陶瓷纤维/莫来石晶须原位增强堇青石-莫来石轻质隔热材料

以蓝晶石、粘土、氧化镁粉为原料,以淀粉为造孔剂和固化剂,引入适量的硅酸铝陶瓷纤维或多晶莫来石纤维和AlF_3,通过莫来石晶须在陶瓷纤维表面的原位形成,制备了具有陶瓷纤维/莫来石晶须互锁结构的堇青石-莫来石轻质隔热材料。研究了陶瓷纤维在AlF_3的作用下对材料显微结构观察、常温力学性能和导热系数的影响。研究表明:在AlF_3的作用下,莫来石晶须在硅酸铝纤维表面垂直生长,部分穿插在发育良好的堇青石晶粒中;这种具有陶瓷纤维/莫来石晶须互锁结构的的陶瓷材料,其力学性能得以提高并降低了材料的导热系数。

ZrO_2的引入对制备堇青石材料的影响

以滑石、蓝晶石、红柱石和石英粉为主要原料,ZrO_2为添加剂制备了堇青石材料。研究不同的ZrO_2的引入方式对合成堇青石材料相组成、热膨胀系数及显微结构的影响。结果表明:引入ZrO_2材料的堇青石含量较高,热膨胀系数低,其中,以天然含ZrO_2蓝晶石为原料合成的堇青石材料的热膨胀系数最低,为2.48×10-6/℃。ZrO_2的引入能抑制反应过程中红柱石相转变为莫来石相,降低材料的孔隙率,促进堇青石晶粒发育。

Al2O3-SiO2陶瓷纤维对堇青石结合碳化硅复相材料性能的影响

以碳化硅颗粒为骨料,以滑石粉、苏州土和α-Al_2O_3粉为基质并适量加入Al_2O_3-SiO_2陶瓷纤维,通过原位反应合成法制备了堇青石结合碳化硅复相材料,研究了纤维加入量(质量分数0~10%)对该复相材料性能的影响。结果表明:该复相材料的主晶相为碳化硅和堇青石,当Al_2O_3-SiO_2陶瓷纤维质量分数小于8%时,纤维与基体结合紧密,分散较好;随纤维加入量的增加,复相材料的抗折强度先增大后降低,抗热震性能则逐渐提高;当纤维质量分数为8%时,复相材料的抗折强度最大,达33 MPa,其综合性能良好。

陶瓷纤维增强堇青石质陶瓷材料的研究

为了制得热膨胀系数小、力学性能好的优质堇青石质陶瓷材料,以粒径≤0.074 mm的黏土、d_(50)=1μm的SiO_2微粉和≤0.074 mm的轻烧MgO为原料,按照堇青石的理论组成进行配料,外加质量分数10%的硅酸铝陶瓷纤维或多晶莫来石纤维,采用挤出方式成型,分别于1 250、1 300和1 350℃保温3 h制得堇青石质陶瓷材料。采用国标检测了试样的常温物理性能和热膨胀系数,采用X射线衍射仪和扫描电镜对试样的物相组成和显微结构进行了分析。结果表明:1 350℃保温3 h制得的堇青石质陶瓷材料的热膨胀系数较低,力学性能较好;试样以堇青石相为主晶相,堇青石相在引入的硅酸铝陶瓷纤维表面生成且基本呈定向分布。

桥梁用大展宽比薄规格钢板的低温冲击性能不合格原因

采用化学成分分析、断口分析、金相检验、夹杂物分析等方法,研究了桥梁用大展宽比薄规格钢板低温冲击性能不合格的原因。结果表明:铸坯中心偏析,轧后冷却时产生了马氏体,且钢中存在粗大的MnS夹杂物,导致钢板的低温冲击性能不合格。提高钢板低温冲击性能的方法包括,在炼钢过程中,降低C、Mn、P、S等元素的含量、降低钢水过热度、在凝固末端采用强冷技术等;在轧钢过程中,提高加热温度、延长加热时间、优化道次压下量分配、降低终轧温度等。

