轧制方向对新型125KSI高钢级油套管性能的影响

利用室温拉伸试验、冲击试验、断裂韧性试验检验了超深井用新型125KSI高钢级油套管中沿扎向和垂直于扎向的强度、塑性、冲击韧性和断裂韧性。通过OM、SEM和EDS技术,对显微组织、晶粒长宽比和夹杂物分布进行了分析,讨论了显微组织对油套管各种性能的影响。结果表明,油套管材的微观组织由板条状回火马氏体和均匀弥散分布的细小Al_(2)O_(3)-MnS类混合夹杂物组成,晶粒为8.5级。轧制后,沿管道轧制方向的晶粒长宽比增加,导致强度增加,塑性降低且平行于管道轧向的冲击韧性下降;沿管道轧制方向的夹杂物分布更加集中,导致临界距离变小,裂纹扩展方向垂直于轧制方向的断裂韧性降低。

基于微试样的长时服役电厂高温管道力学性能研究

采用小冲孔试验方法、显微硬度试验方法、金相组织分析方法对高温、高压工况下(服役温度为260℃±20℃、工作压力为27 MPa)服役11.5万h后的损伤15CrMo耐热钢管道进行材料研究。小冲孔试验结果表明,与无损伤15CrMo耐热钢管道相比,损伤15CrMo耐热钢管道的小冲孔最大载荷和最大位移下降率分别为5.6%和5.89%。显微硬度分析结果表明,损伤15CrMo耐热钢管道内表面1 mm范围内存在8%的显微硬度升高,这与其内表面经历了长时的高温氧化损伤有关。金相组织分析结果表明,损伤15CrMo耐热钢管道内壁处由于高温氧化腐蚀,存在一定的晶粒脱落,易出现微裂纹,造成管道开裂。综合评价结果为,高温下长时服役对15CrMo耐热钢管道力学性能的损伤程度有限,材料能够保持良好的强度与塑性性能,未发生显著的力学性能退化与脆化,但管道内壁处的高温氧化损伤需引起关注,研究结果可为电厂高温管道的结构完整性评价提供参考。

简析钢铁材料的磁学性质

钢铁制品在日常生活中随处可见;钢铁材料具有磁性也是广为人知的生活常识。实用的钢铁材料种类繁多,磁性的强弱也有显著差别。本文旨在解析这个生活常识背后所涉及的物理知识。总体来看,钢铁材料主要是含有少量碳元素的铁碳合金,此外还可能包含少量其他合金元素。合金元素的含量及种类对钢铁材料磁性的影响很大。本文主要结合铁碳二元合金相图介绍了不同含碳量钢铁材料的组分,并据此对材料磁性的变化进行了定性分析。概括来说,铁磁性主要来自于材料中可能包含的三种组分:铁素体、渗碳体和马氏体,而奥氏体则仅具有顺磁性。其中马氏体是一种处于亚稳状态的非平衡相,无法标记在平衡相图中。本文也可以作为学习和应用相图的一个教学案例。

无氧化强力水雾冷却对超高强钢表面氧化及可镀性的影响

通过连续退火热处理模拟试验,分析了无氧化强力水雾冷却技术对连续退火后高强钢带钢表面合金元素分布的影响;进而通过模拟热镀锌试验,分析该技术对高强钢热镀锌表面质量和可镀性的影响;采用GDOES、SEM、FIB等检测手段对试样进行了表面微观分析。分析结果显示:无氧化强力水雾冷却处理后,两个高强钢钢种表面的Mn、Si、Cr等合金元素富集明显减少,强力水雾冷却可有效去除高强钢退火后形成的表面氧化物,对高强钢热镀锌的可镀性和表面质量有较明显的改善作用。

基于神经网络的连续球压痕法预测钢轨钢拉伸力学性能

神经网络在预测中具有灵活性和高效性,是当下机器学习领域的热门技术。强大的非线性建模能力使神经网络适用于各种复杂的数据模式。基于神经网络,采用连续球压痕法对RAT钢轨钢拉伸力学性能进行预测。以MATLAB软件和ANSYS软件联合仿真方式建立数据库,训练获得神经网络,在载荷位移和应力应变双重优化的前提下,通过遗传算法优化目标函数,得到预测结果。预测结果与拉伸试验结果误差较小,表明所提出的方法能够较好地预测钢轨钢的拉伸力学性能。

