新工科背景下钢铁冶金概论课程教学改革探索

随着新工科的快速推进,本文以钢铁冶金概论课程为研究对象,深入探讨了教学改革的紧迫性及相应策略。在适应新工科发展需求、提高教学质量和效果方面,本文提出了一系列有针对性的措施,包括丰富教学内容、引入创新教学模式以及完善考核方式等策略。这些策略的实施旨在为相关教育人员提供可行的参考,推动钢铁冶金概论课程在新工科背景下更好地适应时代发展,以更有效地培养学生的综合素养和实践能力。研究成果有望为新工科背景下的教育实践提供有益借鉴。

Ce对DH36船板钢显微组织和力学性能的影响

为探究稀土Ce对DH36船板钢显微组织和力学性能的影响,采用真空感应炉熔炼不同Ce含量的DH36船板钢,利用场发射扫描电镜、显微硬度计、冲击试验机、电子万能试验机等设备研究了Ce对DH36船板钢组织、硬度、冲击性能、拉伸性能的影响。结果显示:在DH36船板钢中加入Ce使铁素体和珠光体组织细化。含0.009%Ce的试验钢综合力学性能最好,硬度增幅最大,相比未加Ce的试验钢提升15.6%;抗拉强度由未添加Ce的581.97 MPa提升到643.80 MPa,提升10.6%;冲击功由未添加Ce的162.8 J提升到174.5 J,提升7.2%。加入稀土Ce后,试验钢的拉伸断口和冲击断口形貌得到改善,韧窝数量增多,断口表面的夹杂物类型发生改变,由大尺寸不规则夹杂物变成了小尺寸类球状稀土夹杂物,降低了有害夹杂物引起的应力集中,使断口表面的裂纹源明显减少。

稀土Y对GCr15轴承钢力学性能的影响

为探究稀土Y对GCr15轴承钢力学性能的影响,采用真空感应炉冶炼了不同Y含量的GCr15轴承钢,利用MC010-HV-30Z维氏硬度计、SANS-ZBC2752A型冲击试验机、CSS-88500型电子万能试验机、JSM-6510型扫描电子显微镜和Sigma-300场发射电子显微镜等设备,研究Y对GCr15轴承钢硬度、冲击性能、拉伸性能及夹杂物的影响。结果显示:Y含量为0.005%时,试验钢具有较好的综合力学性能;Y略微降低了GCr15轴承钢的硬度,由258.7 HV降低到254.4 HV;冲击功提高了17.9%,由17.9 J提高到21.1 J;抗拉强度提高了6.50%,由903.8 MPa提高到963.3 MPa;最大拉应力提高了6.50%,由17.75 kN提高到18.91 kN;断后伸长率提高了16.80%;试验钢的断裂模式由沿晶断裂向穿晶断裂过度;Y处理后,夹杂物尺寸由3μm左右减小为1μm左右。试验钢的硬度略微降低,冲击功、抗拉强度、断后伸长率均有所提高,夹杂物尺寸减小。

稀土Ce对低碳微合金钢耐腐蚀性能的影响

为了提高低碳微合金钢在海洋环境中的耐腐蚀性能,采用金相显微镜、SEM、EBSD、电化学分析等测试手段研究了不同稀土Ce含量的试验钢在3.5%NaCl溶液模拟的海洋环境中的腐蚀行为。结果表明:试验钢的显微组织主要由铁素体和珠光体组成,稀土Ce可以细化晶粒,减小夹杂物的尺寸,将试验钢中Al_(2)O_(3)、MnS、Al_(2)O_(3)+MnS夹杂物改性为MnS+CeAlO_(3)、Ce_(2)O_(3)夹杂物,并且改性后的夹杂物应力明显降低,减小了微孔洞、裂纹萌生的概率。另外,稀土Ce的加入可以降低试验钢的腐蚀电流密度,提高腐蚀电压,使得腐蚀产物中γ-FeOOH的含量减少,同时α-FeOOH和Fe_(3)O_(4)含量增多,可降低反应活性,提高锈层对基体的保护作用。因此,相对于未添加稀土Ce的低碳微合金钢,添加稀土Ce的低碳微合金钢表现出更好的耐海水腐蚀性能。

