深层页岩气用高强度套管强韧性研究

为满足井深大于3 500 m的页岩气开发用高强度套管的强韧性要求,对试验用套管钢在不同热处理条件下的强韧性变化、显微组织演变及微观断裂机制等进行试验研究。试验结果表明:该试验钢的最佳热处理工艺条件为920℃保温45 min后淬火,660℃保温60~90 min后回火,其屈服强度≥1 000 MPa、-10℃横向冲击功≥80 J,可满足T/CPSI 01301—2022标准对140钢级的要求,具有最佳的强韧性匹配。随着回火温度升高及回火保温时间延长,晶界、板条内及板条界等位置上析出碳化物发生球化、聚集及粗化演变,断口形貌特征逐渐转变为准解理、撕裂棱及二次裂纹,进而演变成大小韧窝和少量二次裂纹特征,造成了试验钢的强韧性差异。

回火温度对厚截面含钒中碳珠光体钢强韧性的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、硬度及断裂韧性实验等研究了回火温度对含钒中碳珠光体钢的显微组织及强韧性的影响。结果表明,距离喷水端不同距离处,实验钢的冷却速度差异较大,距离喷水端5 mm处冷速4~5℃/s,距离喷水端50 mm以上冷速约1℃/s。冷却未回火状态下,实验钢近喷水端的上表面组织中未发现第二相粒子,而离喷水端较远的下表面有少量V(C,N)粒子析出,且珠光体片层间距较大。420~520℃回火,实验钢的硬度随回火温度的提高而逐渐降低,断裂韧性呈现先增加后降低的趋势,在460℃回火时获得最大值83.5 MPa·m^(1/2)。当回火温度超过480℃后,组织中V(C,N)粒子逐渐粗化,硬度和韧性随之下降。

B对Fe-Cr-B-C合金热处理后显微组织和强韧性的影响

为了探索调控Fe-Cr-B-C合金强韧性匹配的新方法,研究了B对其热处理后显微组织、硬度及冲击韧性的影响。经1 050℃空淬处理后,在低w[B](0.000 6%)合金的枝晶间析出大量极细二次碳硼化物,在中w[B](0.51%)和高w[B](2.89%)合金基体中析出弥散的二次碳硼化物。随B含量增加,二次碳硼化物的颗粒度增大,颗粒密度降低。经1 050℃空淬+500℃回火处理后,三种B含量合金中的二次碳硼化物均增多,且析出区域扩大。低B合金的枝晶干为粗大板条马氏体,枝晶间由针状马氏体、高密度二次碳硼化物及少量凝固析出相构成,其冲击韧性最佳,洛氏硬度居中;中B合金主要由弥散分布着二次碳硼化物的针状马氏体基体以及网状硼碳化物构成,其洛氏硬度最高,冲击韧度居中;高B合金由弥散分布着少量二次碳硼化物的γ基体及更致密的网状硼碳化物构成,其洛氏硬度和冲击韧度均最低。另外,中B和高B合金的网状硼碳化物发生了局部断网,导致其冲击韧性较铸态下明显提高。

Nb含量对X70钢级直缝埋弧焊管组织及强韧性的影响

检测了Nb含量为0.046%和0.075%的X70直缝埋弧焊管的强韧性,分析了管体的微观组织。结果表明:随着Nb含量升高,管体的平均晶粒尺寸减小,组织由PF+B_(粒)转变为以B_(粒)为主;管体横向拉伸应力-应变曲线均为典型的“拱顶”型,拉伸性能均满足要求,但含量为0.075%Nb的管体的横向屈服强度和抗拉强度较高;Nb含量相同时,C含量越高,其屈服强度和抗拉强度越高;含量为0.075%Nb的钢管具有更好的低温冲击韧性,但含量为0.046%Nb的钢管的韧-脆转变曲线具有更高的上平台能。Nb含量较高、C含量较低的钢管的热影响区也具有更好的低温韧性。探讨了C、Nb元素的含量及组织类型、析出相和位错密度对X70管线钢强韧性的影响。

