大型筒节是核电、石油化工、煤液化等装备的关键部件,随着我国的能源产业结构逐渐向低碳经济和清洁能源的方向发展,核电、石化、航天等领域对大型筒节的质量要求越来越严格。大型筒节的热处理一般采用台车式电阻炉或火焰炉加热,其加热效率低下,能耗高,对环境污染严重,不能满足现代工业发展的要求。而感应加热技术能克服以上缺点,加热速度快、效率高、不产生烟气和烟尘,符合节能环保的理念,是我国工业发展的趋势所在。本文研究了大型筒节感应加热装置设计,仿真模拟及其快速热处理工艺。首先,建立了大型筒节热处理数值模拟过程中所涉及的电磁场、温度场、应力场和组织场的多场耦合数学模型,计算了加热和空冷过程的对流换热系数和辐射换热系数以及喷水冷却换热系数。其次,研究了大型筒节2.25Cr1Mo0.25V钢连续加热过程中的奥氏体化相变动力学。通过实验测得了筒节钢在不同的加热速率0.02~10℃/s下的奥氏体化膨胀曲线,利用J-M-A模型对实验数据进行分析,确定了模型中所涉及的参数:奥氏体化相变激活能Q为479.8kJ/mol,J-M-A指数n约为1.0782,指前因子lnk0约为45.6。再次,设计了大型筒节感应加热炉装置,并基于有限元软件模拟了筒节感应加热过程。针对感应加热过程尖角效应问题,提出了以下三种解决方案。其中,方案3在筒节端部焊接热处理环,同时在端部线圈处添加导磁体,不仅能去除尖角效应,且整体加热效果较好。对比研究了矩形线圈感应加热方式与传统的电阻炉加热方式和螺旋线圈感应加热方式下大型筒节正火加热过程的温度场和热应力,数值模拟结果表明:采用矩形线圈感应器加热时,加热效率最高,且加热效果较好,热应力也在筒节材料的承受范围之内。最后,对筒节的传统热处理过程和感应加热热处理过程进行了物理模拟,测得筒节心部在热处理过程的晶粒演变以及最终的力学性能。物理模拟结果表明,采用感应加热热处理筒节心部的晶粒度达到7.0级,与传统热处理结果相近;筒节各项力学性能标准均满足使用要求,进一步验证了基于感应加热的热处理工艺的可行性。