980MPa级先进高强钢的发展

选用轻量化汽车材料时应综合考虑材料的性能、质量和成本。目前,先进高强钢被广泛用于汽车工业。先进高强钢有双相钢、相变诱导塑性钢、马氏体钢、复相钢、淬火-配分钢、DH钢等。综述了980 MPa及以上高强钢的分类和主要钢种,汽车用高强钢的化学成分、显微组织、力学性能和使用性能,并结合实际零件的制造过程对这些高强钢的焊接和成形性能作了较深入的探讨,简述了其发展现状和研究进展。

连续退火炉露点对汽车用高强钢磷化处理特性的影响

对含0.18%C、1.6%Si、2.2%Mn(质量分数)的汽车用高强钢板在露点为-40、-20、-10、-5、0和10℃的炉气氛中进行了830℃保温2 min后氢气冷却的退火,随后对钢板进行了磷化处理。采用辉光放电光谱仪、扫描电子显微镜和表面电位检测等方法研究了退火气氛露点对汽车用高强钢板磷化特性的影响。结果表明:随着退火气氛露点的提高,钢板的磷酸盐膜覆盖率上升,在露点≤-20℃的气氛中退火的钢板磷酸盐膜覆盖率仅为30%,而在露点≥0℃的气氛中退火的钢板磷酸盐膜覆盖率达90%以上;钢板表层形成Si、Mn氧化物是退火气氛露点提高时钢板磷化处理特性改善的重要原因。

深冲钢炼钢区段专线化层流运行模式实践

鉴于某钢厂深冲钢炼钢区段运行效率较低、能量耗散较大、过程稳定性较差等问题,对炼钢区段各工序内时间-事件进行解析,协调优化各工序作业时间;并结合生产线特点,构建“一对一”层流专线化生产路径。生产实践表明:采用专线化层流运行模式生产深冲钢,可避免前、后工序间交叉运行时铁素流在空间、时间、能耗上的不确定性;工序间链接时间缩短,炼钢区段总作业时间从247.9 min缩短至193.5 min;过程能量耗散减少,转炉终点温度从1671.7℃降至1653.9℃。

方坯直轧工艺下连铸坯温度场均匀性及切坯工艺优化

对方坯直轧工艺下连铸坯温度场和初生晶粒演化进行数值模拟,并根据计算结果对连铸坯切坯顺序进行优化。结果表明:随着连铸拉速的提高,连铸方坯表面温度和心表温差逐渐增大,心部等轴晶区也逐渐扩大;拉速对连铸坯初生晶粒取向的影响较小;连铸坯定尺对铸坯头尾温差的影响较大,在拉速不变的情况下,连铸坯定尺每增加1 m,头尾温差增大约10.5℃。方坯直轧工艺生产采用非定尺切坯策略,可以有效减小连铸拉速波动对出坯生产节奏的影响。

焊接工艺参数对旋转摩擦焊铝-铜接头弯曲性能的影响

对1070纯铝和T2纯铜进行了旋转摩擦焊接。研究了摩擦焊工艺参数对铝-铜接头弯曲性能的影响。采用电子探针显微分析仪检测了铝-铜接头界面的微观形貌和元素分布。结果表明:较短时间(2 s)摩擦焊制备的铝-铜接头(1号试样)弯曲试验时断裂于铝-铜界面,为脆性断裂,随着摩擦时间的增加,铝-铜接头弯曲试验时断裂于铝侧,为韧性断裂;以2~5 s的摩擦时间制备的铝-铜接头界面均未发现有明显的金属间化合物,但发生了成分变化;较短时间摩擦焊制备的1号试样成分变化区宽约1.6μm,较长时间(5 s)摩擦焊制备的4号试样成分变化区宽约2.7μm;较宽的成分变化区能提高铝-铜接头界面的结合强度,从而提高铝-铜接头的弯曲性能,较窄的成分变化区是弯曲试验过程中铝-铜接头界面断裂的主要原因。

20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

航空航天领域用增材制造金属材料的研究进展

从航空航天领域对增材制造金属材料的需求出发,介绍了增材制造金属材料在航空航天领域的应用以及市场规模。评述了铁基合金、镍基合金、钛合金、铝合金等增材制造合金的微观组织和力学性能。总结了4种增材制造合金在航空航天领域关键零件中的典型应用实例。指出了航空航天领域用增材制造金属材料存在的问题及未来的研究方向。

轻质Fe-Mn-Al-C系高强钢的组织与性能研究进展及其在海洋工程中的应用展望

轻质Fe-Mn-Al-C系高强钢的特点是强度高、密度低、耐蚀性好、延展性好等,近年来得到了快速发展和广泛应用。通过以不同元素合金化能使轻质高强钢具有不同的显微组织和力学性能。例如,碳和锰的添加能稳定奥氏体,铝的添加能降低密度,某些微合金元素的添加能提高力学性能且抑制κ-碳化物析出。晶界的微米级κ-碳化物对轻质钢的力学性能有不利影响,但经固溶和时效处理后形成的晶内纳米级κ-碳化物能提高钢的强度。轻质钢不仅可应用于汽车制造等领域,在海洋工程也具有广阔的应用前景。