稀土Y对低合金钢耐蚀性的影响研究

为了研究稀土Y对低合金钢耐腐蚀性能的影响,通过向DH36低合金钢中添加稀土Y,得到不同稀土含量的低合金钢,采用3.5%NaCl溶液作为腐蚀介质,模拟海洋环境对DH36船板钢耐腐蚀性能的影响。采用浸泡实验、激光共聚焦显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、电化学测试等方法来考察稀土Y对DH36船板钢耐腐蚀性能的影响,并采用电子背向散射衍射(EBSD)来探究未被稀土改性的夹杂物和稀土夹杂与钢基体之间的残余应力大小,进而判断夹杂物对低合金钢耐蚀性能的影响。结果表明:稀土可以细化晶粒、改性夹杂物,减少稀土夹杂物的周边应力,减少微裂纹与微孔洞的发生,进而降低低合金钢在模拟海洋环境中的腐蚀敏感性;Y的加入可以使腐蚀电位正移,减小腐蚀电流密度,减少腐蚀初期试验钢表面点蚀坑的出现,进而减小腐蚀发生的活性区;此外,稀土Y的添加使腐蚀产物中γ-FeOOH的含量显著减少,Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH的含量增加,锈层的稳定性与致密性增强;Y的添加还使锈层厚度变大,更有效地阻碍Cl^(-)的进入。稀土Y的添加可以有效提高低合金钢的耐蚀性能,当稀土质量分数为0.0043%时,试验钢的耐蚀性最好。

稀土Ce对DH36船板钢显微组织及耐腐蚀性能的影响研究

针对稀土对钢耐腐蚀性的影响规律及稀土夹杂对船板钢的局部腐蚀机理的研究不足,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、电化学工作站研究了在3.5%NaCl溶液中稀土Ce含量对DH36船板钢显微组织和耐腐蚀性能的影响。结果表明,稀土Ce可以细化试验钢的晶粒尺寸,同时降低试验钢的珠光体片层间距。稀土Ce的加入将试验钢中的MnS和Al_(2)O_(3)+MnS夹杂转变为MnS+CeAlO_(3)、Mn-Al-O-Ce、Mn-S-Al-O-Ce夹杂。相比于未添加Ce和添加0.001 0%Ce的试验钢而言,Ce含量为0.009 2%时试验钢的腐蚀速率最低,团絮状腐蚀产物最少,腐蚀坑的尺寸与数量最小,表面粗糙程度较小,且初期仍具有金属光泽;稀土Ce的加入使得试验钢的腐蚀电位升高,腐蚀电流密度降低。腐蚀时间为5 d时,Ce含量为0.009 2%时试验钢的腐蚀电流密度最低(2.225×10^(-5 )A/cm^(2)),腐蚀电压最高(-1.057 V),耐腐蚀性能最佳。

Ce元素对DH36船板钢显微组织及耐腐蚀性能的影响研究

目前关于稀土对DH36船板钢耐腐蚀性的影响研究较少。使用金相显微镜、扫描电子显微镜、电化学工作站以及X射线衍射仪等设备研究了稀土Ce的加入对DH36船板钢显微组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明:Ce对试验钢的晶粒有明显的细化作用;Ce的加入使钢中的Al_(2)O_(3)、MnS、Al _(2)O_(3)+MnS夹杂改性为CeAlO_(3)+MnS、Ce _(2)O_(3),且稀土夹杂物周围的应力明显变小,减小了腐蚀发生的活性区。Ce的加入提高了试验钢的自腐蚀电位,降低了自腐蚀电流密度,在3.5%NaCl溶液中浸泡5 d后,试验钢的腐蚀电流密度由未添加稀土Ce时的8.431×10^(-5) A/cm ^(2)降低到Ce含量为0.0092%时的2.384×10^(-5) A/cm ^(2);Ce的加入使腐蚀产物中γ-FeOOH的含量减少,α-FeOOH和Fe _(3)o _(4)的含量提高。测试结果均表明,Ce含量的增加会提高试验钢的耐腐蚀性能。

