42CrNiMoV鋼的高溫?zé)釅嚎s流變行為

42CrNiMoV鋼作為一種高強(qiáng)度低合金鋼，廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在海洋油氣田開(kāi)采中，由于它具有較高的力學(xué)性能、低溫沖擊性能和抗硫化氫腐蝕性能，常用于生產(chǎn)井口頭、防噴器、連接器、導(dǎo)管頭和閥箱等各種耐壓構(gòu)件等。

目前世界海洋石油開(kāi)采已經(jīng)逐漸從近海轉(zhuǎn)向深海，但國(guó)內(nèi)在深水鉆井與裝備的材料設(shè)計(jì)和制造上與國(guó)際水平相差較大。

中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司的研究人員采用Gleeble-3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)42CrNiMoV鋼進(jìn)行高溫?zé)釅嚎s試驗(yàn)，并以此為基礎(chǔ)，建立了不同變形條件下的真應(yīng)力-真應(yīng)變本構(gòu)方程，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)流變應(yīng)力與變形溫度和變形速率之間的關(guān)系。另一方面，結(jié)合真應(yīng)力應(yīng)變曲線，對(duì)熱壓縮試樣的再結(jié)晶情況進(jìn)行了分析，為發(fā)展海洋采油用井口鍛件材料提供理論支持。

根據(jù)海洋井口鍛件抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂（SSC）高強(qiáng)度鋼合金化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以及JMatPro模擬計(jì)算的結(jié)果，在保證合適硬度和強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，盡量提高材料的韌性要求（低溫沖擊)及抗硫化氫應(yīng)力腐蝕性能，結(jié)合目前國(guó)際石油設(shè)備制造企業(yè)的改進(jìn)型合金成分的調(diào)研成果，設(shè)計(jì)了42CrNiMoV合金鋼的成分。根據(jù)所設(shè)計(jì)的化學(xué)成分，采用真空電磁感應(yīng)熔煉技術(shù)進(jìn)行冶煉。

鋼錠取樣并加工成Φ10 mm×15 mm標(biāo)準(zhǔn)試樣，用Gleeble-3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱壓縮試驗(yàn)。熱壓縮變形溫度分別為850、950、1 000、1 050、1 100、1 150和1 200 ℃，保溫3 min，然后冷卻至相應(yīng)變形溫度進(jìn)行熱壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，試樣兩端粘結(jié)鉭片和石墨片進(jìn)行潤(rùn)滑，標(biāo)樣中間焊接熱電偶用于測(cè)量試樣溫度，試驗(yàn)中監(jiān)控載荷、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度以及位移。試驗(yàn)結(jié)果表明：

1) 采用熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了熱壓縮試驗(yàn)，試樣經(jīng)過(guò)熱壓縮后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。應(yīng)變速率為0.01 s-1和0.1 s-1時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線以動(dòng)態(tài)再結(jié)晶型為主，在晶界處大量細(xì)小晶粒形核，發(fā)生再結(jié)晶；應(yīng)變速率為1 s-1時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線以動(dòng)態(tài)回復(fù)型為主，通過(guò)位錯(cuò)的攀移和亞晶的合并，原有晶粒發(fā)生多邊形化，晶粒以等軸晶為主；應(yīng)變速率為10 s-1時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線以加工硬化型為主，晶粒隨著試樣的壓縮而變形。

2) 通過(guò)對(duì)本構(gòu)方程的修正，計(jì)算得到42CrNiMoV鋼的應(yīng)變激活能Q=414 728.01 J/mol。得到流變應(yīng)力本構(gòu)方程。將通過(guò)本構(gòu)方程計(jì)算得到的流變應(yīng)力與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，結(jié)果比較吻合，平均誤差為4.02%。