M50NiL钢中的δ-铁素体分布及其对强韧性的影响

M50NiL轴承钢强韧性能特征与显微组织演变规律的研究结果表明,钢的显微组织由马氏体基体、残留奥氏体、碳化物和δ-铁素体所构成,其中δ-铁素体的面积分数在0.01%~0.125%之间;钢中Mo、V、Cr合金原子置换Fe原子固溶后,产生晶格畸变并提高内应力,δ-铁素体的硬度最高值为4.84 GPa,弹性模量的最高值为236.9 GPa。在冲击载荷作用下,冲击变形速度约为5 m·s^(-1),钢中δ-铁素体界面产生应力集中,导致δ-铁素体破碎且裂纹沿δ-铁素体界面扩展,降低钢的冲击性能,冲击吸收能量在47 J以上的试样缺口附近存在较少的小尺寸δ-铁素体相,形成宽度为600~1600μm的韧窝条带的断口形貌。在拉伸载荷的作用下,拉伸变形速度约为8μm·s^(-1),钢的基体与δ-铁素体界面经过协调塑性变形释放应力使得δ-铁素体形态、数量及分布对拉伸性能的影响不明显。

奥氏体化温度对超强耐热齿轮轴承钢显微组织和强韧性的影响

新型超强耐热齿轮轴承钢具有优越的强韧性。通过改变钢的淬火加热温度,结合拉伸、冲击、断裂韧度等力学性能测试以及TEM,SEM,EDS等微观分析技术,研究不同奥氏体化温度下钢的显微组织与力学性能。结果表明:1060℃奥氏体化后,钢中存在未溶碳化物M_(6)C,冲击功和断裂韧度较低;1080~1100℃奥氏体化后,M_(6)C碳化物固溶,冲击功和断裂韧度显著增加。在1060~1100℃奥氏体化后,抗拉强度和塑性变化不大,规定塑性延伸强度随奥氏体化温度的增加略有降低。M_(6)C碳化物加速裂纹的萌生与扩展,导致韧性下降。在1080~1100℃奥氏体化后,超强耐热齿轮轴承钢可获得超高强度和高韧性,抗拉强度不小于2000 MPa,规定塑性延伸强度不小于1800 MPa,断裂韧度不小于100 MPa·m^(1/2)。

竹材多尺度下强韧性及水热影响研究进展

高强韧性是竹材最重要的材性特征和加工利用优势之一,这种强韧性与竹材独特的多尺度结构有着密切关系。作为天然生物质复合材料,水分与温度的变化对其强韧性有着直接影响:含水率增加,有利于提升竹材抵抗塑性变形的能力;温度升高,则使其材性变脆;在水-热协同效应下,具有维管束梯度结构的竹材通过微纳结构和化学组分的变化影响强韧性。笔者着重从材料学角度分析了竹材的增韧机制,介绍了竹材的多尺度结构,综述了竹材如何在不同尺度下通过梯度结构、细胞协同变形、多细胞壁层结构和分子链滑移体现增韧机制。水分主要增大竹材细胞变形和分子链滑移空间,从而使竹材在相同外力作用下能发生更大的位移,增加韧性。分析了湿热处理时,竹材纤维素、木质素和半纤维素的位置、构象及其比例可能在较低温度下发生变化,进而调控其强韧性能的变化。在此基础上,按照传统竹制品和现代竹材加工工艺,列举了竹材强韧性的典型应用案例和强韧性新材料发展方向。最后,提出了竹材在湿热作用下强韧性机理可进一步研究的方向。

Cu对轻质钢强韧性的影响

当下绿色低碳理念已成为主流,早已渗透社会的方方面面。汽车用钢铁行业发展至今,追求轻量化是大趋势,在满足安全的条件下可节约能耗并减少温室气体的排放。轻质钢凭借高强度、高伸长率和低密度,在汽车工业中受到了广泛地关注,成为潜力较大的新一代汽车用钢。铜作为一种增强轻质钢强度和韧性的合金元素,受到研究者的广泛关注。结合轻质钢的强韧化机理,论述了铜对轻质钢强韧性的影响,并且对未来含铜轻质钢的研究方向做出了展望。

专利名称:Cr-Mo超高强钢在奥氏体和铁素体两相区等温热处理后直接深冷处理提高强韧性的方法

专利申请号:CN201911033081.4公开号:CN110724801A申请日:2019.10.28公开日:2020.01.24申请人:重庆科技学院Cr-Mo超高强钢在奥氏体和铁素体两相区等温热处理后直接深冷处理提高强韧性的方法,包括如下步骤:步骤一:将加热炉的温度加热至Cr-Mo超高强钢奥氏体固溶温度以上,保温10~30 min;步骤二:加热炉以1~5℃/s冷却速率降温至700~950℃.

