卷取温度对150 ksi超高强度焊管卷板组织和性能的影响

为满足深井和超深井油气开发对高强度焊管的需求,采用低碳微合金化成分设计+TMCP工艺,开发了150 ksi钢级焊管专用钢,并研究了卷取温度对卷板组织和性能的影响。结果显示:随着卷取温度升高,卷板马氏体含量呈现下降趋势,材料的强度下降,塑性和韧性随之上升;在卷取温度为550℃条件下,卷板的屈服强度为740 MPa,抗拉强度为1103 MPa,延伸率为17%,达到设计要求,具有良好的强塑性。用其制造Φ50.8 mm×4.0 mm的焊管,管材屈服强度为1078 MPa,抗拉强度为1141 MPa,延伸率为21%,均达到了150 ksi钢级焊管的设计要求。

基于正交实验法的BS960E高强钢的淬火工艺优化

基于正交实验法研究了淬火过程中加热速率、保温温度、保温时间和冷却速率等参数对BS960E贝氏体高强钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,淬火后BS960E钢的组织均为板条马氏体;通过正交实验法设计的淬火工艺获得最小平均晶粒尺寸的最优参数组合为:加热速率50℃/s、保温温度920℃及保温时间2 min;获得最大维氏硬度的最优参数组合为:加热速率50℃/s、保温温度1010℃、保温时间2 min及冷却速度100℃/s。通过增设对照实验组验证了正交实验法的正确性,正交实验设计的试样最小平均晶粒尺寸为6.36μm,马氏体板条群、马氏体板条块和马氏体板条分别为5.2μm、1.24μm和336.3 nm。正交实验设计的试样最大硬度为424.3 HV,马氏体板条群、马氏体板条块和马氏体板条分别为8.5μm、1.65μm和333.5 nm。相比于前者,后者在冷却速率相同(100℃/s)的情况下,由更高的温度(1010℃)降低至室温,产生了更大的过冷度,马氏体相变驱动力增加导致位错密度增加,大角度晶界占比由70.5%提高至83.3%,因此硬度更高。

淬火温度对25Cr3MoA钢脉冲渗氮组织和性能的影响

采用不同温度淬火+600℃回火对25Cr3MoA钢进行渗氮前处理,对不同调质处理后的25Cr3MoA钢进行真空脉冲气体渗氮试验,并研究其组织、表面硬度、渗氮层硬度梯度和脆性等。结果表明:25Cr3MoA钢经不同温度淬火后,其板条状马氏体和残留奥氏体组织随淬火温度的升高逐渐变粗大,粗化温度为950℃;随着淬火温度升高,25Cr3MoA钢渗氮后白亮层厚度增加,渗氮层组织变粗大;淬火温度为900℃时,白亮层厚度为10~15μm,渗氮层晶粒尺寸较小,渗层组织较均匀;25Cr3MoA钢渗氮层深度随着淬火温度的升高而增加,渗氮层组织明显变粗大。综合分析不同温度淬火后的材料渗氮层组织、结构和性能,25Cr3MoA钢渗氮前的淬火温度建议为900℃。

Cu对含Sn铁素体不锈钢的力学及耐腐蚀性能的影响

以0.30%Sn的430铁素体不锈钢为基础,在实验钢中添加一定量的Cu来研究Cu对实验钢力学性能和耐腐蚀性能的影响。常温拉伸实验和高温拉伸实验结果表明,Cu原子在基体中发挥固溶强化效果而增强不锈钢的抗拉强度,但同时因晶界处生成大量的富Cu相而相应降低不锈钢的塑性。实验钢的耐均匀腐蚀性能随着Cu含量的增加而呈现先提高,后降低的趋势,且在含0.45%Cu的钢中达到最佳的效果。此外,Cu对实验钢的耐晶间腐蚀性能有类似的规律,且在含0.98%Cu的钢中达到最佳的效果。

GWN751K镁合金均匀化热处理

通过OM、SEM及布氏硬度分析,研究GWN751K镁合金在不同状态下的显微组织与性能,确定该合金的双级均匀化工艺参数。结果表明:合金经过440℃、6h初级均匀化后,共晶组织开始发生分解,晶粒开始长大;经过535℃、16h热处理后,合金晶粒明显长大,但元素分布较为均匀,晶界处仅明显残留含Y化合物;均匀化处理使合金的力学性能得到改善,合金断裂强度为245MPa,屈服强度为192MPa,伸长率为12%,较铸态合金的力学性能均有所提高;合金变形抗力较铸态合金的有所增加,这种特性在450℃仍保留下来,但差别减小。

氮对冷变形高氮奥氏体不锈钢微观结构的作用

利用透射电镜(TEM)对氮含量为0.66%和1.2%的高氮奥氏体不锈钢的冷变形微观结构进行了对比研究。结果表明,氮含量的增加提高了材料的层错能,强烈促进位错的平面滑移。冷变形过程中不断形成机械孪晶,机械孪晶随变形量的增加而减小,在60%变形量时只有几百纳米长。运用扩展位错和短程有序理论对氮的作用机理的分析表明,氮合金化引起的短程有序是促进位错平面滑移、提高材料加工硬化能力的主要因素,低层错能引起的位错扩展也有重要作用。

