稀土在超级双相不锈钢中应用研究进展

超级双相不锈钢具有高强度、耐氯化物应力腐蚀、韧性好和焊接性能良好的特点,广泛应用于石油天然气、海水淡化和化工等行业。本文归纳了稀土添加对超级双相不锈钢显微组织、力学性能、热加工性能和耐腐蚀性能影响的研究进展,分析了目前存在的问题,展望了稀土在超级双相不锈钢中的应用研究方向。

CPU散热片冲孔复合模具设计中的废屑处理

在CPU散热片冷冲压成形中,为节省材料,提高效率,设计了用机械手传送零件的连续模,取代了传统方法的连续模。在提高经济效益的同时也带来了一些问题,其中冲孔落料工序中的废屑处理尤为显著。本文探讨了冲孔落料模具的设计方法,有效解决了废屑处理的问题。不仅使成形可以顺利进行,还实现了省时节约的目的,对业内设计人员有一定的借鉴作用。

大口径超级双相不锈钢阀体的研制

针对四代核电钠冷快堆循环水泵大口径超级双相不锈钢阀体铸件制造中出现的开裂、缩松、缩孔和冷隔等问题,开展了第二相析出、铸造工艺和固溶冷速模拟工艺探索,以研究其对铸件组织、性能和成形的影响。结果表明,铸件冷却至1000℃左右打箱空冷,析出第二相较少,随着打箱温度降低,第二相析出比例逐渐增加;对铸件进行型线流畅设计、浇注系统和补缩系统等方面合理设计,并经铸件凝固过程数值模拟,预测铸造工艺实施结果良好;当固溶冷却速率大于0.4℃/s时,可有效避免铸件组织中第二相的析出。根据工艺研究结果来生产阀体,铸件固溶热处理后组织中α相和γ相比例接近1∶1,关键部位射线探伤满足技术标准要求,铸件力学性能和耐腐蚀性能优异,可较好满足海水氯化物腐蚀介质工况要求。

FE颗粒密度对CU-FE-P合金残余应力影响的数值模拟

采用弹塑性有限元方法建立力学模型,模拟分析微观状态下的引线框架材料CU-FE-P合金局部铁颗粒密集区的残余应力分布,重点分析了颗粒密度对材料残余应力的影响。结果表明,颗粒密度越大则界面附近CU基体和铁颗粒的残余应力越大,并且在X方向FE颗粒处于压缩,CU基体主要处于拉伸状态;Y方向则是FE颗粒受拉伸,CU基体由拉伸变化到压缩状态。因此在两种反向残余应力作用下,界面两侧的应力差也越大,甚至导致界面处被撕裂,材料表面起皮,影响带材性能的发挥。

护环热成形短流程工艺的研究

针对目前护环制造工艺流程长、质量难以控制等问题,通过分析热成形技术,提出了几种护环复合成形新工艺。

55NiCrMoV7模具钢锻造过程微观组织演化实验与模拟仿真

研究了55NiCrMoV7模具钢棒材镦粗和拔长过程中的微观组织演化规律。结果表明,镦粗过程中棒材心部动态再结晶体积分数达80%,而变形过渡区和死区的动态再结晶体积分数较低;拔长过程中棒材心部发生了二次动态再结晶,过渡区动态再结晶进一步发展,而死区几乎没有发生动态再结晶。基于55NiCrMoV7模具钢在变形温度850~1250℃、应变速率0.001~10 s-1下的金相组织图,建立了动态再结晶临界应变、晶粒尺寸和动力学的数学模型,并通过DEFORM-3D软件建立了棒材镦粗和拔长过程的宏微观耦合有限元模型,研究了棒材温度、应变和组织的分布规律,预测了动态再结晶晶粒尺寸和体积分数值。将预测值与实验值进行了对比,最大相对误差为11.7%。

55NiCrMoV7钢锭均质化处理宏观偏析热扩散元胞自动机模拟研究

文章模拟研究65吨55NiCrMoV7钢锭均质热处理过程宏观偏析扩散规律。结果表明,整个钢锭均温的最短时间约22小时。经过元胞自动机1万模拟步,偏析区域1.06%浓度减弱至0.6%左右,接近基体浓度0.53%。而铬元素在相同扩散条件下,扩散速率较慢,扩散效果较差。因此,铬元素偏析是影响钢锭均匀化的主要因素。文章研究结论,为制定均质热处理温度和时间提供科学指导。

