围绕镍基合金管材热挤压特点，开展了镍基合金热变形过程的相演变、热变形过程的组织演变、有限元计算模型及组织预报模型的建立及热挤压工艺的优化设计等方面的研究，取得了大量的实验数据和工艺优化的理论依据，并给出了镍基合金管材热挤压组织可控工艺优化控制的通用研究方法，最终利用研究成果，成功地挤出了国内首支700℃超超临界电站用740H管材，满足了ASME标准要求，验证了提出的可控挤出性准则的实用性。对典型镍基合金在现行热加工规范范围内的析出相回溶和随后脱溶规律进行了系统研究。建立了镍基合金管材可控挤出性的各项准则，包括：温度准则、载荷准则、组织准则、润滑准则、模具准则和荒管组织精确控制准则。首先结合传热学、流体力学及有限元模拟，建立了玻璃润滑膜厚度、完成一次热挤压所需玻璃垫厚度的理论计算方法。并结合具体的挤压设备和工艺条件，提出了基于模具润滑、模具最高工作温度的润滑准则和模具准则。通过物理模拟实验、数值模拟计算和理论分析得到了热挤压过程中主要工艺参数对管坯温度分布、挤压载荷变化的影响规律，并利用热力学计算、力学性能测试以及现场设备调研制定了判定标准，由此建立了管材可挤出性的温度准则和载荷准则；通过基于耗散理论的组织分析方法，建立了可挤出性组织准则，并以此划分出对管材挤压利弊不同的加工区间；通过构建合金热变形的动态再结晶和晶粒长大数学模型，并将其耦合于有限元软件之中，得到了挤压工艺参数对荒管组织的影响规律，由此建立了热挤压荒管的组织精确控制准则。分别针对以上各单一准则，对镍基合金管材热挤压的工艺参数进行优选。 进一步考虑了单一准则间的交互作用，提出了综合各准则互关联基础上的再优化分析方法，建立镍基合金管材的可控挤出性准则，并阐述了使用该准则优选挤压工艺参数的研究方法：首先筛选出满足单一准则的工艺参数范围，将某工艺参数适合于不同准则的区间进行比较，计算各区间的交集，得到符合可控挤出性的优选工艺参数。利用可控挤出性准则优选出管坯预热温度为1160℃，挤压初始速度为100mm/s，挤压比为5.9的工艺参数组合，成功热挤压出国内首支满足组织控制要求的740H荒管，同时得到生产高质量740H合金管材全过程的主要工艺参数。 总之，建立的组织可控的挤出性准则及研究方法能够为国内的镍基合金管材热挤压提供理论依据和可操作的工艺优选方法。 2100433B

目前镍基合金管材极具市场需求，又尚缺系统的挤压控制理论，加之又引进国内最大6000吨卧式挤压机（宝钢），造成高速大吨位镍基合金挤压生产几近空白。因此本项目以对镍基合金管材热挤压的理论和工艺优化体系提出迫切要求的关键科学问题作为研究对象。以申请人初步试验和计算获得的镍基合金热加工过程组织控制、材料变形行为与高速大变形特点有明显互作用的研究积累为突破口，以北科大和宝钢特殊钢分公司在研究领域的长期合作和完备的研发基地为研究基础。通过理论分析、实验、数值模拟及现场实验，围绕镍基合金管材热挤压特点，结合材料学特征重点开展挤压过程材料学行为、热效应、摩擦润滑和模具磨损及力能参数表征等突出的科学问题进行系统研究。据此，针对宝钢引进的大型挤压机开展工艺优化和坯料、模具优化设计的应用研究，建立科学可行的镍基合金管材热挤压理论体系、实际生产有效的理论指导，为我国镍基合金热挤压管材的制备奠定理论和设计基础。

《镍基合金管材挤压及组织控制》以材料变形过程的再结晶行为和晶粒演化的材料学特征为基础，将微观的材料变形机理与高温合金的宏观加工参数、模具设计准则和组织控制原则相结合，同时利用计算材料学的基本手段对合金的变形规律及加工工艺进行优化，研究了高温合金挤压变形过程中坯料的优化设计、模具损伤与润滑及管材组织控制的关联性。