提升HRB400E盘条钢筋抗震性能的工艺改进实践

针对小规格HRB400E盘条钢筋出现的抗震指标Agt值不稳定,有部分甚至出现低于国标的现象,对盘条生产工艺控制成分、控轧控冷等因素进行了分析,通过试验结果对比分析,认为抗震指标不合格主要是由钢的金相组织异常所致。为此,提出了相应的改进方案,并取得了较好的效果。

过滤用金属多孔材料力学性能研究进展

金属多孔材料作为功能与结构兼具的一类新型材料,已被广泛应用于吸声、吸能、流体分布、换热、催化、过滤分离等领域,其中在过滤分离领域应用最为广泛。金属多孔材料在石油石化、精细化工、煤化工等领域可以实现不同流体的液–固、气–固过滤分离,不同领域对所用金属多孔材料的材质及力学性能要求也不尽相同。过滤用金属多孔材料的制备工艺已相对成熟,但对其耐蚀性能及力学性能的表征研究较少,金属过滤元件的力学性能及耐腐蚀性能将直接关系到该类材料的使用效果和寿命。本文总结了近几年过滤用金属多孔材料力学性能及耐腐蚀行为的研究进展,探讨了该类材料在腐蚀与力学行为中存在的问题,最后展望了过滤用金属多孔材料的发展方向。

基于HyperMesh应变速率对零件材料性能影响分析

车身在碰撞过程中,不同位置零件材料发生变形的应变速率差异较大,这对材料的性能产生重要影响。选取汽车结构件常用材料HC300LA为研究对象,获取材料在不同应变速率下的高速拉伸性能;通过断口形貌和组织变化的观察,对材料不同应变速率下的特性进行分析;获取材料吸能和韧窝尺寸等与应变速率之间的关系;基于Johnson-Cook模型建立材料的动态力学性能本构方程;基于HyperMesh搭建拉伸试样仿真分析模型,通过施加位移,获取整个过程力-位移曲线,并与试验测试结果进行对比,以此对材料应变速率相关的本构模型进行验证。对比分析结果可知:所研究的材料HC300LA具有较强的正应变速率敏感性,力学性能呈现增强的趋势;材料的断裂吸能能力和断口韧窝变得更大更深,并且韧窝的分布更加密集;考虑应变速率影响的材料本构模型,拉伸过程仿真分析与试验测试结果的最大力和最大位移保持基本一致,误差控制在4%以内,而且力-位移的变化趋势保持一致;分析结果表明,在碰撞分析时,不能忽略应变速率对材料的影响;同时表明前述分析模型是可靠的,为此类研究提供重要参考。

P91耐热钢蠕变孔洞形核的力学机制

采用实验结合晶体塑性有限元的方法对P91耐热钢蠕变孔洞形核力学行为进行研究,分析了蠕变孔洞周围晶粒间的取向差分布,构建了晶体塑性有限元模型,计算了晶粒取向差(8.4°、16.9°、33.6°、50.0°、65.8°和77.1°)对晶界应力场的影响。结果表明:蠕变过程中晶界应力随时间逐渐降低,最大应力所在位置发生变化,这是由于晶粒转动、滑移系开动等多方面因素导致;当晶粒相位角在33.6°~50.0°时,应力集中强度高,EBSD观察支持了这一结果,说明相邻晶粒间取向差影响晶界处应力,其大小的变化证实了蠕变孔洞的形核依赖于相邻晶粒取向差。

“锻-退”循环对微合金钢晶粒细化的作用机制

提出1种新型的“锻–退”循环热加工工艺,且对Ti−Nb−V−B微合金钢进行热处理实验,研究“锻–退”循环对Ti−Nb−V−B微合金钢晶粒尺寸和力学性能的影响;通过透射电镜组织观察和热力学计算,探究Ti−Nb−V−B微合金钢“锻–退”循环晶粒细化机理,并建立微合金钢晶粒细化模型。结果表明:“锻–退”循环热处理可显著细化Ti−Nb−V−B微合金钢的晶粒,“三锻三退”试样的晶粒度由锻前2.5~4.0级细化到9.5~11.5级;“三锻三退”试样的综合力学性能得到显著改善,与“一锻一退”相比,其抗拉强度(R_(m))、屈服强度(R_(el))、断后伸长率(A)、断面收缩率(Z)和夏比冲击功(K_(V))分别提高了10.6%,9.9%,18.8%,30.2%和135.0%;Ti−Nb−V−B微合金钢中NbC,TiC,VC和Cr_(23)C_(6)第二相的析出温度分别为1202,1187,897,672℃,锻前加热和锻造过程中均发生VC和Cr_(23)C_(6)的溶解,锻后退火可促进第二相的析出,“锻–退”循环过程中发生NbC和TiC的析出,锻前奥氏体重结晶、锻造再结晶和锻后退火第二相析出的协同效应是Ti−Nb−V−B微合金钢获得细晶的重要机制。