9Ni钢中回转奥氏体的形成规律及其稳定性

采用XRD法测定了不同温度回火后9Ni钢中的回转奥氏体含量,并结合显微组织的变化,研究了回转奥氏体的形成规律及其对性能的影响。同时,采用多种方法研究了所形成的回转奥氏体的稳定性。结果显示:540℃回火时,回转奥氏体的生成比较困难;570℃回火后其含量达到4.47%,且稳定性较高;570～600℃之间回火,测得的回转奥氏体缓慢增加,稳定性则逐步降低;600℃以上回火,回转奥氏体快速增加,并在630℃左右达到峰值,但稳定性显著降低;回火温度超过630℃,保温期间生成的奥氏体更多,但稳定性更低,其中很大一部分在水冷过程中又发生相变,使最终测得的回转奥氏体含量又快速降低。结果也表明,通过分析回转奥氏体和基体点阵常数的变化趋势能够更加准确地确定回转奥氏体的稳定性。

时效温度对2906超级双相不锈钢组织及性能的影响

对固溶态的2906超级双相不锈钢材料进行了650～950℃×6 h时效处理,利用OM、XRD、SEM、EDS和电化学工作站分析了时效温度对材料金属间相、力学性能和耐蚀性能的影响。试验结果表明:650℃时效6 h时,没有发现σ相生成,材料的抗拉强度和耐蚀性变化不大;当时效温度为750℃,组织中生成σ相含量最多,导致抗拉强度降低、塑性及耐蚀性大大下降,但硬度略有提高;随着时效温度的进一步提高到850℃及950℃,生成的σ相逐渐减少,强度及耐蚀性略有回升。

Ni9钢的热处理和焊接

在简述超低温用Ni9钢的发展应用状况基础上,结合项目研究结果和国内外有关资料着重对Ni9钢应用中涉及到的热处理方法及焊接工艺要点进行了述评。

感应熔覆原位自生TiC/Ni基复合涂层组织和形成机理

采用高频感应熔覆技术，以Ni60A、Ti粉和C粉为原料，在16Mn钢表面原位合成了TiC颗粒增强镍基复合材料涂层。借助扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、显微硬度计对复合涂层的组织和形成机理进行了分析。结果表明：感应熔敷层组织是由γ-Ni基体、枝晶间共晶组织（γ-Ni＋M23C6）以及弥散分布的TiC颗粒组成。原位生成的TiC颗粒尺寸细小，分布均匀，颗粒大小为0．5～1．0μm。TiC颗粒是由微小八面体堆积而成，其形貌有八面体状和花瓣状。初晶TiC从镍溶液中生长时，由于TiC的生长不受限制，因此初晶TiC长成规则的八面体。当TiC以共晶的方式生长时，由于受到γ-Ni的影响，不可能自由生长，因此共晶TiC长成花瓣状。

低碳硅-锰系Q＆P钢的热处理工艺及实验室研究

在GLEEBLE3800热模拟机上模拟了低碳Si．Mn系Q＆P（Quenching and Partitioning）钢的控冷热处理工艺。结果表明，Q＆P钢具有高的抗拉强度（σb=1050MPa）和良好的塑性（δ=25％）。采用扫描和透射电镜进行了组织观察与分析，发现其组织主要由板条马氏体和8％～15％的残留奥氏体组成，残留奥氏体呈膜状。利用XRD技术对残留奥氏体进行了定量分析并用扫描电镜进行了断口观察。结果表明，拉伸试样纤维区为比较典型的韧窝状形貌，体现出良好的韧性断裂特征，残留奥氏体在组织中起到了相变诱发塑性的作用。

塑料模具钢表面激光熔覆陶瓷复合涂层的性能研究

为了提高覆层的硬度和耐磨性,在塑料模具钢P20表面预置非晶的纳米Al2O3,TiC,WC等陶瓷硬质颗粒的涂层,采用CO2激光器进行熔覆处理。对激光熔覆陶瓷复合层的显微组织结构进行了分析,并测试了其硬度和耐磨性。结果表明:通过高能量密度的激光处理,基体和熔覆层元素相互扩散与反应,其中的WC,Al2O3,FeSi成为熔覆层中的硬质相,显著提高了材料的硬度和耐磨性。磨损后熔覆层表面主要为细小的划痕,其磨损方式主要为磨粒磨损。

超音速喷涂粘结层对热障涂层抗氧化性能的影响

采用超音速喷涂工艺在Ni基高温合金GH99上制备NiCoCrAlY粘结层,研究超音速火焰喷涂工艺对热障涂层抗氧化性能的影响。结果表明:等离子喷涂粘结层表面存在着大量的尖角和钩状的突出颗粒,而超音速喷涂粘结层表面较为平整,内部黑色氧化物较少。超音速喷涂涂层在氧化15min后表面生成一层较为致密的颗粒状氧化物。超音速喷涂试样在前40min氧化增重速率快于等离子喷涂试样,此后变得缓慢,而等离子喷涂试样氧化速率依然较高。超音速喷涂的涂层在氧化300h后热生长氧化物(Thermally grown oxide,TGO)出现分层,TGO内层组织致密,TGO外层组织存在大量的孔洞和间隙。超音速喷涂工艺使热生长氧化物瞬态氧化阶段时间缩短,稳态氧化阶段时间延长,减少了氧化缺陷的产生,有效地提高了涂层抗高温氧化性能。