O、S、Ce含量对U71MnG钢中Ce_(2)O_(3)和Ce_(2)O_(2)S夹杂物的影响

我国稀土钢未实现大规模的生产,其主要原因是对稀土与钢中O、S等杂质元素的相互作用规律认识不足。考虑到Ce、O、S含量对钢中稀土夹杂物的影响缺少定量分析,使用FactSage 7.1软件计算U71MnG钢中不同含量O、S、Ce之间的相互作用关系及其对Ce_(2)O_(2)S、Ce_(2)O_(3)夹杂物析出量的影响。热力学计算结果表明,在U71MnG钢的成分体系下,随着Ce含量的增多,Ce_(2)O_(3)的析出量呈先增多后减少的趋势,m_(O)/m_(Ce)约为1/7.4时,Ce_(2)O_(3)的析出量最大;Ce_(2)O_(2)S的生成需要O、S、Ce共同作用,m_(O+S)/m_(Ce)约为1/3.7时,Ce_(2)O_(2)S析出量最大。试验钢夹杂物的SEM图像以及夹杂物颗粒数量统计结果显示,Ce含量为0.024%的试验钢中Ce_(2)O_(3)、Ce_(2)O_(2)S的个数大于Ce含量为0.016%的试验钢,钢中夹杂物析出规律与热力学计算结果一致。

稀土Y对GCr15轴承钢疲劳性能与耐磨性能的影响

采用真空感应炉制备了不同Y含量的GCr15轴承钢,通过弯曲疲劳试验与滑动磨损试验探究了稀土Y对GCr15轴承钢疲劳及磨损性能的影响。研究结果表明,随着稀土Y的添加,试验钢的疲劳寿命显著增加。未添加Y的试验钢的疲劳断口形貌主要为河流状并存在微量韧窝,断裂方式为脆性断裂;添加少量Y的试验钢的疲劳断口出现疲劳辉纹,且其宽度随着稀土Y的增加而变窄。另外,未添加Y的试验钢的疲劳断口夹杂物为棱角不规则的MnS-Al_(2)O_(3)复合夹杂物,添加少量Y后,改性成球形的Al-O-Y-Mn-S稀土夹杂物,从而改善了试验钢的疲劳性能。随着稀土Y的增加,试验钢的磨损量逐渐降低,并且摩擦系数也逐渐减小,耐磨性能增强。试验钢的磨损机理由磨粒磨损与疲劳磨损共同作用,并且随着稀土Y的增加,磨粒磨损与疲劳磨损逐渐减少。

稀土Ce对X100管线钢组织及耐腐蚀性能的影响

以X100管线钢为研究对象,在实验室条件下采用真空感应炉熔炼不同稀土Ce含量的试验钢,通过扫描电子显微镜、蔡司金相显微镜、电化学工作站以及X射线衍射仪研究了Ce对X100管线钢组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明,Ce的加入使X100钢中MnS、Mn-Si-Al-O夹杂变性成Ce_(x)O_(y)、Mn-Si-Al-O-Ce夹杂,尺寸由4μm左右增大到10μm左右。Ce对X100试验钢显微组织具有明显的细化作用,在0~0.0049%范围内,试验钢组织随着Ce含量的提高逐渐细化。Ce的加入能够提高试验钢的腐蚀电位,降低其腐蚀电流密度,在3.5%NaCl溶液浸泡28 d条件下,试验钢腐蚀电流密度由未添加Ce时的4.6347 mA/cm^(2)降低至Ce含量为0.0049%时的3.7784 mA/cm^(2),Ce含量为0.0049%时的试验钢表现出较好的耐腐蚀性能。另外,Ce的加入能够有效提高腐蚀产物中α-FeOOH和Fe_(3)O_(4)的含量,增强对钢基体的保护作用,有利于提高试验钢的耐腐蚀性能。

Ce含量对X100管线钢显微组织和耐腐蚀性能的影响

为了研究稀土元素Ce对X100管线钢显微组织和耐腐蚀性能的影响,利用蔡司显微镜、场发射电子显微镜及其配套的能谱仪和电化学工作站对不同Ce含量的4种试验钢0,1,2,3号(Ce质量分数分别为0,0.0017%,0.0028%,0.0049%)进行测试。结果表明:随着Ce含量的增多,试验钢表面的晶粒尺寸减小,Al2O3夹杂被改性为CeAlO_(3)夹杂和Ce_(2)O_(3)夹杂。浸泡7 d后,4种试验钢的腐蚀电位均比较接近;浸泡30 d后3号试验钢的腐蚀电位较之前提高了8.94%,2号和1号试验钢的腐蚀电位分别较之前提高了6.34%和6.06%;浸泡45 d后,1号试验钢的腐蚀电位较7 d时降低了10.38%,其他3种试验钢的腐蚀电位变化不大。0号试验钢的容抗弧半径随浸泡时间的延长而逐渐减小,3号试验钢的容抗弧半径增大得最为明显。测试结果均表明,Ce含量的增加会提高试验钢的耐腐蚀性能。

