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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。
不锈钢管热输入量的指标是焊接线能量，随着线能量的增加，HAZ的 硬度降低，能降低产生淬硬组织的倾向，对氢致开裂的预防越有利，但是线能量的增加造成焊接熔深的增大，可能会发生烧穿。因此，需要平衡焊接热输入量，不锈钢管在不发生烧穿的条件下，提高焊接热输入量。 对于不锈钢管的热输入量，国外Young-pyo Kim等人[38]对不同壁厚的X65管道进行焊条电弧焊和钨极氩弧焊试验，研究表明焊条电弧焊对8mm厚管道的热输入量范围是11.0kJ/cm~21.8kJ/cm，对10mm厚不锈钢管的热输入量范围为18.0kJ/cm~29.5kJ/cm；钨电极氩弧焊对8mm厚管道的热输入量范围是22.2kJ/cm~41.7kJ/cm，对10mm厚不锈钢管的热输入量范围是19.5kJ/cm~47.6kJ/cm。国内张德勤[39]对厚10mm的X65管线钢进行自动埋弧对接焊，研究热输入对其金属组织及性能的影响，发现当热输入量达到2022J/mm，管线钢低温冲击吸收功 。 对于热输入量的计算公式，国外方面，Carl E. Jaske研究后得到热输入量计算式60/1000HVIS（式中：H—热输入，kJ/mm；V—电压，V；I—电流，A；S—焊接速度，mm/min）。国内方面，曹崇珍等人[41]总结为/iHKVAS=（式中：iH—热输入量，J/mm；K—系数，对焊时K=0.85，角焊时K=0.57；V—焊接电压，取平均值，V；A—焊接电流，取平均值，A；S—焊接速度，取平均值，mm/s）。可见国内外对于热输入量的计算公式存在差异。
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