管线钢中针状铁素体的形成及其强韧性的分析

通过对一种商业用管线钢连续冷却相变曲线 (CCT)的测定 ,研究了过冷奥氏体的相变规律 .在分析显微组织形成规律的基础上 ,确定了能够在实验用钢中获得针状铁素体组织的控制热加工工艺 (TMCP)制度 ,即制定两阶段多道次控制轧制和冷却速度为 30℃ /s控制冷却的工艺制度 ,并利用力学试验及微观分析手段 ,进一步分析了针状铁素体组织的微观结构特征和力学性能 .结果表明 ,针状铁素体组织中彼此咬合的细小针状片条束。

贝氏体/马氏体复相组织对低碳合金钢强韧性的影响

对低碳Mn-Cr系和低碳Mn-Si-Cr系低合金钢采用空冷和油淬方式分别处理成贝氏体/马氏体复相组织和马氏体组织,探讨了显微组织和回火温度对钢的强韧性的影响.电镜分析表明,空冷处理的低碳Mn-Cr系和低碳Mn-Si-Cr系低合金钢中的贝氏体分别为典型贝氏体和无碳化物贝氏体.Formaster-F相变仪测定表明经空冷处理后,两种钢复相组织中的贝氏体含量均约为20％.力学性能实验表明,空冷低碳Mn-Cr系合金钢在未回火状态下就具有较高的冲击韧度.低碳Mn-Si-Cr系低合金钢油淬后的低温回火脆性开始温度约为220℃,而空冷后其低温回火脆性开始温度提高至360℃以上.示波冲击实验表明,未回火状态的空冷低碳:Mn-Cr系低合金钢和360℃回火后的空冷低碳Mn-Si-Cr系低合金钢具有较高的冲击韧度是由于在该状态下实验钢具有较高的裂纹扩展功所致.因此,空冷低碳Mn-Cr系合金钢可在未回火状态下使用,空冷低碳Mn-Si-Cr系低合金钢必须在回火后使用,经340-360℃回火后,空冷低碳Mn-Si-Cr系低合金钢具有较高的强韧性.

冷却工艺对超低碳贝氏体钢强韧性影响的研究

研究了一种含有Cu、Ni、Mo、Nb、B等元素的超低碳贝氏体钢,以搞清楚其在不同的热机械处理+弛豫-析出-控制相变技术+回火工艺(TMCP+RPC+T)条件下组织和强韧性能的变化规律。实验室研究和工业试制表明,随着工艺制度的不同,钢的显微组织表现为粒状贝氏体和板条贝氏体的比例、形态、尺寸不同;在一定的冷却速度下,轧态钢的屈服强度、抗拉强度和屈强比随终冷温度的降低呈现上升趋势;回火后钢的屈强比较热轧态有所提高。试验条件下,回火温度对Nb析出数量的影响不明显,加热时Nb的固溶程度对该钢的最终组织有明显影响;采用TMCP+RPC、TMCP+RPC+T工艺路线,通过调整工艺参数,能够获得不同性能组合的钢板,实现高性能钢种的柔性化设计。

奥氏体形变对仿晶界型铁素体/粒状贝氏体复相钢组织和强韧性能的影响

通过Gleeble-1500热力模拟实验机对仿晶界型铁索体/粒状贝氏体复相钢进行了Ar_3以上不同温度、不同形变量的平面应变压缩实验。SEM和TEM观察表明,奥氏体形变不仅细化仿晶界型铁素体,而且促进先共析铁素体在原奥氏体晶内形核,从而有利于细化粒状贝氏体晶团及其内部的铁索体片条和MA岛,给出的组织变化模型可阐述形变对粒状贝氏体精细结构的影响。经过780℃下30％形变,即使在形变后空冷的条件下也获得了平均长度小于5/μm、平均宽度小于2.5μm的仿晶界型铁素体晶粒、平均粒径小于3μm的晶内铁素体,与未经过形变的试样相比,CVN常温冲击韧性值从未形变的43J提高到108J,Vickers硬度从242提高到312,为工业生产工艺的改进提供了重要根据。

无碳化物贝氏体/马氏体复相钢的强韧性

探讨了回火温度对低碳Mn-Si-Cr钢的空冷无碳化物贝氏体/马氏体复相组织及水淬马氏体组织强韧性的影响。试验表明:经中温回火的空冷无碳化物贝氏体/马氏体复相组织具有较高的强韧性,且中温回火的无碳化物贝氏体/马氏体复相组织的J积分断裂韧度需用J_(1C)来表征。经360℃火后,空冷无碳化物贝氏体/马氏体复相组织的强韧性为σ_(0.2)=1355 MPa,σ_b=1600 MPa,δ_5=13.5％,φ=56.2％,A_K=81 J,相同钢的水淬马氏体组织的强韧性为σ_(0.2)=1350 MPa,σ_b=1617 MPa,δ_5=14.1％,φ=59.5,A_K=67.5 J。其原因在于中温形成的无碳化物贝氏体具有较高的回火抗力,而无碳化物贝氏体中的热稳定性较高的富碳膜状残余奥氏体使钢呈现较高的韧性。