钢背及合金层厚度对ZChSnSb11-6巴氏合金耐磨性的影响

利用MFT-500多功能摩擦机对ZSnSb11Cu6(11-6)巴氏合金及采用离心铸造方法在40Cr钢钢背上浇铸的厚度为2.0、2.5 mm的ZChSnSb11-6巴氏合金层进行了摩擦磨损试验,研究了钢背及合金层厚度对巴氏合金耐磨性的影响。结果表明:与无钢背巴氏合金相比,有钢背2.5 mm厚巴氏合金的耐磨性提高了26.6%,而2.0 mm厚巴氏合金的耐磨性下降了12.8%。有钢背2.0 mm厚巴氏合金的硬度较高,磨痕和犁沟较浅,但其残余拉应力最大,麻点数量最多、剥落程度最大,耐磨性最差;而2.5 mm厚巴氏合金的麻点数量最少、剥落程度最小,磨痕和犁沟也较浅,耐磨性最好;相较于2.5 mm厚巴氏合金,无钢背巴氏合金的残余拉应力较小,但其硬度最低,磨痕和犁沟最深,麻点数量更多、剥落更严重,耐磨性较差。

铜对4Cr16Mo塑料模具钢切削性能的影响

将4Cr16MoCu、4Cr16Mo和SDP136钢在1030℃保温4 h,冷却至室温后回火两次,第一次为540℃×4 h,4Cr16MoCu钢的第二次回火工艺为590℃×3 h,4Cr16Mo和SDP136钢为565℃×3 h,使其硬度达到35~36 HRC。采用扫描电子显微镜检测钢的显微组织,采用数控车床进行切削性能试验。分别采用SY-3F型应变式三维测力传感器、红外测温仪、TR200粗糙度测量仪和超景深显微镜测定切削力、刀尖温度、工件粗糙度和磨损刀具的形貌。结果表明:在相同的切削条件下,铜的添加能延长刀具的使用寿命;切削4Cr16MoCu钢的刀具温度比切削4Cr16Mo钢的刀具温度低50℃,切削试验的前、中期4Cr16Mo钢的切削力比4Cr16MoCu钢大43~94 N,但后期4Cr16MoCu钢的切削力上升至839 N,比SDP136钢大211 N。

65Mn/Q235双金属复合管的热处理工艺优化及其耐磨性

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、洛氏硬度计、显微硬度计和磨粒磨损试验机,分析了65Mn/Q235双金属复合管在使用过程中失效的原因,并对其热处理工艺进行了优化。结果表明:65Mn钢中存在大量的未溶碳化物和层片状珠光体,导致其韧性降低、焊缝硬度较低,使65Mn/Q235双金属复合管在服役过程中因耐磨性不足而失效。采用优化的热处理工艺即840℃保温10~30 min油冷后,65Mn/Q235双金属复合管的组织为均匀细小的马氏体,未溶碳化物和层片状珠光体基本消除,焊缝硬度得到提高,耐磨性明显改善。

SWRH72BCr钢连铸坯表层网状渗碳体的形成和预防

SWRH72BCr钢连铸坯表面常常发现有异常振痕的部位表层有网状渗碳体。研究了网状渗碳体的形成原因。结果表明:保护渣液渣层偏薄且厚度不均匀、结晶器振动装置偏振量大是连铸坯表层形成异常振痕的主要原因。通过优化保护渣成分,将保护渣加渣间隔时间从30 s调整为23 s,结晶器偏振量从0.25 mm减小到0.10 mm,表面有异常振痕的SWRH72BCr钢连铸坯的百分率从7.24%降低到了0.15%,表层有网状渗碳体的连铸坯百分率从1.31%降低到了0.10%。

一种新型Ni-Fe基高温合金的微观组织演化与蠕变行为

采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子背散射衍射技术,研究了GH4070P合金在725℃/180 MPa和725℃/150 MPa条件下的蠕变行为,分析了合金在不同条件下蠕变后的微观组织和晶体学特征,揭示了合金蠕变过程中析出相的演变规律及断裂机制。结果表明:在725℃/180 MPa和725℃/150 MPa蠕变条件下,位错通过Orowan机制绕过γ′析出相;725℃/150 MPa蠕变合金由于γ′相的粗化产生位错塞积。蠕变期间,合金晶界应力集中较为明显,产生了蠕变孔洞和微裂纹,最终导致沿晶断裂。