Sn掺杂CeO_(2)中Ce^(3+)的形成机制及其对质子交换膜燃料电池耐久性的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)运行过程中,产生的自由基会攻击质子交换膜,使其开裂或形成孔洞,导致电池失效。常见的改性方法是在质子交换膜(PEM)中添加自由基清除剂材料。基于此,本文合成了Sn掺杂CeO_(2)自由基清除剂,通过提高Ce^(3+)浓度来增强其在PEMFC中自由基清除性能,避免PEM厚度迅速减薄,从而提高质子PEMFC的耐久性。密度泛函理论计算和试验结果表明,Sn掺杂会引起CeO_(2)产生晶格畸变,降低氧空位形成能,促进CeO_(2)中Ce^(3+)的形成。同时,Sn^(2+)的加入可将CeO_(2)-Sn样品中的Ce^(4+)还原为Ce^(3+),提升Ce^(3+)的浓度,从而提高PEM的耐久性。单电池测试结果表明,经70 h的开路电压衰减测试,CeO_(2)-Sn-5%改性后的质子交换膜组装的单电池电压衰减率最低(18%),且功率保留率(56%)比其他样品更高,表明该样品具有更优异的耐久性。

微纳结构贝氏体钢中残留奥氏体的调控及其对稳定性的影响

微纳结构贝氏体钢由微纳结构贝氏体铁素体和残留奥氏体组成,具有超高强度和高塑性。如何细化块状残留奥氏体并提高薄膜状残留奥氏体含量,来实现精细组织和优良塑韧性,成为重要的科学与技术问题。本文综述了合金元素和热处理工艺等因素对贝氏体转变及其对残留奥氏体形成与形态的影响,分析了残留奥氏体在超高强韧贝氏体钢中的塑韧化机理,从而为开发超高强度高韧性的贝氏体钢提供理论与技术指导。

引入Y_2O_3对刚玉-尖晶石中间包挡渣墙高温强度和抗渣性的影响

以特级矾土、棕刚玉、电熔白刚玉、镁铝尖晶石、α-Al2O3微粉、ρ-Al2O3、铝酸钙水泥为主要原料,添加分散剂和钢纤维等外加剂,研究了加入Y2O3对刚玉-尖晶石质中间包挡渣墙高温性能和抗渣性能的影响。结果表明:随着Y2O3加入量的增加,试样的高温抗折强度增大,抗渣性能变好,当加入量为2%(w)时其高温强度和抗渣性能均最优。显微结构分析表明:Y2O3高温下与Al2O3反应生成Y3Al5O12高熔点相,活化了晶格,有效提高试样的致密度,Y2O3活性较大,高温下还能与材料中SiO2反应形成高温结合液相钇硅酸盐,从而将试样中的尖晶石、Al2O3等物质紧密结合在一起,使试样变得更加致密,可有效阻挡渣的渗透;随着Y2O3的引入,在渣蚀后试样的反应层和渗透层发现大量的片状CA6保护层,抑制了渣的进一步渗透,同时由于生成CA6消耗了渣中的CaO,大大提高了渣的黏度,降低了渣的渗透能力,使渣的渗透逐渐停止。

Nb微合金化对取向硅钢常化板中析出物特征及组织和织构的影响

取向硅钢具有高磁感、低铁损的优异性能,被广泛应用于制作变压器的铁芯,其最大的特点是通过二次再结晶获得锋锐的Goss织构。在实际生产中,为降低板坯的再加热温度,将Nb添加到取向硅钢中。本工作研究了微量(0%~0.025 0%,质量分数,下同)铌(Nb)对取向硅钢常化板析出物、组织和织构的影响。研究结果表明:取向硅钢常化板(不含铌)中的析出物主要是MnS和MnS与AlN的复合析出物,Nb主要以Nb(C,N)形式析出,常化板(含铌)中主要有MnS、AlN和Nb(C,N)的复合析出物。由于Nb(C,N)具有较强的抑制效果,添加0.009 0%的Nb可以达到较好的组织细化效果;但继续添加Nb,组织变化不大。含Nb取向硅钢常化板的织构主要是{001}〈110〉织构和较弱的{110}〈001〉织构,Nb含量对常化板织构的影响不大。

