P91钢是火电机组锅炉用钢,具有较高的耐疲劳强度、良好的抗氧化性、相对较高的抗拉强度和较细小的晶粒,最高使用温度能够达到650℃。P91钢在热加工过程中不仅有动态回复、动态再结晶过程,同时还有晶粒的长大。动态再结晶结束后的晶粒处于亚稳定状态,在温度尚未降下来时会一直长大,因此,工件在热加工过程中的加热、保温和冷却过程会伴随有晶粒的长大。某公司在实际生产厚壁钢管时,晶粒中出现了混晶现象,为了寻求其中的原因并提出解决方法,特对钢管生产过程中的穿孔与周期轧制两个变形过程进行热力模拟实验和热处理实验;为了探究变形过程中不同变形参数对静态软化的影响,建立了静态软化的数学模型;最后绘制了热加工图,用于指导P91钢的生产实践。具体内容如下:穿孔变形过程,在应变速率为2s-1,变形温度为1200℃,变形量为20%-50%的条件下探究穿孔工艺对材料晶粒大小或晶粒度的影响;周期轧管过程,进行双道次的轧管实验,首次压缩量为30%,变形速率为2s-1,变形温度为1200℃,压缩完成之后以0.5℃/s降到1000℃再进行二次压缩,压缩量为10%-45%,涵盖小变形与大变形,探究出现混晶的条件;为进一步探索P91钢在小变形量、大应变速率和大变形量、小应变速率下对软化现象的影响,特补充了在变形量为10%、20%,应变速率为2s-1和变形量为45%、55%,应变速率分别为0.02s-1、0.2s-1的实验。结果发现,P91钢在小应变速率、小变形量,大应变速率、小变形量条件下,材料产生加工硬化并伴有少部分的动态回复;在小应变速率、大变形量条件下产生动态再结晶并出现软化,同时材料也在此变形过程中出现混晶现象。传统热处理工艺是将P91钢管加热到1050℃保温,得到奥氏体化组织,然后空冷;再将P91钢管加热到760℃保温,然后空冷。结果发现,处理完的钢管显微组织中出现混晶现象,经过预处理,把非平衡组织转变为平衡组织,可消除P91中的粗大晶粒。同时也证实,锻坯和连铸坯的差异不会导致P91组织的异常。通过控制变形温度、应变速率和道次间隔时间三变量其中之一,来探究静态软化的特征,通过数据分析-拟合,建立了软化率模型。通过以上应力应变数据,运用MATLAB软件绘制了 P91钢在ε=0.4和ε=0.5时的热加工图,确定了材料的加工性能较优的区域及流变失稳区,用于指导P91钢的生产实践。