[发明专利]锻件碳偏析三维分布评估方法和系统

说明书

本发明公开锻件碳偏析三维分布评估方法和系统，方法包括：预设锻件原始钢锭碳偏析区域，仿真锻件锻造过程，获得锻件仿真锻造后内部碳偏析区域；将锻件仿真锻造后内部碳偏析区域与真实锻造数据进行对比，根据对比结果对预设锻件原始钢锭碳偏析区域进行修正，获得锻件原始钢锭碳偏析区域与锻造后内部碳偏析区域对应关系，并得到包含参数的锻件锻造计算模型；将锻件实际锻造数据代入锻件锻造计算模型中，获得锻件外表面碳含量仿真数据；获得锻件外表面碳含量实际数据；将锻件外表面碳含量仿真数据和锻件外表面碳含量实际数据进行对比，调整参数使得两者数据一致，获得锻件中碳偏析的三维分布规律。无需对锻件进行解剖，获得碳偏析三维分布。

技术领域

本发明涉及核电厂安全评估技术领域，尤其涉及一种锻件碳偏析三维分布评估方法和系统。

背景技术

在电站重型机械设备多采用大型锻件进行制造，大型锻件在其浇铸和凝固成钢锭时不可避免地会产生宏观偏析现象。一般来说，铸锭的底部容易出现较大负偏析，即碳含量低于浇注的平均值，从底部往上，铸锭成分慢慢发生变化，直至铸锭顶部出现较大正偏析，即碳含量高于浇注的平均值。碳的负偏析使材料强度下降，碳的正偏析简称碳偏析，会降低材料的韧性，使得材料变“脆”，影响材料抵抗快速断裂的能力。正常生产实践中，在冶炼、铸锭、凝固和后续的制造过程中如未采取适当的措施则无法完全去除这些碳偏析区域。对于未消除碳偏析区域的大型锻件，如何评估其碳偏析分布对于设备的安全运行至关重要。

现有一种铸锭宏观偏析数值模拟方法，该方法将铸锭系统进行宏观尺度网格剖分形成一系列计算网格，设定铸锭系统中夹杂物在铸锭网格的位置；针对铸锭网格，通过能量守恒方程、成分守恒方程、动量守恒方程和质量守恒方程，分别获得夹杂物速度的分布、铸锭内温度的分布和铸锭内平均成分的分布；计算夹杂物的运动速度；针对除铸锭网格以外所有计算网格，计算铸型网格的能量守恒方程，获得铸型网格内部温度的分布；直到凝固结束，输出铸锭内平均成分的分布。

现有技术仅适用于各类尺寸的砂型和金属型铸锭中宏观偏析的预测，但对于大型铸锻件，随着制造进行，铸锭中的宏观偏析将随着锻造产生流动，导致成品锻件中碳偏析的三维分布产生变化，该方法实现不了成品锻件碳偏析预测。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的至少一个缺陷：需要在无损或微损的前提下提出一种模拟方法以实现碳分布三维定量评估，提供一种锻件碳偏析三维分布评估方法和系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种锻件碳偏析三维分布评估方法，包括以下步骤：

S10：预设锻件原始钢锭碳偏析区域，仿真所述锻件锻造过程，获得所述锻件仿真锻造后内部碳偏析区域；

S20：将所述锻件仿真锻造后内部碳偏析区域与真实锻造数据进行对比，根据对比结果对所述预设锻件原始钢锭碳偏析区域进行修正，获得所述锻件原始钢锭碳偏析区域与锻造后内部碳偏析区域对应关系，并得到包含参数的锻件锻造计算模型；

S30：将所述锻件实际锻造数据代入所述锻件锻造计算模型中，获得所述锻件外表面碳含量仿真数据；

S40：获得所述锻件外表面碳含量实际数据；

S50：将所述锻件外表面碳含量仿真数据和所述锻件外表面碳含量实际数据进行对比，调整所述参数使得两者数据一致，获得所述锻件中所述碳偏析的三维分布规律。

优选地，在本发明所述的锻件碳偏析三维分布评估方法中，步骤S10包括：

S101：所述预设锻件原始钢锭碳偏析区域设定为倒抛物线形，针对各个不同碳含量值设定一条倒抛物线，得到多条倒抛物线，形成一系列不同碳含量的等高线；

S102：在所述多条倒抛物线上设置金属流动跟踪点；

S103：建立仿真锻造模型，模拟计算所述锻件锻造过程；