Cr5M钢支撑辊回火脆性及整体浸入式调质处理研究

对Cr5M钢进行热处理实验,分析Cr5M钢回火脆性与硬度的关系及其组织结构对回火脆性的影响;据此提出满足辊面硬度要求的Cr5M钢支撑辊整体浸入式调质处理工艺,探究Cr5M钢支撑辊的整体浸入式调质处理效果。结果表明:Cr5M钢具有一定程度的回火脆性,回火脆性温度范围为300~500℃,400℃回火时Cr5M钢冲击吸收能量达到最低值(7.6 J);250℃附近回火,Cr5M淬火钢中的残余奥氏体(Ar)开始发生分解,分解结束温度约400℃,软韧相Ar的分解是导致回火脆性发生的主要因素;960℃淬火+615℃回火的整体浸入式调质处理可替代支撑辊的差温热处理或表面淬、回火热处理,经整体浸入式调质处理的Cr5M支撑辊的综合力学性能优良,表面硬度均匀,最大与最小肖氏硬度差值仅0.7 HSD,平均肖氏硬度为40.1 HSD,支撑辊工作层(淬硬层)深大于15 cm,工作层组织为回火索氏体+少量的铁素体,工作层硬度仅2.1 HSD。

高温管道支吊架设计验证分析

P91钢材作为近年来研发的新型耐热钢已成为高温管道支吊架的首选材质。依据ASME NF中关于许用应力限值的规定,计算出支吊架的许用应力,根据高温管道支吊架的运行环境,选取常温、300℃、500℃三种环境条件对高温管道支吊架承载力学性能进行强度理论试验研究,结合高温管道支吊架实际运行工况对支吊架进行强度试验。结果表明,P91材质高温管道支吊架在高温、高载荷的情况下能够正常运行,满足使用要求。

角钢低温冲击性能研究

为了研究低温环境对角钢冲击性能的影响,采用常温、低温冲击试验方法,通过大量试验及数据支撑,得到温度降低时角钢吸收功、冲击强度、脆性断面率的整体变化趋势,确定了角钢化学元素、金相组织、加工尺寸等对冲击性能的影响,完善了公司物理性能检测项目,提高了公司整体检测水平。

工艺参数对直缝钢管单次弯曲回弹的影响规律研究

研究工艺参数对卷板弯曲回弹的影响规律,分析其在弯曲工艺中对弯曲回弹的影响机理,可为JCO工艺的参数选择作准备。鉴于此,基于ABAQUS有限元模拟软件,建立了直缝钢管弯曲成型的二维有限元模型,其他参数不变,分别对板厚、上辊半径、下辊半径和下辊间距采用五组数据进行弯曲模拟研究,通过回弹半径进行表征以上因素对卷板弯曲回弹的影响。研究结果表明:在JCO弯曲工艺中,随着板厚、上辊半径、下辊半径的增大,弯曲回弹半径减小,即板厚、上辊半径和下辊半径的增大会削减回弹效果,并且下辊半径对回弹的影响大于上辊半径对回弹的影响;随着下辊间距的增大,弯曲回弹半径减小;增大了回弹作用。

回火和冲击试验温度对套管钻井钢冲击韧性及断裂机理的影响

对以铁素体+珠光体组织为主的钢材进行910℃淬火+不同温度回火(500,550,600℃)热处理,获得超高强度级套管钻井钢,并在不同温度(-60~20℃)下进行冲击试验,研究了回火和冲击试验温度对套管钻井钢冲击韧性和断裂机理的影响。结果表明:随着回火温度的升高,套管钻井钢的马氏体逐渐消失,形成回火索氏体组织,室温冲击时消耗的冲击能增大,最大冲击载荷减小;不同温度回火钢的冲击断口宏观形貌均为纤维区和剪切唇,断裂机理均为韧性断裂;550℃回火套管钻井钢的韧脆转变温度为-33.64℃,随着冲击试验温度的降低,其冲击能逐渐减小,宏观断口形貌由完全纤维区转变为近完全放射区,微观断口形貌由完全韧窝形貌转变为包含局部韧窝结构的准解理结构。

