在社會倡導低碳節(jié)能環(huán)保的大背景下，各種運輸機械也向著輕量化的方向發(fā)展。目前，利用內高壓成形等技術生產空心零件以代替實心零件具有的顯著減重效果倍受關注。12Cr1MoVG合金無縫管為了提高空心零件的強度并降低生產成本，則需要研究出具有較同時兼有良好成形性能的管坯。在此背景下，本文將已經趨于成熟的TRIP鋼生產技術應用到了鋼管的生產，成功出了具有鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體和少量馬氏體組織的薄壁TRIP鋼無縫管，并利用普通拉伸、管端擴口、環(huán)形拉伸以及液壓自由膨脹等試驗手段對其力學性能及內高壓成形性能進行了試驗研究，分析了熱處理工藝對TRIP鋼合金無縫管微觀組織、力學性能以及內高壓成形性能的影響。主要創(chuàng)新性成果如下：
(1)利用冶煉一鍛造一穿孔一冷拔一熱處理工藝成功生產出了化學成分為A，B，C，D，E和F的TRIP鋼薄壁無縫管。
TRIP鋼無縫合金管的微觀組織含有鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體及少量馬氏體，具有良好的軸向力學性能，延伸率均接近或超過了30%。其中鋼管D-II的強塑積達到28269MPa%；鋼管F-V的延伸率達到40%，其殘余奧氏體含量也達到了10.26%的較高值。
(2)研究了熱處理工藝對TRIP鋼無縫管微觀組織及力學性能的影響。
研究了熱處理工藝對鋼管A和B的軸向力學性能、微觀組織、殘余奧氏體含量及其形態(tài)分布的影響。結果表明：在 的臨界退火溫度下，殘余奧氏體體積分數(shù)均隨著退火時間的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢；在 的貝氏體等溫淬火溫度下，殘余奧氏體含量均隨等溫淬火時間的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，總延伸率以及強塑積也有相似的變化趨勢。
(3)利用管端擴口試驗對TRIP鋼無縫管的內高壓成形性能進行了研究，分析了錐形工具頂角以及熱處理工藝對擴口 的影響。
對化學成分為B，C和D的鋼管擴口 進行了研究，分析了錐形工具頂角對鋼管B，C和D擴口 的影響，以及熱處理工藝對鋼管C和D的擴口 的影響。
結果表明：各鋼管的擴口 隨著錐形工具角度的減小而減??；鋼管C和D的管端擴口 隨著貝氏體區(qū)等溫淬火時間由3min增加到9min，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當?shù)葴卮慊饡r間為6min時，擴口 均達到 大。
(4)提出利用管端擴口試驗確定Oyane韌性斷裂準則中材料常數(shù)的方法，并利用TRIP鋼無縫管與碳素鋼無縫管兩種不同的材料，對此方法的普遍適用性進行了驗證。
先，分別采用頂角角度為200、300和600的錐形工具中的任意兩個，利用實驗及FEM模擬的手段對管端擴口過程進行研究，材料常數(shù)a和b；然后，采用材料常數(shù)a和b，在FEM模擬中預測利用第三個錐形工具時管材的 大擴口 與實驗結果進行對比，驗證此方法的性； 后，利用TRIP鋼管與普通碳素鋼管的管端擴口試驗驗證此方法的普遍適用性。結果表明，此方法具有較高的準確性和普遍適用性。
(5)設計出環(huán)形拉伸試驗裝置，根據(jù)試驗裝置特點提出了確定管材周向應力、應變和塑性應變比(Cr值)的方法，并利用FEM數(shù)值模擬對此方法的性進行驗證。
①根據(jù)環(huán)形拉伸試驗的幾何關系和力學關系，得出了拉伸過程中沿管材周向的瞬時應力和應變。②利用刻在試樣上的應變網格計算塑性應變比(Cr值)。③利用FEM數(shù)值模擬對環(huán)形拉伸試驗過程進行了仿真，將FEM模擬中輸入的材料真應力一真應變曲線與根據(jù)模擬結果利用此方法計算所得出的真應力一真應變曲線進行對比，驗證此方法的性，結果表明，兩曲線符合較好，此方法準確。
(6)利用環(huán)形拉伸試驗對TRIP鋼無縫管A，B，E和F的周向力學性能進行了研究，分析了熱處理工藝對各TRIP鋼無縫管周向力學性能的影響。
研究結果表明，在室溫下拉伸速度為2.5mm/min時，熱處理后各鋼管的周向抗拉強度和屈服強度分別在600MPa和350MPa左右；周向延伸率較高，幾乎所有鋼管的延伸率均接近30%；鋼管E-VI的強塑積達到19502MPa%，呈現(xiàn)出良好的強塑性組合。
(7)設計出液壓自由膨脹試驗裝置，提出了利用液壓自由膨脹試驗確定管材等效應力一等效應變曲線的方法，分析了形變速率以及熱處理工藝對 大內壓及 大膨脹高度的影響。
分別采用增壓速度為0.2MPa/s與O.5MPaIs，對不同熱處理工藝TRIP鋼無縫管F的液壓自由膨脹性能進行了實驗研究，結果表明：①過低的變形速率并不利于獲得TRIP鋼無縫管較好的內高壓成形性能；②臨界退火工藝 時，貝氏體區(qū)等溫淬火時間從4min增大到6min， 大內壓值呈現(xiàn)下降趨勢；當貝氏體區(qū)等溫淬火工藝 時， 大內壓隨著臨界退火時間的延長呈增大趨勢， 大膨脹高度呈減小趨勢。本文所的TRIP鋼管具有良好的綜合力學性能和內高壓成形性能，可滿足內高壓成形工藝對高強塑性材料的需求，生產出形狀復雜、變形量大和的內高壓成形件，具有很高的實際應用價值。
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