激光强化纳米Ni-SiO_2复合镀层微观组织及性能

在P20塑料模具钢表面制备了Ni／nano-SiO2复合镀层并利用CO2激光器进行强化处理。所采用的激光输出功率为2．0～3．1kW，扫描速度为0．8～2m／min。对纳米复合镀层、纳米复合镀激光强化层的显微组织结构进行分析，并测试了其硬度和耐磨性。结果表明：通过高能量密度的激光处理，强化层组织结构为多面体纳米SiO2颗粒，且消除了镀层原有缺陷（如间隙、微裂纹），强化层硬度、耐磨性在纳米复合镀层的基础上进一步提高。

低碳Si-Mn系Q&P钢两相区的退火热处理工艺

研究一种新型的两相区不同退火温度的淬火和碳再分配热处理工艺对低碳硅-锰系Q&P钢的显微组织、精细结构的影响,并和奥氏体区退火的Q&P热处理工艺进行对比。通过SEM、TEM分析发现,采用两相区退火的Q&P工艺室温组织为板条马氏体、铁素体和薄膜状残留奥氏体。残留奥氏体以两种形态存在:处于马氏体板条间的薄膜状和位于原奥氏体晶界处的块状。两相区热处理后的Q&P钢,不仅抗拉强度高达1000 MPa以上,其伸长率也高达23%以上,体积分数高达11%的残留奥氏体在组织中起到了相变诱发塑性的作用。

590MPa高强度厚钢板的调质工艺参数研究

研究了５９０ＭＰａ级工程机械用高强度厚钢板调质工艺参数。分析在不同淬火、回火温度条件下钢板的组织与力学性能的关系。该钢在９２０℃淬火、５８０℃回火获得细的回火索氏体，其综合力学性能均超过标准要求。

海洋工程用超低碳贝氏体钢力学性能和海水腐蚀行为

以传统耐蚀型CrMoAl系和CuPCr系钢为对比实验钢,研究海洋工程用超低碳贝氏体钢(ULCB)在室温下的组织,力学性能和低温韧性,以及在模拟海水全浸区的腐蚀行为。通过失重法测得实验钢在不同腐蚀时间下的腐蚀速率,利用X-射线衍射仪和扫描电镜分析钢在全浸腐蚀后表面腐蚀产物特征,采用电化学方法测定极化曲线。研究表明:ULCB钢的室温强度、塑性及低温冲击韧性明显优于对比实验钢,而抗腐蚀性介于二者之间。

铝合金与不锈钢热补偿电阻点焊接头性能研究

采用热补偿工艺垫片电阻点焊法对铝合金A5052与不锈钢SUS304异种材料进行了焊接。探讨了焊接参数对接头的抗剪与抗拉性能的影响,并通过电子显微镜对接合界面区进行了观察,分析了界面反应物形貌及厚度分布等微观特性。研究结果显示:一锯齿状反应层在接合界面生成,其厚度随焊接电流以及界面上位置的变化而变化,界面反应层对接头抗剪强度无影响,但能减弱接头抗拉强度。

NM450D耐磨钢-Q235B碳钢复合板的轧制和热处理工艺对组织、性能的影响

10 mm NM450D低合金耐磨钢板(/%:0.22C,0.70Cr,1.50Mn,0.30Si,0.012Ti,0.030Nb)和10 mm Q235B碳钢板(/%:0.19C,0.25Mn,0.04Si)经表面处理和四角焊接成20 mm复合板,在180 mm二辊实验轧机上经1 150℃,60%压下率和930℃,30%压下率两次轧制成5.6 mm复合板,再经800~1 000℃淬火,250℃回火处理。结果表明,经900℃淬火+250℃回火的低合金耐磨钢-碳钢复合板的5.6 mm复合界面接触良好,Q235B钢组织为板条马氏体+铁素体和少部贝氏体和珠光体,NM450D钢组织为回火马氏体,其HV值为500,复合钢板抗剪强度为367 MPa,均达到标准要求。

ZG1Cr10MoWVNbN耐热钢的断裂特征与强化机制

采用金相、SEM和TEM等方法对耐热钢ZG1Cr10MoWVNbN进行了组织分析,利用断口分析方法对该材料的断裂特征进行了分析,并对材料的强化机制进行了研究,结果表明:材料的组织为板条状马氏体,该马氏体中含有大量的高密度位错和亚结构,在该组织中弥散分布着碳化物、氮化物以及碳氮化物颗粒状析出物;试样的断口为准解理断口,该材料在具有较高强度的同时也具有一定的韧性;材料的强化机制包括马氏体相强化、固溶强化、碳化物颗粒沉淀强化、氮化物和碳氮化物颗粒沉淀强化。