高强度螺栓用钢40CrNiMoA和12CrNi9MoV的氢脆敏感性

通过对高强度螺栓用12CrNi9MoV钢进行淬火+二次淬火+回火(QQ’T)工艺的热处理,研究了氢在其中的扩散和陷阱行为以及该钢的氢脆敏感性,并与一般工程用钢40CrNiMoA进行了对比。结果表明,低碳高镍的12CrNi9MoV钢经QQ’T后具有良好的综合性能;相比于相同强度级别的40CrNiMoA钢,氢在12CrNi9MoV中具有较低的扩散系数;12CrNi9MoV钢抵抗氢致断裂的能力更强,该钢中存在的氢陷阱类型为位错和晶界;且在海水环境中,12CrNi9MoV钢的析氢倾向性更弱。

Incoloy825合金晶间腐蚀原因分析

研究了两批次Incoloy825合金晶间腐蚀性能的差异,分析了合金的微观结构,结果表明,TiC在晶界的析出导致材料耐晶间腐蚀性能变差。为了保证材料的耐晶间腐蚀性能,热加工过程中应在TiC的析出温度范围内进行反复变形,使TiC弥散分布在奥氏体晶粒内部,以保证材料耐晶间腐蚀性。

05Cr17Ni4Cu4Nb钢棒加工异常断屑分析

采用金相(OM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)研究了异常断屑区域的显微组织,对不同显微组织进行了EDS成分分析和XRD物相分析。结果显示,产品断屑异常区域金相组织存在明显异常,组织为回火索氏体+白色块状组织。能谱分析显示,白色块状组织与基体具有一致的成分。XRD分析显示,白色块状组织为γ-Fe+M/α-Fe。综合分析判断,05Cr17Ni4Cu4Nb钢棒在最终热处理后经历了局部异常加热过程,使材料局部发生奥氏体化,并在随后的冷却过程中部分转变为马氏体组织,由于该组织塑性较低,导致在车削加工过程中出现异常断屑现象。

钢桥高强度螺栓抗延迟断裂研究

为有效管控钢桥高强度螺栓(高栓)延迟断裂的发生,采用现状调研、有限元法和试验研究等方法分析高栓断裂原因,研究高栓用钢抗延迟断裂性能提升措施,并研发了高栓轴力精准监控技术。结果表明:高栓延迟断裂比例极低,但属于关键问题,应尽量避免;高栓断裂位置多在螺栓头与直杆、直杆与丝杆、丝杆与螺母交界处应力集中部位,超拧会显著增加延迟断裂概率,高栓材料强度高使其氢脆敏感性大、应力集中,这是导致高栓氢致延迟断裂的主要原因;建议既有10.9级高栓用钢抗拉强度上限采用1190 MPa,研制的新型高栓用钢SRQS1可有效提升原材料的抗延迟断裂性能;研发的钢桥高栓连接施工智能管控系统及提出的基于超声波测量的在役高栓轴力测试方法,为高栓施工期和运营期轴力的精准监控提供了重要支撑。

双相不锈钢00Cr25Ni7Mo4N敏化过程中的脆化机理研究

研究了双相不锈钢00Cr25Ni7Mo4N在晶间腐蚀试验中发生的脆断现象,采用金相法、扫描电镜和透射电镜对材料的脆断机理进行了分析。研究发现双相不锈钢00Cr25Ni7Mo4N在敏化时有R相、Fe3Cr3Mo2Si2相等脆性相析出,导致材料脆化,冲击韧性下降。最后,给出了双相不锈钢00Cr25Ni7Mo4N热加工后的使用要求。

高强度螺栓氢扩散模拟研究

利用有限元软件,建立了应力—氢扩散顺序耦合分析模型,对M56高强度螺栓服役及卸载过程中的应力分布、充氢及氢逸出过程进行了模拟分析。通过计算,获得了螺栓在预紧力作用下的应力分布情况,以及氢在螺栓内部的瞬态分布规律。对比有无应力对氢扩散结果的影响发现:应力的存在会加速氢向拉应力方向扩散。在应力作用下并对螺栓实物的氢含量进行了测量,结果显示,模拟值与测量值分布规律基本一致,验证了模拟过程的准确性。

高锰铝青铜合金组织转变规律研究

高锰铝青铜(ZCuAl8Mn14Fe3Ni2)合金中Mn(13.5~15%)、Al(7.8~8.8%)、Fe(2.8~4.0%)、Ni(1.8~2.5%),各合金成分对组织转变均有影响。为方便研究,基于Al当量对比分析不同成分合金的相析出行为;通过连续升温试验研究组织演变规律及各相溶解情况。结果表明:各相析出温度受材料成分影响显著,高Al当量试样中α相析出温度较低;在连续升温试验中,β精细分解相在高温加热时可发生回溶,α相在700℃时完全溶解;加热温度高于800℃时,材料中只有基体β相和未溶解κ_(I)相。

