金属材料高温拉伸试验控制模式及试验速率的选择

对GB/T 228.2—2015金属材料高温拉伸试验标准中的方法A和方法B从控制模式、试验速率要求两方面进行了分析解读,选用不同方法和速率从应力-应变曲线、应变速率-时间曲线、屈服强度三方面分析,并对分析设定不同试验速率进行验证。结果表明,采用引伸计反馈控制实施方法A1,实际应变速率波动超差,应力-应变曲线易发生畸变,对Rp0.2的测试结果造成误判;采用横梁位移反馈控制实施方法A2和方法B,选择合适的试验速率,测定参数的应变速率能够满足标准要求,可以获得稳定可靠的应力-应变曲线和较为一致的试验结果。

材料高通量计算技术在钢铁产品研发中的应用

材料基因工程中的材料高通量计算技术在钢铁产品研发中发挥着重要作用,可以帮助研究人员更深入地了解材料的性能和行为,如:化学成分设计、相图计算、力学性能预测、微观组织模拟、热力学和动力学分析等,加速新材料的研发进程,提高钢铁产品的性能和质量,为钢铁产业的可持续发展提供了有力支持。在对高通量计算技术基础理论与方法、关键技术、发展现状等方面总结分析的基础上,提出了高通量计算技术在钢铁产品研发中的应用思路。短期来看,高通量计算技术可以缩短研发周期、降低成本;长期来看,还可以实现钢铁产品的按需设计,充实钢铁材料数据库,为后续的材料开发提供方法和依据。

深海空间站耐压壳体用金属材料研发现状及发展趋势

介绍了国内外深海空间站的发展历程,以各海洋强国研发的可用于深海空间站耐压壳体的金属材料为例,对深海空间站耐压壳用金属材料的研发现状、研究中的技术问题进行了梳理,分析了未来技术发展趋势。

海洋工程装备用焊接结构高强钢研究现状及存在问题

介绍了海洋工程装备用焊接结构高强钢的研究与开发进展,阐述了TMCP高强韧焊接结构高强钢、析出强化型焊接结构高强钢和节Ni型焊接结构低温钢等具有优异焊接性能的高强钢的物理冶金原理,并分析了该类高强钢存在的典型焊接问题。

海洋污损细菌分离纯化及金属离子抑菌研究

为了研究海洋生物污损对船体和海洋工程的影响,作者将热喷涂镀钴基、镍基及含铜氧化钛基膜的船用厚钢板试样片放置在海水中,利用振荡培养箱模拟海洋环境,进行晃片培养。分离纯化镀膜钢片表面上的细菌,研究早期污损细菌的生长规律,通过革兰氏染色、生理生化实验对细菌进行鉴定,伯杰氏系统细菌学手册查证。采用纸片法测定抑菌圈,研究铜、钴、镍3种金属离子对污损细菌的影响,观察不同离子浓度的抑菌圈。研究结果表明:早期海洋污损细菌有G+芽孢杆菌属(Bacillus)、G^+芽孢乳杆菌属(Sporolactobacillus)、G^+无芽孢杆菌(Bacilli)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、G^+无芽孢丝状菌、假单胞菌属(Pseudomonas)6类;其中G^+细菌首先吸附;Cu^2+的最佳抑制质量浓度为30 g/L, Co^2+的最佳抑制质量浓度为80 g/L, Ni^2+的最佳抑制质量浓度为110 g/L。

Minitab软件在分析合金元素对耐候钢耐海洋大气腐蚀影响中的应用

采用四因素两水平一个中心点正交试验设计合金成分,实验室冶炼轧制耐候钢,采用户外喷淋试验和Minitab软件研究了模拟海洋大气环境中合金元素(Cu、Ni、Mo和Mn)含量对耐候钢耐蚀性影响的显著性。结果表明:模拟海洋大气环境户外喷淋初期,Ni和Mo含量是具有显著性影响的因素,户外喷淋后期,Ni和Mn含量是具有显著性影响的因素;并且Ni和Mo含量之间,Ni和Mn含量之间均无明显交互作用;最优合金元素含量(质量分数)搭配为3.15%Ni,1.7%Mn。仅添加对耐蚀性具有显著性影响的合金元素并且控制其添加量以降低成本是可行的。

高性能海洋用钢智慧研发之二——钢铁材料基因与显微组织数字化表征

材料基因的识别及显微结构的数字化表征在科技创新、工业制造以及国家安全建设等方面的作用尤为重要。基因结构数据的高质量提取不但关系到重大工程的服役安全,也关系到材料智慧设计及产品终端质量与成本。如何高质量、高效率地提取和分析材料大数据已成为当前制约新材料智慧研发的关键。综合分析数字化时代下材料研发的特点及今后发展方向,针对材料基因库的构建提出了可视化及数字化表征的方法,建立了材料微观基因结构与宏观力学性能的数字化关联。