W3Mo4Cr5V6高速钢中碳化物的高温转变行为

借助SEM/EDS、EPMA、XRD及洛氏硬度测试等手段,对氩气保护气氛下W3Mo4Cr5V6高速钢在热处理过程中的碳化物转变行为进行研究。结果显示,经淬火处理(1050℃×1 h,空冷)后,W3Mo4Cr5V6高速钢中碳化物发生了M_(2)C+γ-Fe→M_(6)C+MC+M_(7)C_(3)的转变,在富Mo、W的M_(2)C相周围形成了大量富Fe、W、Mo的M_(6)C以及少量富V的MC和富Cr的M_(7)C_(3)。M_(6)C优先在M_(2)C与基体界面处形核,并且因消耗M_(2)C中的Mo、W而使得其中V、Cr含量增加,进而促进MC及M_(7)C_(3)的形成;M_(2)C尺寸越细小均匀,其转变程度则越完全。此外,高温转变形成的碳化物团簇整体上仍保留着铸态M_(2)C的形貌,铸态初晶MC及共晶MC均无明显变化,基体二次碳化物发生Ostwald熟化并在550℃回火时又析出一定量的二次碳化物,同时淬火过程形成的残余奥氏体在回火时转变为回火马氏体,这使得高速钢的硬度整体上有所提升,其组织均匀性得到改善。

电流强度对电渣重熔304不锈钢中夹杂物特征的影响

利用实验室规模电渣炉在大气气氛下重熔304不锈钢,考察了不同电流强度(1500、1800、2100A)下电渣锭中夹杂物的特征及全氧含量、硫含量变化,并对钢中硫化物的析出行为进行了热力学分析。结果表明,电渣重熔过程可以有效去除钢中的夹杂物,但随着电流强度的增大,电渣锭的全氧含量和硫含量增加,夹杂物数密度及尺寸增大,电渣锭的洁净度恶化。当电流强度较低(1500A)时,电渣锭中夹杂物主要是以氧化铝为核心、外表裹有硫化物的双层结构,未发现单个的(Mn,Cr)S夹杂;而1800A和2100A重熔时,电渣锭中不仅有以Al-Si-Ca-Ti-Cr-Mn氧化物为核心、外围包裹着(Mn,Cr)S的双层结构夹杂,而且由于电渣锭中硫含量高和凝固过程中残余液相中溶质的富集,其中还有单个(Mn,Cr)S夹杂物存在。本试验条件下,在1500A下重熔更有利于提高304不锈钢电渣锭的洁净度。

板坯连铸中间包内控流装置优化的物理和数值模拟

为优化连铸中间包内钢液的流动形态以有效去除非金属夹杂物,提出了一种带有不同孔径的多孔控流器。以某钢厂70 t两流板坯连铸中间包为原型,搭建1∶4的水力学模型测量RTD曲线,建立三维数值模型分析流场,研究了拉速和控流器安装位置对中间包钢液流动特性的影响,得到最佳控流装置组合。结果表明:安装控流器的中间包内钢液流动状态得到改善,运动轨迹得以延长,钢液平均停留时间增大,死区体积分数减小。当控流器与挡墙间距为150 mm时,安装孔长径比S_(f)=4的控流器效果较佳。拉速分别为1.0、1.2、1.4 m/min时,死区体积分数分别减小了17.42%、15.55%、28.72%,峰值时间分别延长了75、41、56 s,平均停留时间分别延长了78、87、126 s。

