[发明专利]含薄膜状亚稳奥氏体的镍系低温钢力学本构参数确定方法

说明书

本发明提供一种含薄膜状亚稳奥氏体的镍系低温钢力学本构参数确定方法，解决目前镍系低温钢中薄膜状亚稳奥氏体与回火马氏体尺寸细小、TRIP效应导致亚稳奥氏体的体积分数不断演化、两相本构参数难以使用现有方法单独测定的问题。该方法首先在镍系低温钢试样上加工出单相马氏体微米柱，获得该微米柱的压缩应力‑应变曲线，确定马氏体相本构参数；然后，通过单向拉伸实验获得马氏体与亚稳奥氏体双相组织的应力‑应变曲线，同时获取亚稳奥氏体的体积分数随应变演化曲线；最后，利用晶体塑性模拟马氏体与亚稳奥氏体双相组织的拉伸过程，比对模拟和实验的应力‑应变曲线与亚稳奥氏体的体积分数随应变演化曲线，确定亚稳奥氏体相本构参数。

技术领域

本发明属于材料力学性能表征技术领域，涉及一种含薄膜状亚稳奥氏体的镍系低温钢力学本构参数确定方法。

背景技术

天然气是当今社会发展的重要能源支柱，一般通过将天然气液化的方式提高天然气的储存和运输效率。液化天然气因其极低的温度(-162.5℃)对储罐材料提出了苛刻的要求，镍系低温钢因其较高的屈服和抗拉强度、优良的低温韧性而被广泛应用于液化天然气、液化石油气等低温储罐的制造工程。然而，镍价格昂贵且波动大，极大地增加了液化天然气储罐的制造成本；因此，开发下一代节镍型镍系低温钢是亟待解决的问题。

目前，已有研究表明，镍系低温钢微观组织中的薄膜状亚稳奥氏体，对于改善其低温韧性具有重要作用，但其增韧机理尚不明晰。因此，准确测定含有薄膜状亚稳奥氏体的镍系低温钢的力学本构参数，对于耦合晶体塑性有限元模拟手段研究镍系低温钢的变形行为，理清薄膜状奥氏体的增韧机理并指导下一代节镍型镍系低温钢的开发，具有重要意义。

利用晶体塑性有限元模拟多晶材料变形行为时，材料力学本构参数的准确获取对模拟结果具有决定性的影响。目前，材料的力学本构参数确定方法主要有以下几种。其一，将单向拉伸实验、单向压缩实验、弯曲实验等方法获得的实验结果与晶体塑性模拟结果比对，确定材料的本构参数；例如，公告日为2020年8月14日、公告号为CN111539071A的中国专利申请文件公开了一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法、系统及电子设备，其中采用了单向拉伸与弯曲实验确定差厚板的本构参数；其二，利用纳米压痕与晶体塑性有限元反演的方法获取材料的本构参数；例如，公告日为2020年5月22日、公告号为CN111189699A的中国专利申请文件公开了一种基于纳米压痕实验的晶体塑性材料参数反演识别的实现方法，该方法联合Matlab和Abaqus建立纳米压痕宏观参数反演模型，并结合Kriging代理模型和遗传算法计算出待测材料宏观本构参数。然而，上述方法均适用于获取均质单相材料的本构参数，而镍系低温钢的微观组织一般为回火马氏体与薄膜状奥氏体构成的双相组织。对于多相组织的力学本构测试，一般认为各相的微观变形特征与宏观材料相似，再用近似成分的单相材料的宏观性能作为各相的微观力学本构；例如，公告日为2020年5月12日、公告号为CN111145842A的中国专利申请文件公开了一种面向高速变形过程的多相金属材料本构行为构建方法，该方法通过单向拉伸实验测得多相状态下的宏观力学本构，再通过对多相状态下的实际本构进行重构，获得单相的宏观力学本构。实际上，该方法将材料宏观力学本构近似为微观力学本构，难以直接精确测定各相的本构参数，无法获得晶粒尺寸、晶粒取向、滑移系临界分切应力等微观信息对力学本构的影响。

镍系低温钢中回火马氏体Bolck平均尺寸一般仅为1～3μm，薄膜状奥氏体的平均厚度仅为0.1～0.5μm，难以直接测试单相的纳米压痕响应。此外，变形过程中相变诱发塑性(TRansformaiton Induced Plasticity，TRIP)效应会导致奥氏体不断发生马氏体相变，影响镍系低温钢的变形行为。采用已有方法，无法确定镍系低温钢中回火马氏体与亚稳奥氏体两相的力学本构参数。

发明内容

本发明的目的在于解决目前镍系低温钢中薄膜状亚稳奥氏体与回火马氏体尺寸细小、TRIP效应导致亚稳奥氏体的体积分数不断演化、两相本构参数难以使用现有方法单独测定的问题，而提供一种含薄膜状亚稳奥氏体的镍系低温钢力学本构参数确定方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：