中锰钢在690 MPa级高强韧海洋平台中的应用探索

介绍了国内外690 MPa级海洋平台用钢的研究现状及发展趋势,对传统690 MPa级海洋平台用钢的成分、工艺、组织和性能进行了分析。传统690 MPa级海洋平台用钢主要存在成本高、制备工序复杂、组织均匀性差、屈强比高等诸多问题。采用低碳中锰的成分设计思路,配合合适的轧制和热处理工艺,成功开发出屈服强度690 MPa级高强韧海洋平台用中锰钢板,并详细阐述了690 MPa级高强韧海洋平台用中锰钢的强韧化机理。

烧结处置含铬污泥实验

这是一篇冶金工程领域的论文。钢铁企业在钢板涂镀过程中产生的含铬污泥属于危险废物,其含有一定量的铁和氧化钙,可以通过烧结工艺对其进行资源化利用。本文以含铬污泥为研究对象,通过烧结杯实验探究了含铬污泥在烧结中的应用及影响,并对烧结完成后铬元素的分布情况进行了研究。烧结杯实验结果表明,该方案是可行的。含铬污泥的加入会促进烧结矿中复合铁酸钙相的形成,有利于改善烧结矿的性能。在含铬污泥配比不超过2.5%时,烧结矿的成品率、利用系数和转鼓指数均会有所提高,返矿率和平均粒径会有所降低。在烧结过程中,84%~90%的铬会被固定在烧结矿中,9%~14%会被固定在返矿中,仅不足1%进入烟尘。由此可见,烧结工艺协同处置含铬污泥不会产生二次污染,可以充分发挥钢铁企业的环保效能。

EH690超高强海洋装备用钢盐雾腐蚀前后疲劳性能研究

为了研究EH690超高强海洋装备用钢腐蚀前后疲劳性能的变化,采用淬火+回火工艺制备了50 mm厚EH690试验钢,观察了试验钢的金相显微组织和腐蚀前后表面形态,对比了盐雾腐蚀前后的疲劳性能,分析了腐蚀后疲劳试样典型断口形貌。结果表明,EH690试验钢组织为回火马氏体,晶粒度等级约为7.5级,盐雾腐蚀后的腐蚀产物主要是α-FeOOH、γ-FeOOH以及Fe_(3)O_(4)等。腐蚀后,材料的平均疲劳寿命大幅下降。断口分析显示,腐蚀导致的表面缺陷是材料疲劳性能下降的主要原因之一,腐蚀造成的表面点蚀坑会导致严重的应力集中,从而提升材料表面裂纹萌生的几率,降低海工钢的疲劳寿命。

高炉鼓风机稳定供风技术的应用

根据高炉鼓风机稳定供风技术原理,设计高炉鼓风机稳定供风控制程序。通过建立风机与热风炉之间的信号联络,新增稳定供风逻辑功能块,优化稳定供风操作画面,实现了热风炉换炉期间风机自动调整送风压力,及时补充换炉风量损失,减少了热风炉换炉引起的风压、风量波动,确保高炉稳定顺行。

热轧工艺对低强度IF钢组织和性能的影响

在某热轧厂产线成功开发出铁素体区轧制工艺技术的基础上,对比研究了铁素体区轧制和奥氏体区轧制两种热轧工艺对低强度IF钢组织、析出相、宏观织构及力学性能的影响。采用OM、TEM和XRD衍射仪等检测方法,对两种工艺下热轧、冷轧退火IF钢金相组织、析出相以及宏观织构的差异进行对比研究,同时采用拉伸试验机检测冷轧退火后IF钢三向拉伸力学性能。研究表明,奥氏体区热轧金相显微组织为等轴状铁素体晶粒,铁素体区热轧组织晶为粒沿轧向被拉长呈纤维状;相比奥氏体区热轧工艺,铁素体区轧制最佳工艺参数为加热温度1150℃+终轧温度800℃+卷取温度720℃,在此工艺下显著降低了屈服强度Rp0.2,析出相尺寸整体大70~85 nm,但TiN析出相尺寸无明显差异;织构方面,冷轧退火IF钢γ织构更强,主要织构各组元取向分布更集中且强度差异较小,相应r值提高0.64,Δr值降低0.35,大大提高了其深冲成型性能,为推广铁素体轧制工艺的应用提供了技术参考。