Nb含量对取向硅钢第二相粒子和性能的影响

制备了3种不同Nb含量的取向硅钢(w(Nb)依次为0、0.009%、0.025%),借助SEM、TEM、EDS等手段,系统分析了钢中第二相粒子的形貌、尺寸及分布等,并研究了Nb含量对取向硅钢组织、织构、力学性能及磁性能的影响。结果表明,Nb添加能够有效净化取向硅钢钢液,随着Nb含量从0增加到0.025%,钢中夹杂物数密度从577.5个/mm^(2)减少至156.6个/mm^(2),产生裂纹的可能性降低,有利于热轧和冷轧生产工序的顺利进行;此外,铸坯的室温力学性能也随着Nb含量的增加显著提升,这有利于高强度取向硅钢的生产。当取向硅钢中Nb添加量为0.009%时,渗氮板中析出物、组织和织构分布特点最有利于Goss晶粒在高温退火过程中异常长大,得到大尺寸二次再结晶晶粒,成品板磁性能优异,磁感应强度B800达到1.872 T,铁损P1.7/50仅为1.252 W/kg。

70CaF_2-30Al_2O_3渣系电渣重熔Cr13Mn4Mo不锈钢中夹杂物的演变

采用70CaF_2-30Al_2O_3渣系对Cr13Mn4Mo钢进行电渣重熔试验。利用SEM/EDS、氧氮分析仪和碳硫分析仪分析和检测了Ф55mm电极及Ф120mm(36 kg)电渣锭中全氧含量、硫含量及夹杂物的数量、尺寸和形貌,钢中MnS夹杂的析出过程进行了热力学分析。结果表明,电渣重熔后钢中全氧含量由0.0121%降低至0.0044%,硫含量由0.010%降低至0.002%,和电极相比,电渣锭中夹杂物数密度由855个/mm^2降低至257个/mm^2,钢中夹杂物的尺寸明显减小,为1μm左右Al_2O_3夹杂,以及以Al_2O_3为核心,外层附着MnS的复合夹杂。热力学计算表明,在实验条件下没有单个的MnS生成,这与SEM/EDS分析结果吻合。

轧制工艺对高强度桥梁钢厚板低温韧性的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜(TEM)、EBSD能谱分析仪和拉伸、冲击试验机,研究不同轧制工艺对不同宽度56 mm厚Q500qE桥梁钢板低温冲击韧性的影响。结果表明:钢板宽度大,轧制道次多,道次压缩比小时,晶粒有效尺寸较大,大角度晶界比例较低,导致低温冲击韧性明显低于宽度较小的钢板;同时钢板横纵向强度差较少,各向异性相对较小。轧钢温度和冷却速率相同时,减少道次,增大道次压缩比促进析出相均匀、细小、弥散,有利于提高钢的低温冲击韧性。

冷却工艺对高性能桥梁钢微观组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)和拉伸及冲击试验等研究了冷却速率对高强度桥梁钢微观组织、第二相形貌及力学性能的影响。结果表明:随着冷却速率的增加(1~50℃/s),试验钢的组织由块状铁素体+珠光体向粒状贝氏体、板条贝氏体转变,但均有M/A岛弥散分布于铁素体基体或边界上。当冷却速率大于5℃/s时,随着冷却速率的增加,贝氏体铁素体晶粒细化,M/A岛数量减少、尺寸细化,并更加弥散分布。组织中大角度晶界占比随着冷却速率的增加呈现先减少、后增加的变化。当冷却速率为1℃/s时,在铁素体+珠光体组织中,大量块状铁素体具有大角度取向差;在形成贝氏体组织的10~50℃/s冷却速率范围内,冷却速率的增加促进了大角度晶界(取向差角度>15°)的形成。冷却速率的增加,阻碍了Nb、Ti的碳氮化物析出,晶内析出相的形貌由粒状或不规则块状转变为细小针状和球形状。冷却速率在1~30℃/s的范围内增加时,试验钢的屈服强度和抗拉强度上升,伸长率下降,冲击吸收能量先上升后下降。

一铝酸钡的合成和水化特征

以碳酸钡(BaCO_3)和氧化铝(Al_2O_3)为原料,研究了不同的热处理温度对合成铝酸钡产物的影响。并以合成的BaAl_2O_4为原料进行水化实验,研究了BaAl_2O_4的水化特性。通过XRD研究了合成产物的物相演变和水化产物的物相组成,通过TGDSC研究了BaCO_3和Al_2O_3在升温过程中的反应性和BaAl_2O_4水化产物的脱水性,并通过SEM观察了水化产物的微观形貌。结果表明,以BaCO_3和Al_2O_3为原料在1200℃下热处理3 h即可获得纯度很高的BaAl_2O_4,水化后产物的物相组成比较复杂且呈现出大量的柱状和针状结构。