10CrNi5MoV钢板条M/B组织亚单元对强韧性的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜并利用背散射电子衍射(EBSD)的方法对低碳NiCrMoV钢经不同冷却方式获得的马氏体/贝氏体组织、亚结构进行了定量分析,研究其对强韧性的影响。结果表明:10CrNi5MoV钢原始奥氏体晶粒内的组织经不同比例马氏体、贝氏体混合后,强度变化不大,而韧性随板条束和板条块尺寸的减小而提高,此时单个板条的宽度在0.38μm左右。进一步研究表明,板条束界和板条块界对裂纹扩展具有相同的阻碍作用,且板条块宽度对冲击韧性的影响作用远远大于板条束。因此,本研究中的板条块可作为低碳马氏体钢对韧性起作用的组织控制亚单元,即板条块尺寸为控制韧性的"有效晶粒尺寸"。

钢焊接接头的强韧性设计原则的研究

根据深缺口试验结果及其分析，统一了国内外焊接工作者在焊接接头的抗断裂性能方面对焊缝与母材的强韧性匹配原则存在的似乎相互矛盾的认识，提出了新的钢焊接接头的强韧性设计原则。

镍基合金焊缝金属热裂纹及接头强韧性的研究进展

综述了镍基合金焊缝金属在热裂纹及接头强韧性方面的最新研究进展,得出:1)焊丝中添加Nb、Al、Ti、Ce等合金元素可降低焊缝金属高温失塑裂纹敏感性,添加Mn和Mg可抑制S、P、Si、Bi等低熔点化合物的生成,控制药芯组成中TiO2、SiO2、ZrO2、MnO2等造渣剂之间比例关系,有助于提高焊缝金属抗热裂纹性;2)采用合适的焊接工艺可有效避免焊缝金属热裂纹的产生,其中,激光焊、电子束焊等新型焊接工艺对焊缝金属热裂纹的影响逐渐成为研究热点;3)采用固溶+双级时效的焊后热处理工艺,可改善焊接接头的强韧性,焊丝中添加Al、Ti、Nb、Mo、Mn等合金元素可提高焊接接头抗拉强度,但随着Mn质量分数的增加,接头冲击韧性降低.

高钢级管线钢的特征参量及其与强韧性的关系

利用力学实验及EBSD等微观分析手段,研究表征高钢级管线钢的特征参数,并探讨其对强韧性的影响。结果表明:在X70,X80高钢级管线钢中,C,Cu,Mn对材料的强韧性有重要的影响;其组织特征为针状铁素体、粒状贝氏体和少量下贝氏体组成;有效晶粒尺寸、组织均匀性、贝氏体含量是表征高钢级管线钢组织特征的重要参数;随着有效晶粒尺寸的降低、贝氏体含量的增加及组织的均匀性的提高,高钢级管线钢表现出更加优异的强韧性匹配特征。

板条M/B组织对低碳马氏体钢强韧性的影响

采用ANSYS有限元模拟、彩色金相技术并利用背散射电子衍射(EBSD)的方法分析板条M/B混合组织对10CrNi5Mo低碳马氏体钢强韧性的影响。结果表明,特厚板厚度方向各部位冶金质量差别很小。淬火冷却条件下,钢板表面获得单一马氏体组织,1/4部位和心部得到板条M/B混合组织。板条M/B混合组织较单一马氏体组织具有更小的亚结构和更长的大角晶界是造成心部获得优良低温韧性的原因。板条M/B混合组织能显著提高10CrNi5Mo钢的低温韧性,降低韧脆转变温度,但对强度影响不明显。

宽带激光处理铸铁组织与强韧性的研究

采用宽光束ＣＯ２ 激光，对灰铸铁进行相变硬化和熔凝强化处理，分析了两种工艺条件下铸铁组织强韧化机理．结果表明，相变硬化马氏体形态主要为针状，组织内存在微细孪晶结构；熔凝形成的莱氏体组织内弥散分布着未熔Ｆｅ３Ｃ及新生相Ｆｅ７Ｃ３ ．声发射试验表明，灰铸铁经相变硬化处理，其强韧性稍优于熔凝处理的结果．结合激光形成的温度场特点，对试验结果进行了讨论．研究方法包括透射电子显微镜、Ｘ射线衍射、声发射试验等．