55NiCrMoV7钢锭热加工过程的微观组织与力学性能

通过热加工试验(镦粗、拔长与热处理)结合扫描电子显微镜观察和力学性能测试,研究55NiCrMoV7钢锭的变形过程微观组织演化、断裂机制和力学性能变化。结果表明,随着镦拔变形量的增加,钢锭的铸态组织和缺陷可以逐步消除,材料的屈服强度、抗拉强度、伸长率和冲击韧性随着变形量增加而增加,断裂方式从铸态的完全脆性断裂逐渐过渡到脆性和韧性混合的断裂方式。调质热处理对马氏体形貌和碳化物的析出产生影响,进一步提高了材料的强度、塑性和韧性。

大型护环双冲头复合冲挤热成形工艺研究

大型护环热成形困难,以300MW护环包套冲扩热成形工艺的成功研制为基础,从理论与实践上提出了双冲头复合冲挤热成形新工艺,用于600MW护环成形,节约了火次,节省了模具费用,并从数值模拟的角度证明了工艺的可行性,在理论和实践上具有重要意义。

马氏体沉淀硬化不锈钢0Cr15Ni5Cu3Nb热变形行为与热加工图研究

采用Gleeble-1500D热模拟试验,研究了马氏体沉淀硬化不锈钢0Cr15Ni5Cu3Nb(15-5PH)在850~1250℃、0.001~1 s^(-1)条件下的热变形行为和微观组织演化机制。研究结果表明:材料变形过程存在加工硬化、动态软化和流变稳态的特征。利用Arrhenius型双曲正弦方程,建立了15-5PH热变形本构模型ε·=4.336×1018[sinh(0.011×σ)]^(5.817) exp(-519543/RT)。该模型预测值与试验值平均相对误差7.1%,能较好地描述15-5PH热变形行为。15-5PH在高应变速率条件下可能发生流变失稳现象。热变形过程,15-5PH可发生动态再结晶现象,动态再结晶晶粒尺寸和体积分数随着温度的升高或应变速率的降低而增加。

275t盛钢桶耳轴锻造工艺

本文介绍了275t盛钢桶耳轴的生产工艺。所采用的WHF+极限成形锻造法有效地焊合了钢锭内部缺陷,改善了坯料心部组织。在锻后热处理中采用了两次正火加回火工艺,消除了残余应力,使锻件晶粒细化,组织均匀,保证了锻件的力学性能。

基于多尺度建模与响应面法的55NiCrMoV7模具钢调质热处理工艺优化

目的探究大型55NiCrMoV7模具钢锻件(Φ1000 mm×1700 mm)调质热处理的最优工艺方案。方法建立大型55NiCrMoV7模具钢锻件的宏微观耦合的多尺度有限元模型,基于现场实验测试不同位置温度场和组织场的演化规律验证该模型。模拟研究此锻件在不同淬火与回火工艺下的应力分布、HRC硬度和屈服强度变化。以残余应力均方差、硬度和屈服强度为目标函数,建立淬、回火工艺参数与力学性能之间的回归模型。结合所建立的响应面模型分析与遗传算法,对该模型进行参量约束条件下的多目标优化。结果通过响应面模型分析得出最优工艺范围为:淬火温度为850~910℃,回火温度为400~550℃。多目标优化后得到Pareto最优解集:淬火907.4℃+回火443.1℃、淬火907.4℃+回火411.5℃、淬火903.4℃+回火485.1℃、淬火895.2℃+回火535.8℃和淬火892.1℃+回火507.1℃。结论建立的淬、回火温度对应力均方差、HRC硬度和屈服强度的回归模型,为大型55NiCrMoV7模具钢锻件调质热处理工艺优化提供了理论依据。

调质热处理对55NiCrMoV7模具钢组织与力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、硬度测试、V型冲击实验和单向拉伸实验结合有限元建模仿真,研究了55NiCrMoV7模具钢在不同淬火温度(790~910℃)、回火温度(100~650℃)下的微观组织演化和力学性能的变化规律。结果表明,随着淬火温度升高,球状碳化物逐渐溶解到马氏体基体中,马氏体组织不断长大、粗化,残余奥氏体逐渐增多;淬火后HRC硬度值基本稳定在42~46,屈服强度和抗拉强度先增大后减小,870℃淬火后均达到最大值1380 MPa和1485 MPa,冲击韧性在850℃淬火后最大,为26 J。在不同温度回火过程中,马氏体组织含量基本稳定,随着回火温度继续升高,残余奥氏体逐渐溶解,碳化物从马氏体边界处析出,细小而弥散。870℃4 h淬火+560℃6 h回火可以使55NiCrMoV7钢具有良好的综合力学性能。