硫化氢环境中X80管线钢焊接粗晶热影响区的断裂韧性

【目的】为了评估空气和硫化氢环境下X80管线钢粗晶热影响区(CGHAZ)的断裂韧性差异,分析了环境因素对断裂韧性的影响。【方法】利用三点弯试验测试了CGHAZ的断裂韧性,并利用SEM对CTOD试样断口微观形貌和裂纹扩展路径进行了分析,并探究了H_(2)S环境对CGHAZ断裂韧性的影响机制。【结果】结果表明,CGHAZ在H_(2)S介质中的断裂韧性发生了明显降低,其CTOD平均值由0.335mm降低至0.093mm,降低了约72%。CGHAZ在空气环境中的断口形貌主要为韧窝特征,而H_(2)S环境中的断口主要是韧窝和准解理面共存的混合断裂特征。Ti-Mn-Fe的氧化物是准解理面的起裂源。【结论】氢致弱键(HEDE)和氢增强局部塑性(HELP)是造成CGHAZ在H_(2)S环境下断裂韧性降低的主要机制。

6 mm厚不锈钢板K-TIG焊接小孔行为与接头组织及性能

【目的】旨在解决目前6 mm厚板材的深熔氩弧焊(K-TIG)焊接工艺和机理研究尚缺的不足。【方法】对6 mm厚304不锈钢进行了K-TIG平板焊接,利用高动态范围工业相机观察不同焊接工艺参数下的小孔稳定性及对应的焊缝成形。【结果】发现小孔存在焊漏、稳定穿孔和未熔透3种常见状态。试验结果表明,当焊接电流为450~525 A、焊接速度为300~400 mm/min时,能获得稳定焊接小孔与良好的单面施焊双面成形全熔透焊接接头。【结论】在此基础上,微调焊接工艺参数获得完整的6 mm厚S32101双相不锈钢K-TIG对接接头,对焊接接头的显微组织进行表征,发现焊接接头由铁素体和奥氏体组成,整体仍为双相组织,但与母材相比,焊缝奥氏体含量减少。对焊接接头进行力学性能测试,发现接头整体硬度分布较为均匀,接头平均抗拉强度为658.14 MPa,达到了母材的96%;接头断后伸长率较母材有所下降,平均为23.35%,但与焊条电弧焊接头的断后伸长率相当。

核电用钢316H电渣重熔氢含量分析与工艺优化

为找出电渣重熔过程中电渣锭氢含量变化规律,并在此基础上,对各工序进行优化以实现电渣锭氢含量合格率提高,以核电用钢316H为研究对象,依托15t电渣炉对熔炼速度、充填比、渣料成分、渣料加入量、电极初始氢、水蒸气分压相关工艺参数进行分析研究,结果表明,电渣重熔过程中各阶段增氢不同,电渣锭中的氢含量与空气中水蒸气分压的平方根成正比关系;渣料组元中CaO能够促进增氢,MgO能够防止增氢;加大熔炼速度降低渣量,增加充填比,提高电极表面洁净度有利于防止电渣锭增氢;电极初始w[H]<2×10^(-6)时,电渣重熔过程吸氢较严重,当电极初始w[H]处于2×10^(-6)~4×10^(-6)时,电渣重熔过程吸氢变弱,当电极初始w[H]>4×10^(-6)时,电渣重熔过程则会出现脱氢。经过工艺优化后,H合格率平均达到97.5%,较工艺优化前的94.7%提高2.8%。

热成形钢气体保护电弧焊接头组织及性能

【目的】旨在研究1500 MPa热成形钢气体保护焊接头的组织及性能。【方法】采用NB-350 IGBT型逆变式CO_(2)气体保护电弧焊机对无镀层热成形钢和铝硅镀层热成形钢进行焊接试验,分析接头显微组织、强度、硬度及断口形貌特征。【结果】结果表明,2种接头焊缝组织均为铁素体+贝氏体,铝硅镀层钢板的焊缝中铁素体相对较多。2种接头的热影响区(HAZ)组织相似,在A_(c3)温度以上,HAZ组织为马氏体;在A_(c1)~A_(c3)温度,HAZ组织为铁素体+回火马氏体。接头维氏硬度变化规律为焊缝硬度最低,温度高于A_(c3)的HAZ硬度达到最高,两相区硬度处于焊缝和母材之间。采用ER50-6焊丝焊接2种热成形钢属于低强匹配,接头强度仅为母材强度的1/2左右。接头断口为脆性+韧性混合断口,熔合区是接头最薄弱位置。【结论】由于铝硅镀层钢板的焊缝中软质铁素体含量较多,其接头强度(805 MPa)低于无镀层钢板接头(866 MPa)。