高氮奥氏体不锈钢的δ相转变研究

分别用金相法和铁素体测量仪测量0Cr20Mn19N0.58高氮奥氏体不锈钢铸态、锻态和固溶态组织中的δ相含量。结果表明:不同测量方法下铸态和锻态组织的测量结果存在显著差异,而固溶态组织的测量结果基本相符。形成这一现象的原因是:0Cr20Mn19N0.58高氮奥氏体不锈钢的凝固模式为FA模式,该模式下凝固过程中生成的δ相在1000℃以下发生δ→σ+γⅡ的相转变,由磁性相转变为非磁性相;在1000℃以上会发生σ+γⅡ→δ的相转变,由非磁性相转变为磁性相。

冷处理对0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢组织和性能的影响

通过对0Cr16Ni5Mo钢进行淬火+回火及淬火+冷处理+回火工艺的热处理,研究了冷处理对0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢组织和性能的影响。结果表明,0Cr16Ni5Mo钢经调质处理后具有良好的综合性能;其显微组织得到了改善,板条马氏体束发生碎化,位错缠结增加,且残留奥氏体组织转变彻底,其强度得到提高。冷处理后钢的性能改善与残留奥氏体转变及晶粒碎化有关。

时效处理对CD4MCuN双相不锈钢硬度的影响

对CD4MCuN双相不锈钢进行了不同温度下的时效处理。结果表明:中温时效可提升CD4MCuN双相不锈钢硬度,且随时效时间的延长而提高。当时效温度为490℃、时效时间为4 h时,硬度可提升至接近31 HRC,较固溶态提高7 HRC;高温时效对CD4MCuN双相不锈钢的硬度影响不大,且随时效时间的延长而小幅降低。中温时效硬度的提升源于纳米级ε-Cu相的弥散析出。高温时效虽有硬质σ相的析出,但因其析出量较少而对硬度影响有限。高温时效时铁素体含量随时效时间的延长而少量降低,受此影响,高温时效硬度会随时效时间的延长而小幅降低。

数值模拟在高氮奥氏体不锈钢开发中的应用

利用Thermo-Calc数值模拟软件对高氮奥氏体不锈钢的氮溶解度、凝固路径和组织以及析出相进行了计算。依据模拟结果并结合实验验证,开发成功了低磁导率、高力学性能和高耐腐蚀性能的0Cr18Mn21Ni5N0.65高氮奥氏体不锈钢。模拟结果和实验结果的对比表明:高氮奥氏体不锈钢开发过程中引入数值模拟,可以对合金设计和工艺设计提供科学的指导、增强实验的针对性和有效性、降低研发成本、提高研发效率。

不可逆氢原子对高强度钢氢致延迟断裂行为的影响

采用升温脱氢分析测试技术并结合慢应变速率拉伸实验的方法,以及SEM、TEM等手段研究了不可逆氢陷阱对高强度钢42CrMo和13Ni5CrMoV钢的氢致延迟断裂行为的影响,并分析了其微观组织特征、力学性能与陷阱类型的内在关系。结果表明,相比低碳高镍钢13Ni5CrMoV,中碳钢42CrMo在回火过程中易于形成-Fe_(x)C,并存在大量非共格的不可逆氢陷阱Fe_(3)C。42CrMo钢中不可逆氢陷阱激活能为68.3 kJ/mol。不可逆氢陷阱对42CrMo钢的缺口强度具有一定程度的影响,实验证实了对于缺口部件,其不可逆氢原子转变为可逆氢原子,进而参与HIC过程。充氢对42CrMo钢制光滑试样的强度和塑性具有影响,而其仅降低了13Ni5CrMoV钢的塑性,组织差异带来的陷阱类型、分布,使两种实验钢的HIC性能迥异。结合实验钢的陷阱类型与SSRT拉伸性能,不可逆氢陷阱分布于晶界、板条马氏体间隙,其捕获的氢原子在应力梯度作用下转变为可扩散氢原子,从而在晶界、缺陷处发生富集,进而恶化实验钢的力学性能。

热处理制度对UNS S32750超级双相不锈钢微观组织及腐蚀行为的影响

利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜和电化学分析测试方法等研究了固溶和时效处理对UNS S32750超级双相不锈钢(UNS S32750 SDSS)组织和腐蚀行为的影响。结果表明,随固溶温度和时效温度的增加,基体除了析出正常的R、χ及σ相外,在固溶温度为1050~1150℃及时效温度550℃时,存在富Cr的体心立方相。当固溶温度大于1050℃时,实验钢中各相成分的含量波动与合金元素的配分现象有关。在腐蚀环境为40℃10%H2SO4溶液中,UNS S32750 SDSS的腐蚀迹象不明显,能够安全应用。