16Mn钢空心锻件探伤缺陷形成原因分析及工艺改进

对执行电炉(EBT)+钢包精炼(LF)+真空脱气(VD)+真空浇注(VC)双真空工艺路线生产的16Mn钢空心锻件进行了探伤,发现锻件(对应钢锭水口端)存在缺陷。对缺陷试样进行了宏观断口分析、扫描电镜观察及能谱分析。结果表明:筒体锻件缺陷是由大尺寸夹杂物导致的,缺陷处夹杂物主要成分为MnO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-CaO、Al_(2)O_(3)-MgO-ZrO_(2)-CaO和SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)。其中MnO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-CaO和Al_(2)O_(3)-MgO-ZrO_(2)-CaO是脱氧过程和精炼合金化过程形成的,SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)形成于浇注过程的导流管内壁冲刷,凝固过程该类夹杂物进一步聚集、合并、长大。基于以上分析提出了工艺改进措施,采用改进措施生产的锻件,探伤质量问题得到有效改善。

55NiCrMoV7高温变形行为与微观组织演化机制研究

针对55NiCrMoV7模具钢热变形行为和微观组织演化规律,采用Gleeble-1500热模拟压缩实验,测定了55NiCrMoV7模具钢在800~1200℃、应变速率为0.01~5 s^(-1)及变量70%条件下的应力应变曲线。分析了材料的高温变形行为,建立了Arrhenius本构方程,准确预测了材料在不同条件下的流动应力,最大相对误差小于10%。建立了材料在应变0.1~0.9 s^(-1)和不同温度、应变速率下的热加工图,确定了材料热加工工艺窗口。研究结果表明:材料在低温(<1000℃)、高应变速率(>1 s^(-1))条件下容易发生失稳,而且随着应变的增加,失稳区域也逐渐增加。对材料变形后金相组织分析表明:55NiCrMoV7在高温、低应变速率和大应变条件下,发生了明显动态再结晶现象且组织得到细化,但随着变形的增加,出现了明显的变形带区域。

法兰环件轧制过程三维动态数值模拟

基于ANSYS/LS_DYNA有限元软件建立了RAW200/160-5大型数控径轴向轧环机的有限元模型,模拟了一个生产周期内法兰环件轧制生产全过程,实时观测环件在轧制过程中成形和缺陷生成的动态过程,绘制了不同时刻环件节点的位移、应力、应变、速度云图,结合计算结果对毛坯结构尺寸、主辊转速、芯辊进给、锥辊进给等各个轧制工艺进行了比较分析,指出了毛坯结构和轧制工艺对环件成形效果的影响,得到了不同截面环件轧制成形的优化毛坯结构参数和轧制工艺参数。

核电阀门用不锈钢热变形行为研究及应用

针对大型特厚F316H不锈钢阀门锻件易出现粗晶、混晶和探伤无底波等难题,对其高温下的流变行为进行了研究,以探索最佳的热加工变形工艺参数来指导实际生产应用。采用Gleeble-1500D热模拟试验机,在应变速率为0.001~1 s^(-1)、变形温度为950~1250℃条件下开展了热压缩变形试验。基于Arrhenius模型,建立了高温流变应力本构方程,并计算得到热变形激活能为393.857 kJ·mol^(-1)。基于DMM动态材料模型,建立了应变量为0.8的热加工图,在变形温度为1100~1150℃、应变速率为0.005~0.01 s^(-1)时,功率耗散因子达到峰值,结合微观金相分析,该变形条件下晶粒发生了充分的动态再结晶,可作为热加工的主加工区域。结合热加工图,设计了核电不锈钢阀体锻件(规格为12寸)的锻造工艺,并经生产验证得到了晶粒度、无损探伤和力学性能优异的锻件。

大型奥氏体不锈钢锻件的晶粒尺寸控制

针对大型F316H奥氏体不锈钢锻件塑性变形抗力大,锻造工艺不当易导致开裂、粗晶和混晶等难题,开展晶粒粗化实验、高温拉伸和高温压缩实验,以研究材料晶粒的长大规律、热塑性及临界变形量对动态再结晶的影响。实验结果表明:当变形温度高于1050℃时,晶粒尺寸随着保温时间的延长不断增大,变形温度越高,晶粒尺寸长大趋势越明显。随着变形温度的升高,材料的抗拉强度逐渐变小,塑性抗力逐渐减小。同一变形温度下,随着变形程度的增加,动态再结晶程度随之增大。相同变形量下,随着变形温度的升高,动态再结晶更充分,晶粒尺寸更为细小,晶粒数量大幅增加。根据实验结果制定了直径为Φ5800 mm的管板锻件的锻造工艺,经实际生产验证,取得了较好的实施效果。