316L不锈钢低温力学性能研究与寿命预测

为探究低温环境对316L不锈钢力学性能的影响,开展了293、173、77 K下的拉伸试验和低周疲劳试验,分析了温度和马氏体相变对材料力学性能的影响,采用塑性应变能公式进行了寿命预测并对该模型加以修正。结果表明,由于温度对马氏体相变的影响,降温可以提升材料强度,且降温幅度可显著影响材料强度的增幅。低温循环应力幅响应曲线受马氏体相变影响较大,而马氏体相变也是室温循环应力幅响应曲线出现循环软化和二次硬化的重要因素。修正后的塑性应变能公式预测精度较原有模型得到大幅提升,寿命预测结果均在二倍分散带内。

高速列车制动盘用钢现状与发展趋势

制动盘作为高速列车制动系统的核心零部件,其性能直接影响制动系统的使用寿命及高速列车的运行安全。常见的制动盘有铸铁制动盘、钢系制动盘和新型复合材料制动盘。而铸钢制动盘在经过适当的合金化和热处理之后具有较高的耐磨性、耐热性和良好的强韧性。

Fe-Al-La电子结构及耐腐蚀性第一性原理研究

材料的电子态密度、能量、能带结构、差分电荷密度以及局域态密度对材料的抗腐蚀性有重要影响。本文基于第一性原理密度泛函平面波赝势法,优化了Fe、Fe-Al、Fe_(8)Al_(8)La电子结构,并从态密度、峰值分析了Fe-Al合金耐腐蚀性机理。结果表明,在Fe-Al合金中加入La,Fe与La之间存在明显的电荷转移并形成了离子键,使Fe-Al的能带宽度降低到30.8 eV,表明La减弱Fe-Al原子轨道的扩展性,La使Fe-Al态密度的峰值增大到30.26 electron/eV,成键的电子数逐渐增加,提高了Fe-Al的稳定性和抗耐腐蚀性能,为提高Fe-Al合金的性能奠定一定理论基础。

应变速率对零件加工过程材料性能影响分析

汽车零件加工过程并非绝对的静态过程,而是在较低变形速率的加工过程,应变速率对整个过程中性能变化具有重要影响。针对汽车零件常用的低合金高强钢HC340LA材料成形过程中应变速率对性能影响进行分析,同时模拟零件成形时不同的冲压速率,选取HC340LA进行8个准静态低应变速率拉伸性能测试,获取不同应变速率下材料的力学性能变化和加工硬化变化,同时基于Johnson-Cook模型获取材料的应变速率敏感性因数;将应变速率的影响嵌入到有限元仿真分析模型中,获取材料的成形极限FLD图,并与试验结果和经验公式结果进行对比。结果可知:应变速率对材料的强度和塑形都有影响,随着应变速率增大先降低后增大;应变速率对屈强比和平均n值影响很小几乎可以忽略;材料应变速率敏感性参数C值为0.017,应变速率敏感性较大;在准静态的应变速率范围内,应变速率对HC340LA的加工硬化影响能力较弱;嵌入应变率影响因素后,有限元结果与试验结果一致性较好,应变特征点误差小于3%;经验公式与试验结果在胀形变形区差别较大,应变特征点误差较大。为指导实际设计生产提供参考依据。

卷取温度对18.4 mm X80M管线钢DWTT性能的影响

随着经济型管线钢的发展,冷却工艺控制对管线钢力学性能有着重要影响。通过观察18.4 mm厚的X80M管线钢在不同卷取温度下的断口形貌和显微组织,结合其CCT曲线,对比分析得出卷取温度与管线钢落锤撕裂性能的关系。结果表明:随着卷取温度的提高,准多边形铁素体含量增加,针状铁素体和粒状贝氏体比例降低,对落锤撕裂性能的降低有直接相关性;当卷取温度为350℃时,此成分下管线钢针状铁素体、粒状贝氏体比例高,准多边形铁素体含量很少,落锤撕裂面积均匀,落锤撕裂性能最好。