12CrNi9MoV合金钢热变形本构方程及热加工图

利用Gleeble-1500热模拟试验机研究了在变形温度850~1200℃、应变速率0.01~10 s^(-1)条件下12CrNi9MoV钢的热变形行为。基于试验钢的真应力-真应变曲线,获得了试验钢的热变形激活能为365.3 kJ·mol^(-1),进而得到了试验钢的热变形本构方程。结果表明:12CrNi9MoV钢为热敏感型和正应变速率敏感型材料,其流变应力随变形温度的降低和应变速率的升高而增大。基于动态材料模型,利用热加工图评价了试验钢的热加工性能。结合不同变形条件下12CrNi9MoV钢的金相显微组织特征,确定了其最优热加工工艺窗口为:变形温度为1050~1200℃、应变速率为0.05~0.37 s^(-1)。

地铁用e型弹条断裂分析

针对某批地铁用e型弹条过早断裂的问题,选取典型断裂弹条,通过对样品断口形貌、金相组织、夹杂物、化学成分、常温冲击、常温拉伸、洛氏硬度等检测,结合安装状态应力计算,分析弹条发生断裂的主要原因。弹条热成型过程中在表面产生一定深度的脱碳层,导致弹条表面屈服强度低于扣件系统安装状态弹条的最大表面应力。同时,列车振动导致弹条进一步产生附加应力,使弹条处于疲劳工况,从而在高应力部位产生疲劳损伤。随着损伤的积累,逐步形成疲劳裂纹源,裂纹源在列车运行过程中进一步扩展,直至最后断裂。

低合金高强度钢的耐模拟工业大气腐蚀行为研究

选择Q345E和Cr-Ni-Cu两种典型的低合金高强度钢,在0.052%(质量分数) NaHSO3水溶液中进行极化实验和间浸挂片实验,比较了两种钢的腐蚀速率,评价了两种钢的耐蚀性。利用SEM和XRD分析两种钢的腐蚀形貌,锈层结构及其相组成。结果表明,Q345E和Cr-Ni-Cu钢的腐蚀电位分别为-730和-705 mV;两种钢的腐蚀锈层物相均含有γ-FeO(OH)和少量的α-Fe,随腐蚀时间延长,存在少量α-FeO(OH)和Fe3O4。Cr-Ni-Cu钢相比Q345E钢,其腐蚀速率较低,Cr,Ni和Cu等元素的存在提高了其耐蚀性能;Cr-Ni-Cu钢的表面锈层比Q345E钢更加致密,锈层微裂纹更少。

高强度合金钢应力腐蚀性能研究

通过真空熔炼法制备高强度合金钢,采用慢应变速率拉伸测试法检测应力腐蚀敏感性。结果表明,随着材料强度的增加,应力腐蚀敏感性变大,断口出现沿晶形貌,属于脆性断裂;不同材料进行充氢试验后,慢拉伸试样的H残留量随着Mo含量的增加而增加,说明Mo含量对H残留有一定的影响。

14Cr17Ni2钢制螺栓的断裂原因分析

利用光学显微镜、扫描电镜分别观察了14Cr17Ni2钢制断裂螺栓的显微组织和断口形貌。同时,采用常规拉伸和慢应变速率拉伸试验分别对断裂螺栓的常规力学性能和氢脆敏感性进行了检测和评价。结合有限元分析,对14Cr17Ni2钢制螺栓发生断裂的原因和机理进行了探讨和分析。结果表明,14Cr17Ni2钢制螺栓的断口特征属于沿晶＋穿晶准解理脆性断口,慢应变速率拉伸试验结果显示14Cr17Ni2钢制断裂螺栓存在氢致延迟断裂风险,14Cr17Ni2钢制螺栓在使用工况下发生阴极析氢型应力腐蚀现象,钢中氢含量较高。断裂螺栓基体中氢含量及有限元模拟结果侧面阐释了14Cr17Ni2钢制螺栓发生氢致延迟断裂的根本原因。

固溶冷却方式对17-4PH钢显微组织及力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)及X射线衍射(XRD)等手段研究了固溶冷却方式对17-4PH马氏体不锈钢组织转变、强化相及力学性能的影响,阐释了Cu析出相在不同冷却方式下的析出规律及其对该钢力学性能的作用机制。结果表明,不同冷却方式下,Cu析出相的平均尺寸均在10~20 nm范围内。17-4PH钢的屈服强度随固溶冷却速率的增加而增加,塑性损失变化不大,冲击吸收能量随冷却速率的增加而降低,炉冷条件下的17-4PH钢的屈强比最低。17-4PH钢的强化机制主要为相变强化、析出强化及晶界强化,其中析出强化以切过机制为主。

825合金热加工过程相变化规律研究

研究了825合金经不同温度(600—1 050℃)热处理时相析出规律。结果表明,在此温度区间,晶界上析出M23C6,750—800℃为析出峰,M23C6相开始析出温度在940℃以下。Ti C相最高形成温度在940—980℃之间,形成位置在晶界上。热加工过程中形成的Ti C相经动态再结晶后存在于原始晶界上。热加工过程中形成的Ti C完全溶解温度在1 070—1 100℃之间。基体形貌为孪晶奥氏体。