15-15Ti奥氏体不锈钢热老化小尺寸试样单轴拉伸行为的GTN微观损伤模型研究

通过加速热老化试验模拟了15-15Ti奥氏体不锈钢的辐照效应,构建了Ramberg-Osgood力学本构模型和GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)微观损伤模型。结合有限元方法,探讨了热老化不同时间的15-15Ti奥氏体不锈钢小尺寸试样在不同温度拉伸试验过程中的应力-应变响应行为和损伤断裂过程。结果表明:热老化小尺寸试样中有少量碳化物析出和大量σ相形成,导致其抗拉强度和屈服强度显著下降;未热老化试样的拉伸断口中有大量韧窝,为韧性断裂,而热老化试样的拉伸断口中韧窝数量明显减少,析出相周围有撕裂棱,为脆性断裂;热老化试样标距段的应力集中和颈缩均延迟发生;热老化试样的断裂应变明显小于未热老化试样;热老化能促使小尺寸试样中孔洞的聚集和增多,从而加速失效。

酸洗板表面黑印的产生机制

近期SPHC钢酸洗板表面出现黑印,影响其使用。为弄清酸洗板出现黑印的原因,检查了酸洗、热轧、炼钢等工序的工艺参数,并进行了轧制油使用试验、调整钢坯运输方式和对钢坯进行机械清理试验等。结果表明:酸洗板黑印的产生与酸洗和热轧工艺、轧制油使用、铸机及钢坯吊装方法均无关系,而与连铸结晶器保护渣品种有关,是加入少量Na2O的液态保护渣粘附于钢坯表面从而局部增碳所致。通过更换保护渣和优化保护渣成分,解决了酸洗SPHC钢板的黑印问题。

Fe-V和Ni-V二元体系热力学优化

采用CALPHAD(calculation of phase diagram)方法对Fe-V和Ni-V二元系进行了热力学优化,并结合第一性原理计算,利用(A,B)_(10)(A,B)_(4)(A,B)_(16)三亚点阵模型描述σ相,首次成功地描述了σ相的占位分数。使用优化的模型参数不仅可以描述Fe-V和Ni-V系热化学性质,而且可以很好地重现Fe-V和Ni-V系的相平衡关系,为高熵合金多组元热力学数据库的建立奠定基础。

金合金中Ce和Lu晶界偏聚的第一性原理研究

元素在晶界的偏聚通常会引起材料性能的变化。基于第一性原理研究了Ce和Lu元素在纯金晶界的偏聚行为,计算得出Ce和Lu的最小晶界偏聚能分别为-0.89和-0.28 eV,这表明Ce在晶界的偏聚倾向较大,而Lu的偏聚倾向较小;同时,在此基础上进一步研究了Ce和Lu在金合金中的原子结构和电子结构,揭示了晶界偏聚的物理成因。

异钢种连铸混浇模型及试验研究

针对连铸异钢种混浇过程化学成分变化及混浇坯长度预测的问题,基于某厂实际钢液混浇过程,建立了异钢种混浇模型,并结合工业试验研究了连铸工艺条件对混浇坯长度的影响。结果表明:该混浇模型预测的铸坯化学元素含量偏差在±2%以内,可用于混浇坯的化学元素含量预测及长度判定。铸机通钢量保持34.6 m^(3)/h不变,中间包剩余钢液质量从38 t减少至30 t,混浇坯长度从7.13 m减小至5.70 m;中间包剩余钢液质量34 t,通钢量从26.9 m^(3)/h增至42.3 m^(3)/h,混浇坯长度从10.45 m减小至5.70 m;中间包剩余钢液质量34 t,通钢量为34.6 m^(3)/h时,新钢液注入流量从50.0 m^(3)/h增至73.1 m^(3)/h,混浇坯长度均约8.71 m,新钢液注入流量对混浇坯长度的影响可以忽略。以炉次分割线为基准可以实现混浇坯和正常坯的精确判定。

热处理工艺对吉帕级Q & P钢组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪及拉伸试验机等,研究了热处理工艺对冷轧态和预淬火态Q&P钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:冷轧态试验钢组织呈等轴状,预淬火态试验钢组织具有层片状特征;对于冷轧态试样,两相区保温温度、淬火温度和配分温度均会对试验钢的力学性能产生明显影响,残留奥氏体的稳定性参数R值与强塑积的变化趋势一致,表明在拉伸载荷作用下残留奥氏体发挥相变诱发塑性(transformation induced plasticity, TRIP)效应是试验钢强塑化的主要原因;对于预淬火态试样,层片状组织有助于残留奥氏体更好地增强TRIP效应,并阻碍裂纹扩展,从而进一步提高其强塑积。

旋转摩擦焊铝-铜接头的显微组织与力学性能

利用旋转摩擦焊工艺实现了1070纯铝与T2纯铜的连接。采用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪对接头组织和铝-铜界面进行观察分析,并对相同工艺旋转摩擦焊的两块铝-铜接头进行锻压和弯曲试验。结果显示:1号和2号试样在弯曲过程中分别断裂于铝-铜界面和铝侧母材。两种试样的铝-铜界面均未观察到明显的金属间化合物。1号和2号试样铝-铜界面处分别存在宽约1.8和2.7μm的元素过渡区。较宽的元素过渡区可提高铝-铜界面结合强度,较窄的元素过渡区是1号试样在弯曲过程中界面断裂的主要原因。因此,应严格控制旋转摩擦焊的工艺稳定性,以提高焊接接头的弯曲性能。