热带海洋大气环境下不锈钢的腐蚀寿命评估

目的给出一种模拟万宁海洋大气环境的室内加速环境谱并对典型不锈钢材料进行寿命预测。方法采用失重法对4种不锈钢的耐蚀性进行宏观分析。采用X射线光电子能谱分析仪(XPS)对4种不锈钢的腐蚀产物类型进行分析。采用扫描电子显微镜(SEM)对4种不锈钢的腐蚀产物进行微观分析。采用腐蚀电化学法对4种不锈钢进行宏观电化学分析。采用灰色关联度分析法研究室内加速环境谱与万宁海洋大气环境下户外暴露试验的相关性。结果4种不锈钢的腐蚀失重速率都随着试验时间的增加而降低,其中430不锈钢腐蚀速率的减小程度最明显。4种不锈钢均在室内加速腐蚀试验中表现出较好的耐蚀性,耐蚀性由好到差依次为2205、316L、304、430不锈钢。XPS结果显示,304不锈钢与316L不锈钢的腐蚀产物主要为Fe_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4);2205不锈钢的腐蚀产物主要包括Fe_(2)O_(3)以及FeOOH或FeCr_(2)O_(4);430不锈钢的腐蚀产物属于典型不锈钢的腐蚀产物,主要由Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)和FeOOH组成。电化学分析表明,304、316L、2205不锈钢的容抗弧半径均在试验前期增大后期减小,430不锈钢的容抗弧半径随试验周期的增长不断减小。4种不锈钢的腐蚀电流密度和点蚀电位的变化趋势相同,腐蚀电流密度均为前期减小后期增大,点蚀电位不断升高,3周期后达到峰值随后降低。灰色关联度方法分析表明,室内加速试验环境谱与万宁户外暴露试验符合腐蚀动力学一致原则,并建立了腐蚀预测模型,各种不锈钢的预测模型为T_(304)=1030.499t ^(0.761524)、T_(316L)=1323.981t ^(0.712401)、T_(2205)=3451.543t ^(0.858627)、T_(430)=2813.697t ^(0.632819)。结论该种模拟万宁海洋大气环境的室内加速谱能够有效地模拟万宁海洋大气环境,并有效推断和评估典型不锈钢材料在海洋大气环境下的腐蚀行为和寿命。

Sb和Sn微合金化对低合金钢在模拟污染海洋大气中腐蚀行为的影响

目的:探究Sn与Sb在模拟污染海洋大气环境中对低合金钢耐蚀性的影响,为我国高性能低合金钢的设计、发展与投入使用积累腐蚀数据。方法通过微合金设计和真空冶炼制备了Sn和Sb微合金化的低合金钢,并利用周浸加速实验研究了低合金钢在模拟污染海洋大气环境中的腐蚀行为。结果 5种低合金钢都是贝氏体相,Sn与Sb以固溶态的形式分布在低合金钢中。添加Sn和Sb可以减缓低合金钢在模拟污染海洋大气中的腐蚀速率,含Sn钢在腐蚀前期的蚀坑较大,扩展较快,后期发展速度变缓。添加Sn可以使锈层中生成稳定的SnO_2,促进锈层中γ-FeOOH转化为α-FeOOH,提升锈层致密性。含Sb钢的蚀坑发展速度始终慢于未添加Sn和Sb的低合金钢,Sb可以使锈层中生成稳定的产物Sb_(2)O_(3),促进锈层中γ-Fe OOH转化为Fe_(3)O_(4),提升锈层稳定性。结论添加Sn与Sb对低合金钢的微观组织结构没有影响。添加Sn与Sb可以通过改善锈层相组成的方式,提升锈层的稳定性与致密性,防止腐蚀性离子进入钢基体表面,进而提升低合金钢在模拟污染海洋大气环境中的耐蚀性。

高性能耐候桥梁钢的开发及应用

采用低碳及合金化成分设计,利用TMCP+回火工艺,开发出HPS 485W耐腐蚀桥梁钢。利用拉伸、冲击、弯曲、扫描电镜和EBSD等手段,研究了钢板的组织和性能。结果表明,HPS 485W熔炼成分、钢板探伤、耐大气腐蚀指数(I值≥6.5)及力学性能均满足标准要求,组织为铁素体和贝氏体,铁素体含量达到62.7%,平均晶粒尺寸仅为2.95μm,保证钢板具有良好的抑制裂纹扩展的能力以及桥梁结构长期服役的安全性。

单气泡上浮运动的层析PIV实验研究

为了揭示上浮过程中的尾流涡结构及其与气泡之间的相互作用,分别采用阴影图像法和层析PIV技术,对单个气泡在静止水中自由Z字型上浮的过程进行了实验研究,得到气泡的形状、运动和三维的尾流速度场。采用λci涡判据和有限时间李雅普诺夫指数(Finite-time Lyapunov exponent,FTLE),从速度场识别出三维的尾流涡结构和二维的拉格朗日拟序结构。结果表明,Z字型上浮过程中,气泡周围环绕有涡环,涡环会沿运动路径脱落交替的、方向相反的发卡涡;单个发卡涡脱落过程中,气泡底部的FTLE脊线会形成一个位置不对称的流量窗口。由此可得到结论:发卡涡的周期性脱落,使涡环相对于气泡的对称性被周期性交替破坏,导致气泡形成Z字型周期运动;单个发卡涡脱落过程中,涡环两侧各自对发卡涡的流体输运存在差异。