光伏支架专用连续镀锌钢带S450GD+Z的开发

结合唐钢镀锌生产线的设备特点,按照光伏支架专用镀锌钢带高强度和高延展性的特点,重新设计了高强结构级镀锌产品S450GD+Z的生产工艺,制定了全流程工艺制度,并成功试制。生产结果显示:无论热基还是冷基光伏支架的屈服强度与抗拉强度均达到了设计值;热基光伏支架金相组织为细小的铁素体+珠光体,冷基光伏支架的晶粒没有长大,仍为拉长状态。表明热基光伏支架可通过细化晶粒与改变晶体结构来提高产品的强度与延伸率,冷基光伏支架则是通过退火过程中晶粒发生回复再结晶来提高产品的强度与延伸率。

DP780QX双相钢CCT曲线分析

以DP780QX双相钢为研究对象,模拟研究了铸坯加热温度、铸坯保温时间、卷取温度、终轧温度等对其相变膨胀总量、膨胀速度、百分比以及抗拉强度的影响规律,并在此基础上进行了生产实践。模拟结果显示,热轧时的铸坯加热温度、铸坯保温时间、终轧温度、卷取温度(约620℃)等均不会对DP780QX热轧板的抗拉强度造成明显的影响;相变在569~456℃即已全部完成,其组织为铁素体+贝氏体,620℃卷取时抗拉强度约820 MPa,发生塌卷的可能性很小。实际生产中DP780QX热轧板强度波动较大的原因可能是热取样时间节点不一致。

洁净钢中稀土铈变质夹杂物行为研究

以添加微量稀土元素Ce的洁净钢为例,研究了Ce在洁净钢中变质夹杂物的行为,并对稀土夹杂物进行了热力学理论分析和吉布斯自由能计算。研究结果表明:在低氧、低硫的钢液体系下,Ce的脱氧、脱硫效果显著,脱氧率和脱硫率分别达到了44%和40%;稀土夹杂物以Ce_2O_2S和CeAlO_3为主。

Ce、Ti对不锈钢中MnS夹杂物的变性效果及耐腐蚀性能研究

不锈钢中MnS夹杂物极易诱发点蚀,严重恶化钢的耐腐蚀性能,实施MnS夹杂调控技术或改性技术是提高不锈钢耐腐蚀性能的有效途径。以S32550双相不锈钢为研究对象,在实验室条件下采用真空感应炉冶炼不同Ce、Ti含量的试验钢,通过JSM⁃6510型扫描电子显微镜、周期腐蚀失重实验、交流阻抗测试、Tafel极化曲线测试等检测方法,研究了微量Ce和Ti对不锈钢中MnS夹杂物的变性效果以及对不锈钢耐腐蚀性能的影响。结果表明:向钢中加入0.047%(质量分数,下同)Ce后,S32550钢中夹杂物由MnS变为Mn⁃S⁃Ce⁃O复合夹杂,夹杂物尺寸由14μm左右减小为3μm左右,腐蚀速率较未添加Ce时降低了63%;向钢中加入0.051%Ti后,夹杂物由MnS变为Mn⁃S⁃Ti⁃N复合夹杂,尺寸由14μm左右减小为4μm左右,腐蚀速率较未添加Ti时降低了33%;添加0.052%Ce和0.054%Ti后,夹杂物由MnS变为Mn⁃Ce⁃Ti⁃O复合夹杂,尺寸由14μm左右减小到2μm左右,腐蚀速率较未添加Ce和Ti时降低了76%。添加Ce、Ti均能够增大试验钢的容抗弧半径和自腐蚀电位,并降低自腐蚀电流,显著提高S32550钢的耐腐蚀性能,其中Ce的作用效果优于Ti,同时添加Ce和Ti的作用效果较单独添加Ce和Ti时显著。