1镍基合金的挤压特点

1.1挤压成型技术

1.1.1挤压成型技术的分类

1.1.2挤压加工的特点

1.2镁合金管材的挤压成型

1.3铝合金的挤压成型

1.4钢铁材料的挤压成型

1.4.1冷挤压

1.4.2温挤压

1.4.3热挤压

1.4.4无缝钢管的热挤压技术

1.5镍基合金管材的生产工艺

1.5.1感应加热扩孔

1.5.2热挤压

1.5.3冷轧/冷拔 热处理

1.6典型镍基合金的特点

1.6.1蒸汽发生器传热管690合金

1.6.2油井管G3合金

1.7镍基合金管材制备过程中存在的问题

1.7.1成材率

1.7.2荒管内表面橘皮状缺陷

1.7.3冷轧管和成品管内表面丝状皱折

1.7.4成品管内壁细晶层及晶粒尺寸不均匀性

1.7.5油井管G3合金荒管开裂

1.7.6坯料温升引起的热塑性降低

参考文献

2镍基合金690的热变形行为

2.1流变应力的影响规律

2.1.1热变形行为的研究方案

2.1.2流变应力曲线

2.2本构关系的构建及验证

2.3再结晶组织的影响规律

2.3.1热变形参数对再结晶组织的影响

2.3.2初始晶粒尺寸对热变形特性的影响

2.3.3再结晶图

2.4加工图的建立及应用分析

2.4.1加工图的建立

2.4.2加工图的分析

2.4.3管材热挤压的控制原则

2.5热变形组织演变模型及挤压组织控制

2.5.1热变形过程中的组织演变及模型构建

2.5.2动态再结晶

2.5.3亚动态再结晶

2.5.4晶粒长大

参考文献

3镍基合金G3的热变形行为

3.1G3合金的本构方程建立

3.1.1真应力—真应变曲线

3.1.2峰值应力的表征

3.1.3G3合金的本构方程

3.2变形参数对微观组织的影响

3.2.1变形温度以及应变速率的影响

3.2.2应变量的影响

3.3动态再结晶行为

3.3.1真应力—真应变曲线

3.3.2显微组织特征

3.3.3动态再结晶动力学方程

3.4G3合金亚动态（静态）再结晶行为

3.4.1双道次热压缩后G3合金的热变形特性

3.4.2G3合金的亚动态再结晶组织演化规律

3.4.3热变形参数对G3合金亚动态再结晶行为的影响

3.4.4亚动态再结晶动力学方程

3.5G3合金再结晶晶粒长大方程

3.5.1G3合金晶粒长大阶段的组织演化规律

3.5.2晶粒长大模型验证

参考文献

4镍基合金GH536和825的热变形行为

4.1GH536合金

4.1.1GH536的相组成及析出规律

4.1.2GH536合金热加工性

4.1.3GH536合金的焊接性

4.1.4GH536合金的其他性能

4.2825合金

4.2.1825合金的热加工性

4.2.2825合金的焊接性

4.2.3825合金的耐腐蚀性

4.3两种合金的组织特征

4.3.1热力学模拟方法

4.3.2GH536合金的热力学平衡相

4.3.3GH536合金凝固过程中的元素再分配规律

4.3.4合金元素对GH536平衡析出相的影响规律

4.3.5合金元素对825合金平衡析出相的影响规律

4.3.6GH536合金相组成及相析出规律

4.3.7825合金的相组成及相析出规律

4.4两种合金的热变形特征

4.4.1两种合金的应力—应变曲线

4.4.2两种合金的流变应力本构方程

4.4.3两种合金热加工过程中的动态再结晶行为

参考文献

5C—276和800H镍基合金及热变形行为

5.1C—276合金及其性能

5.1.1C—276合金生产过程

5.1.2C—276合金的性能

5.2C—276合金的组织特征

5.3C—276合金锭均匀化

5.3.1均匀化理论分析

5.3.2合金铸锭的组织分析

5.3.3均匀化制度

5.3.4均匀化效果

5.4热加工塑性

5.5热变形行为

5.5.1变形参数对组织特征的影响

5.5.2热压缩流变曲线特征

5.5.3高温压缩的本构关系

5.6800H合金及热变形行为

5.6.1800H合金及性能

5.6.2800H合金的热变形行为

5.6.3800H合金的热加工图

参考文献

6镍基合金管材基于工艺优化的模拟

6.1金属热变形的数值模拟技术研究现状

6.1.1金属塑性加工主要的数值模拟技术

6.1.2有限元法在金属塑性加工中的应用

6.2GH4169合金管材正挤压的有限元模拟

6.2.1有限元模型的建立

6.2.2挤压参数调整对结果的影响

6.3G3合金的管材挤压工艺优化有限元模拟

6.3.1有限元模型的建立

6.3.2材料特性与边界条件的定义

6.3.3基准参数选择与参数调整方案

6.3.4基准参数下挤压模拟结果分析

6.3.5挤压参数调整对结果的影响

6.4690合金管材挤压的有限元模拟与正交试验优化

6.4.1有限元模型的建立

6.4.2材料特性与边界条件的定义

6.4.3正交试验的设计

6.4.4适宜参数组合的确定

6.5合金特征对挤压工艺的关联影响性

6.6GH625和825合金管材挤压过程数值模拟

6.6.1GH536合金管材挤压模拟

6.6.2825合金管材挤压模拟

参考文献

……

7热挤压工艺与磨损和润滑

8热挤压工艺与组织控制

9690合金冷轧退火组织控制及管材组织可控性

参考文献 2100433B

挤压与隧道围岩过应力有关，常发生在低强度、有大变形的软岩中，通常伴随着大埋深和高应力。2100433B