领域，特别涉及一种低合金高强度钢热加工区间的确定方法。

背景技术

海洋工程用钢是海洋结构物建造中的关键材料，必须具有高强度、高韧性、耐腐蚀等特性，因此高强钢、耐蚀钢的应用越来越普遍，且要求越来越高。而海底井口和采油装备是海洋油气开发工程中的重要单元装备，也是海底采油系统的组成。由于处于海底高压、低温、海水和油气腐蚀等恶劣的工况下，海底装备的性能和质量对油井安全起着至关重要的作用。近年来，我国海洋石油装备材料虽已取得长足进步，但与国际水平相比，仍然存在诸多差距和不足，难以满足我国海洋石油装备的发展需求。我国尚未拥有实施深海油气勘探开发的技术和装备，特别是水下油气勘探开发领域，所使用的关键及核心材料水下井口头锻件全部依靠进口，国产部件在性能稳定性及批量供货能力方面还与国外存在较大差距。因此，选择适用于制造海底井口用锻件的材料，设计和制造高压力级别的深海井口系统用锻件材料，并研究材料的流变行为获得材料关于塑性变形的基本参数变得尤为重要。

本专利通过热模拟试验研究该低合金钢的热压缩过程，分析不同温度及应变速率下合金的流变行为，为确定该钢的热加工生产工艺规程提供必要的实验数据和可靠的理论依据。

发明内容

本发明目的在于提供一种低合金高强度钢热加工温度区间的确定方法。采用本发明的方法能够更准确地判断低合金高强度钢在不同条件下的热变形组织演变机制及热加工性能，对于该低合金高强度钢热加工工艺的合理制定具有重要的指导意义。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种海洋工程用低合金化高强度钢热加工温度区间的确定方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：在不同变形温度和应变速率下对低合金高强度钢进行高温压缩实验，获得低合金高强度钢的真应力-应变曲线数据。

步骤2：建立该低合金高强度钢高温流变应力本构方程，如下式所示：

式中：F(σ)为应力的函数，A为与变形无关的常数；Q为变形激活能(J/mol)；R为气体常数，为8.314J/(mol·K)；T为热力学温度(K)；σ表示峰值应力(MPa)；

其中，应力函数F(σ)有以下3种表达方式：ασ<0.8为低应力水平，F(σ)＝σⁿ1；ασ>1.2为高应力水平时，F(σ)＝exp(βσ)；对于所有应力状态下F(σ)＝[sinh(ασ)]ⁿ；这里n为应力指数，为应变速率，n₁和β为材料常数，α为应力水平参数；若求出α、A、n、Q，即能够通过热变形本构方程描述材料的高温流变特征；

步骤3：根据动态材料模型建立的材料热加工图可以较为直观的反映不同温度及应变速率下材料的变形规律。描述材料功率耗散特征的功率耗散效率因子η和失稳判据可表示为：

其中m是应变速率敏感因子，同一应变量下，在温度-应变速率的二维平面上，画出η的等值线图，即功率耗散图，再绘出参数为负的区域，即热加工失稳图，将二者结合到一起得到了材料的热加工图。观测低合金高强度钢在不同变形条件下的显微组织，和热加工图相结合，确定热加工图中的流变失稳区、动态再结晶区和动态回复区。