微量稀土Ce对IF钢高温力学性能的影响

试验用无间隙原子钢-IF(/%:0.003 6~0.0049C,0.005~0.007Si,0.11~0.12Mn,0.007P,0.005S,0.007~0.011Alt,0.047~0.051Ti,0.003 0N,0~0.003 7Ce)由10 kg真空感应炉熔炼,锻成30 mm×25 mm方坯,终锻950℃,空冷。通过Gleeble-1500D热模拟试验机对试验钢在750~1 150℃进行应变速率0.1 s^(-1)的拉伸试验,研究微量稀土Ce对该IF钢高温拉伸性能的影响。与不含Ce的IF钢相比,含0.003 7%Ce的IF钢的热塑性(Z值)和热强性(R_m值)有明显提高,但随温度提高,增加值减少;IF钢和IF-Ce钢的高温断面收缩率、抗拉强度分别为750℃:(IF)77.62%-110 MPa和(IF-Ce)88.65%-160 MPa;950℃:(IF)87.35%-85 MPa和(IF-Ce)92.88%-100MPa;1 150℃:(IF)85.68%-55 MPa和(IF-Ce)90.62%-58 MPa。稀土元素改善钢的组织、细化晶粒、偏聚于晶界提高晶界强度是其提高IF钢热塑性和热强性的主要原因。

固溶Ce对α-Fe力学性能影响的机理研究

针对实验方法研究固溶稀土对钢力学性能的影响未能获得满意结果的研究现状,采用模拟计算的方式开展研究,基于密度泛函理论采用第一性原理计算方法,通过溶解能、几何结构、电子结构、Bader电荷等维度来揭示Ce原子在α-Fe中的固溶机理,并对Fe-Ce掺杂体系的力学性能进行详细计算。溶解能计算结果表明,Ce以取代Fe原子的方式占位于α-Fe基体中。在Fe-Ce掺杂体系中,Ce原子失去电子,致使Ce原子半径减小,产生极化效应,这有利于Ce在Fe中的固溶。纯Fe及Fe-Ce掺杂体系力学性质计算结果表明,Ce的掺杂降低了体系的不可压缩性、抗剪切应变能力、刚度以及维氏硬度,但提高了体系的韧性以及可加工性。Ce掺杂导致体系金属键强度降低,这是Fe-Ce掺杂体系不可压缩性、刚性和硬度降低的主要原因;另一方面,Ce的掺杂增加了体系中电子云的密度,这有利于掺杂体系韧性的提高。

Fe-Si合金磁性能和力学性能的第一性原理计算

基于第一性原理方法计算了Si对α-Fe体系在稳定性,磁性能以及力学性能的影响。计算结果表明,Si可以稳定存在于α-Fe中,Fe-Si体系的稳定性大于α-Fe;Fe-Si体系的总磁矩小于纯Fe体系,使得Fe-Si体系的磁致伸缩系数小于纯Fe体系,且Si的掺杂使得态密度峰值整体左移,Fe-Si体系的导电性降低,电阻率增加,增加了体系的软磁性能;Si的掺杂使得体系的硬度增大,韧性减小,可加工性能降低,Fe-Si体系的平均键长小于纯Fe体系,使得Fe-Si体系的键能增强,这是Fe-Si体系硬度大于纯Fe体系的主要原因,Si的掺杂导致Si周围的电荷密度明显小于纯Fe体系,这是Fe-Si体系韧性减小的原因。

热分析技术在钢铁工业中的应用

热分析技术是在温度程序控制下研究物质在加热或冷却过程中发生的物理变化、化学变化、热分解过程和反应动力学等问题,广泛应用于冶金、建材、塑料、化工、涂料、食品、医药、高分子材料等领域,是一种十分重要的分析检测方法 .本文介绍了目前国内常用的热分析方法和分析原理,综述了热分析技术在钢铁工业中的应用情况.

稀土Ce对IF钢显微组织和塑性的影响

采用光学显微镜观察、扫描电镜分析、硬度测试及拉伸试验等手段和方法,对稀土Ce在IF钢中的微合金化作用进行了研究.结果表明:在IF钢中,稀土Ce能够细化铁素体晶粒,质变TiN复合夹杂,提高硬度,改善塑性.