奥氏体不锈钢管材内高压成形中抑制马氏体相变的方法

技术领域

本发明涉及一种抑制马氏体相变的方法，具体涉及一种奥氏体不锈钢管材内高压成形 中抑制马氏体相变的方法，属于材料组织控制领域。

背景技术

奥氏体不锈钢具有优越的耐蚀性，被广泛应用于石油、化工、电力以及原子能等领域， 对于某些深冲加工而成的产品，存在延迟开裂的现象，且在某些环境中对应力腐蚀开裂比 较敏感，使用过程中常常因应力腐蚀开裂引起泄露事故。近20年来，国内外的一些研究者 认为，导致其应力腐蚀主要有三个方面的原因：

1.亚稳态奥氏体不锈钢产品在制造过程中形变诱发马氏体相变导致组织硬度提高，屈 服强度降低，组织均匀性变差，不可避免地增大位错密度，出现位错塞积，从而利于产生 微裂纹，且马氏体组织对腐蚀介质的选择性溶解构成了裂纹扩展的活性通道。从而造成应 力腐蚀开裂；

2.焊接和其他热加工工艺，会造成晶界贫铭，促使马氏体相的生成；马氏体相的存在 改变了材料的电化学和耐蚀性能，容易成为孔蚀源发生孔蚀，进而产生应力腐蚀开裂；

3.氢致马氏体相变。氢能造成奥氏体点阵的膨胀和畸变，在随后的时效过程中，会造 成部分奥氏体转变为马氏体，进而影响到材料的抗应力腐蚀性能。

内高压成形技术制造出的不锈钢管材产品具有轻量化和整体化的优点，在现代航天、 汽车等行业得到了越来越广泛的应用。奥氏体不锈钢管材内高压成形过程中的塑性加工会 发生形变诱导奥氏体-马氏体组织转变，部分奥氏体转变成马氏体后，会造成延迟开裂和应 力腐蚀，影响产品使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有奥氏体不锈钢管材内高压成形过程中的塑性加工会发生 形变诱导奥氏体-马氏体组织转变，部分奥氏体转变成马氏体后，会造成延迟开裂和应力腐 蚀，影响产品使用寿命的问题，进而提供一种奥氏体不锈钢管材内高压成形中抑制马氏体 相变的方法。

本发明的技术方案是：内高压成形中抑制马氏体相变的具体方法为：

步骤一、将奥氏体不锈钢管坯放入内高压成形机模具型腔内，上下模具合模；

步骤二、奥氏体不锈钢管坯的两端各通过一个冲头密封，通过加载器对奥氏体不锈钢 管坯两端的冲头施加轴向载荷，所述施加轴向载荷数值为50MPa-80MPa；

步骤三、通过内高压成形机机载油泵对奥氏体不锈钢管坯进行充液加压，同时通过上 下模具中的加热棒对模具进行加热，通过热电偶反馈模具与所充液体温度变化，利用PID 实现对加热温度的自动控制，对奥氏体不锈钢管坯所充入的液体为液力传递介质，液力传 递介质的初始内压为60MPa-80MPa，液力传递介质的温度和模具加热的温度均为270℃ -280℃，并保温25min-35min，使整个奥氏体不锈钢管坯的温度保持一致；

步骤四、在液力传递介质和轴向载荷共同作用下，奥氏体不锈钢管坯进入塑性变形阶 段，两端密封的冲头在继续加载轴向载荷的作用下，继续顶压管材，液力传递介质的内压 继续不断升高，此时的奥氏体不锈钢管坯进入整形阶段，整形阶段的内压为90-100MPa， 管壁逐渐贴附到模具型腔内壁上，从而实现管材内高压成形。

本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明在270℃-280℃下有助于提高奥氏体不 锈钢管坯塑性变形的协调性和变形能力。2.马氏体相变有其固定的转变开始温度Ms点， 即奥氏体在加热到高温迅速冷却时自发转变为马氏体的温度，当T≤Ms时，才能发生马氏 体相变，由于发生马氏体相变时，基体要产生均匀的切变，外加应力(或应变)将有助于马氏 体的形成，通过冷加工能诱发产生马氏体相的最高温度称为Md点，它一般比Ms温度高， 本发明选择在Md温度以上进行塑性加工，有效的抑制形变诱导马氏体相变的发生，避免 了马氏体对后期产品使用过程中造成延迟开裂和应力腐蚀破坏。3.本发明在大量的、反复 的实验过程中，均得出以下结论：参照图1，在275℃进行管材内高压成形，奥氏体不锈钢 管坯在塑性变形过程中形变诱导马氏体转变量为0，完全抑制了马氏体转变的发生。

附图说明

图1是本发明在不同温度下塑性变形过程中形变诱导马氏体转变量；图2是本发明内 高压成形工序流程。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图2说明本实施方式，本实施方式的抑制马氏体相变的具体方 法为：

步骤一、将奥氏体不锈钢管坯放入内高压成形机模具型腔内，上下模具合模；

步骤二、奥氏体不锈钢管坯的两端各通过一个冲头密封，通过加载器对奥氏体不锈钢 管坯两端的冲头施加轴向载荷，所述施加轴向载荷数值为50MPa-80MPa；

步骤三、通过内高压成形机机载油泵对奥氏体不锈钢管坯进行充液加压，同时通过上 下模具中的加热棒对模具进行加热，通过热电偶反馈模具与所充液体温度变化，利用PID 实现对加热温度的自动控制，对奥氏体不锈钢管坯所充入的液体为液力传递介质，液力传 递介质的初始内压为60MPa-80MPa，液力传递介质的温度和模具加热的温度均为270℃ -280℃，并保温25min-35min，使整个奥氏体不锈钢管坯的温度保持一致；

步骤四、在液力传递介质和轴向载荷共同作用下，奥氏体不锈钢管坯进入塑性变形阶 段，两端密封的冲头在继续加载轴向载荷的作用下，继续顶压管材，液力传递介质的内压 继续不断升高，此时的奥氏体不锈钢管坯进入整形阶段，整形阶段的内压为90-100MPa， 管壁逐渐贴附到模具型腔内壁上，从而实现管材内高压成形。

本实施方式的PID自动控制为比例、积分、微分控制，简称PID控制。

本实施方式的内高压成形机实验设备选用哈尔滨工业大学液力成形工程研究中心研制 的内高压成形机。内高压成形机左右水平推缸最大推力为800KN，最大内压可达400MPa， 最大合模力3150KN。该设备完全采用计算机控制。增压器与左右水平推缸均采用伺服阀 控制，2个水平推缸与增压器配备高精度的位移传感器，实现对位移的实时监测，位移控 制精度达到0.04mm。增压器高压出口端配备压力传感器，用于检测成形时管材内部压力， 内压控制精度达到0.25MPa。马氏体转变量选用哈尔滨焊接研究所研制的F-2A型铁素体 测量仪进行测量。

具体实施方式二：本实施方式的步骤二中的液力传递介质的内压为60-70MPa，温度为 275℃，保温时间为30min。如此设置，完全抑制了马氏体转变的发生。其它组成和连接关 系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式的步骤二中的液力传递介质为专用耐热油，专用耐热油 为美孚传热油Mobiltherm603。如此设置，耐热油替换了现有技术中的水，水作为液力传递 介质，沸点很低，大气压强下加热到100℃以上会产生汽化，而专用耐热油可以加热到最 高300℃，不存在汽化和分解问题。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。