轧后驰豫对500 MPa高强度桥梁钢组织性能影响

利用光学显微镜、透射电子显微镜(TEM)、EDS能谱分析仪和拉伸冲击试验机,研究了轧后不同驰豫时间对500 MPa高强度桥梁钢微观组织结构、第二相析出及力学性能的影响。结果表明:轧后弛豫有利于贝氏体晶粒的细化,并可获得粒状贝氏体和板条贝氏体双相组织,随着轧后驰豫时间的延长,板条贝氏体减少,抗拉强度下降,粒状贝氏体的出现、增多、长大的过程,屈服强度先上升后下降。同时轧后弛豫也有利于第二相析出,随着弛豫时间的延长,第二相析出越充分,析出物不断聚集长大。当轧后驰豫时间在(60~80)s,然后以20℃/s的速度冷却至400℃,可以获得良好的综合力学性能,性能满足Q500qE标准要求。

不同铝含量的脱氧剂对钢液洁净度的影响

铝具备较强的脱氧能力,被广泛应用于炼钢过程中钢液的脱氧。然而铝脱氧产生的高熔点、大尺寸Al2O3夹杂物不仅会严重降低钢液的洁净度、恶化钢材韧性和疲劳寿命,还容易造成水口结瘤,影响连铸工艺的顺行。考虑到局部过饱和度对夹杂物的形核和长大等有着重要的影响,采用纯铝和Fe-30%Al合金(质量分数)对钢液进行脱氧,且实际加入的铝量保持一致,通过对不同脱氧时间(30、60 s)的钢液成分和夹杂物特征进行分析,研究了不同铝含量的合金对钢液洁净度的影响。结果表明,相较于纯铝脱氧,Fe-30%Al合金在相同时间节点下脱氧效果更好,合金中铝元素溶解速度更慢。此外,在目前试验条件下使用纯铝脱氧的钢样中夹杂物尺寸可达到9μm,而使用Fe-30%Al合金脱氧的夹杂物尺寸最大只有4μm。采用纯铝脱氧60 s后钢中夹杂物平均尺寸为Fe-30%Al合金脱氧的1.35倍,且单位面积夹杂物数量多了23%。两种合金在脱氧过程中残留在钢液中的夹杂物均以多面体夹杂为主,并有少量碰撞聚集形成的松散型团簇状夹杂。使用Fe-30%Al合金脱氧比纯铝脱氧更有利于钢液洁净度的提高,这取决于两者在脱氧初期过程中不同的局部过饱和度。

终轧温度对高性能桥梁钢力学性能及组织的影响

利用拉伸、冲击试验机测试力学性能,采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了终轧温度对高性能桥梁钢Q370qE力学性能和微观组织、晶界取向角度差、织构、位错和析出相形态的影响。结果表明:在875~803℃范围内降低终轧温度,钢的屈服强度和抗拉强度均提升,屈强比上升,韧脆转变温度降低,低温韧性提高。终轧温度为803℃时,钢的屈服强度、抗拉强度分别为420、542 MPa,-40℃的夏比冲击功均值为243 J。降低终轧温度有利于铁素体晶粒的细化和均匀性的提升,细化珠光体团束的尺寸,减少珠光体组织的数量,改变了珠光体形态,出现退化形态;但较低的终轧温度,珠光体组织由分散变为连续的条带,加重了钢的带状组织。同时降低终轧温度,促进了大角度晶界的形成和小角度晶界的减少,有利于晶粒<001>取向的减弱和<110>取向的增多;有利于晶内Nb/Ti碳氮化物析出相颗粒的细化及球状的形成,铁素体晶粒内部位错增多并大量缠结,也促进了Nb/Ti碳氮化物在位错上的形成。