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316LN不锈钢管的动态再结晶行为与晶粒细化 低层错能的金属材料在热塑性变形过程中，动态再结晶是其主要的软化机制。316LN不锈钢管为典型低层错能钢，在再结晶温度线以上可以发生动态再结晶。动态再结晶是以无畸变的晶核生成、长大形成再结晶晶粒代替含有高位错密度的形变晶粒的过程，在消除大量位错的同时可以达到细化晶粒的目的。图１ａ为１１００℃时，316LN不锈钢管原始试样显微组织；图１ｂ为１１００℃、应变速率为０．０１ｓ－１时，316LN不锈钢管发生完全动态再结晶的试样显微组织。 核电主管道锻造时应变速率可达０．０１ｓ－１量级。热力学模拟实验［６］得到了316LN不锈钢管发生完全动态再结晶的规律，即随着真实应变的增加，流动应力趋于稳态，其临界的真实应变值为稳态应变εｓ。根据实验结果，稳态应变εｓ和Ｚ参数之间存在以下关系：εｓ＝０．１５３Ｚ０．０４４。其中，Ｚ为Ｚｅｎｅｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ参数，即温度补偿应变速率因子。316LN不锈钢管发生动态再结晶后的晶粒尺寸ｄＤＲＸ与Ｚ参数之间的关系为ｄＤＲＸ＝６．１０８×１０６Ｚ－０．３９２。根据以上公式，可以计算获得316LN不锈钢管在应变速率为０．０１ｓ－１条件下，各个温度的稳态应变εｓ以及晶粒尺寸ｄＤＲＸ，如表１中所示。 ＡＳＴＭ４级的晶粒大小大约为８０μｍ，因此在锻造的过程中，如果能保证每个温度条件下，316LN不锈钢管的真实应变大于稳态应变，则锻造后的晶粒尺寸可以达到ＡＳＴＭ４级或更细。在锻造的过程中，锻件温度是逐渐降低的。本文通过热力学模拟实验［７］，研究了316LN不锈钢管多道次变形条件下的动态再结晶行为。图２中为316LN不锈钢管在不同变形温度梯度、应变速率为０．０１ｓ－１条件下的双道次变形试样显微组织。其中：Ｔ１，Ｔ２，ε１和ε２分别为第１、２道次的变形温度和应变量。用截线法计算得到其晶粒尺寸分别为（ａ）５０．５μｍ和（ｂ）２３．８μｍ，满足晶粒度要求。因此，在１０５０～１２００℃的高温区，在锻造条件允许的情况下，增大316LN不锈钢管锻造时的变形量，有利于保证动态再结晶的充分发生和晶粒细化。
不锈钢管成形的生产方法具有节材节能和提高产品质量等优点，但在成形过程中管坯金属的变形行为非常复杂，理论分析比较困难 采用理论分析与实验研究相结合的方法，通过大量的实验研究总结出不锈钢管成形参数化的速度场，然后用能量法及主应力进行求解，前苏联学者采用此法。 采用近似理论分析方法，主要是假设变形是轴对称或是平面状态，采用主应力或上限法进行求解，对解析解再乘以系数进行修正。这种方法实质上只能近似求解出远离过渡区域的主管、支管以及对称面上金属的变形，日本及中国学者常采用此法。 数值模拟仿真计算，主要采用有限元法，美国及韩国学者常采用此法。 这三种方法各有优缺点，适合不同的场合。 一般地，在工艺设计、定性讨论成形规律及计算成形力的时候采用前两种方法，而要深入地定量研究成形规律、揭示应力应变的分布以及优化工艺和模具结构时，就需要进行有限元模拟。有限元法是数值分析方法中应用最为广泛并且 有生命力的一种方法。近20年来，人们在有限元的理论、单元类型、材料本构关系、接触模型以及算法上进行了大量的研究，使它在金属成形分析中的应用范围不断扩大，从20世纪70年代到80年代中后期主要还是只能解决平面问题和轴对称问题，到了90年代已经能够解决较为复杂的三维问题，目前正在不断提高计算效率和精度，开始向实用化方向发展。 有限元法的基本原理是将欲求解未知场变量的不锈钢管连续介质划分有限个单元，单元用节点连接，每个单元内的场变量通过插值函数有节点值确定，单元之间的作用力由节点传递，根据虚功原理或者能量泛函的变分原理尽量单元的运动方程或刚度方程，然后对各单元进行集成而形成问题的整体运动方程或整体刚度程， 进行数值求解得到基本知量（一般是位移）的节点值，进而求得其他场变量的值。
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