Ni-Cu-P钢耐点蚀性能的机理研究

选择Ni-Cu-P钢和碳钢各两种,在pH=10的3%(质量分数)NaCl溶液中进行极化实验,比较钢的点蚀诱发敏感性;在3%海盐水中进行间浸挂片实验,评价钢的点蚀扩展速率;利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)分析钢中夹杂物、腐蚀形貌和锈层的特征。结果表明:Ni-Cu-P钢比碳钢表现出更弱的点蚀诱发敏感性和更小的点蚀扩展速率。较弱的脱氧可降低碳钢的耐点蚀性能,但对Ni-Cu-P钢不产生明显影响。锈层分析结果发现,Ni-Cu-P钢和碳钢内锈层的主要成分接近,但Ni-Cu-P钢的内锈层明显比碳钢致密。Ni-Cu-P钢中Ni和P能有效降低酸化蚀坑内钢基体的腐蚀速率;Cu则有助于致密锈层的形成。

前驱体对含Cu低碳钢I&Q&P处理后组织性能的影响

采用I&Q&P工艺和EPMA、SEM和XRD等手段,研究了3种前驱体对含Cu低碳钢残余奥氏体含量及力学性能的影响。结果表明,双相区保温初期试验钢奥氏体长大由C配分控制,后期由合金元素Mn、Cu配分控制;双相区保温奥氏体化后,双相区配分后形成弥散分布的局部高浓度Mn、Cu区域仍保留富集效果,在随后的淬火-碳配分阶段易于形成残余奥氏体。经I&Q&P处理后,前驱体为P+F的钢室温组织中马氏体板条较粗,原始奥氏体晶界并不明显;前驱体为F+M钢得到的马氏体板条有序细密;前驱体为M的钢室温组织中马氏体板条更加细密。其中,前驱体组织为M的钢中残余奥氏体量最高,延伸率为24.1%,强塑积可达25 338 MPa·%,综合性能最好。

Cu配分时间对I&Q&P处理钢组织性能影响

通过I&Q(两相区退火+淬火)和I&Q&P(两相区退火+淬火+配分)热处理工艺,采用EPMA、SEM和XRD等手段,研究含Cu低碳钢Cu配分行为及不同配分时间对组织性能的影响。结果表明,在双相区保温过程中,试验钢的C、Cu和Mn三种元素均从铁素体向奥氏体中配分,且Cu元素配分效果明显。经I&Q&P工艺处理的钢的组织是板条马氏体和残余奥氏体,随着Cu配分时间增加,原始晶粒尺寸变大,马氏体组织变大、板条变粗。随着Cu配分时间增加,钢的抗拉强度逐渐减小,伸长率先增加后减小。残余奥氏体体积分数的变化趋势和伸长率的变化趋势基本一致,在配分时间为40 min时,残余奥氏体体积分数和伸长率达到最大值,此时材料综合力学性能最佳,抗拉强度为1076 MPa,强塑积达到26254.4 MPa·%。

基于回火P参数的低碳贝氏体钢回火性能预测

以低碳贝氏体钢为研究对象,讨论了回火参数对材料硬度的影响,基于回火P参数理论建立了钢的回火性能预测模型,绘制了回火参数转换算图。硬度误差分析结果显示,误差在15%以内,此模型可以用于回火工艺参数的优化和回火性能的预测。

不同Cu含量超低碳钢的时效行为

研究了不同Ｃｕ含量的超低碳钢的组织、性能及时效过程，发现在时效过程中，存在有三种类型的析出物造成时效硬化，它们分别为ε－Ｃｕ析出强化，Ｎｂ的碳氮化物以及含Ｃｒ的碳化物强化其中细小的、在位错上形核的ε－Ｃｕ沉淀析出是造成时效硬化效应的主要原因，得出时效激活能为８７．６ ｋＪ／ｍｏｌ．实验结果表明，在相同的时效温度下，随着Ｃｕ含量增加，ε－Ｃｕ时效硬化峰出现的时间缩短，而Ｎｂ的碳氨化物时效硬化峰位基本不变，因此在高Ｃｕ钢中两峰位置分开，而在低Ｃｕ钢中这两个硬化峰重叠。

用蠕变法研究Cu-Nb钢中的时效行为

用蠕变法在Gleeble-1500热模拟机上研究了不同Cu含量的Cu-Nb系超低碳钢的时效过程．结果表明,在蠕变过 程中,沉淀析出使蠕变曲线出现平台,平台的起点与结束点分别对应析出开始点(Ps)与结束点(Pf)．并得出了两类钢的沉淀析出 等温转变(PTT)曲线．由蠕变法测出的Pf与由硬度法测出的峰值时间tp吻合得较好．

不同配分机制对含Cu低碳钢组织性能的影响

采用I&P&Q、Q&P和I&Q&P热处理工艺,研究不同配分机制对含Cu低碳高强钢组织性能的影响规律。结果表明,实验钢经I&P&Q处理后,Cu、Mn配分使得马氏体板条粗大,板条形貌模糊,板条间含有大量块状马氏体,抗拉强度较高,伸长率和强塑积较低;经Q&P工艺中C配分处理,得到的马氏体板条较致密,板条形貌较清晰,存在少量的块状马氏体,其抗拉强度略微降低,伸长率升高,强塑积提高;经I&Q&P工艺处理,由于C、Cu、Mn等3种元素配分的综合作用,马氏体板条清晰,只存在极少量的块状马氏体,部分马氏体板条断裂,其残余奥氏体量达12.4%,强塑积达到27 213MPa·%,综合力学性能最佳。

回火温度对690MPa级工程机械用钢组织与性能的影响

设计了一种低碳Fe-Mn-Nb-Cu-B系屈服强度690 MPa级工程机械结构用钢,利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等仪器研究了不同回火温度对实验钢的组织和性能的影响。结果表明:回火温度对屈服强度和抗拉强度均有较大影响,都呈现出先降低再升高再降低的规律。600℃回火时的综合力学性能较好,屈服强度比未回火时增加了145 MPa;并且屈强比和硬度随回火温度的变化趋势同抗拉强度和屈服强度的变化规律是相同的。分析认为:回火前后力学性能的变化的主要原因是与回火后有更多弥散的尺寸在20 nm以下的新的细小(Nb,Ti)(N,C)粒子析出以及发生位错的回复和M-A岛的分解有关。

C-Mn-Ni-Cu-Nb系低碳贝氏体钢板组织与性能的研究

设计了C-Mn-Ni-Cu-Nb系低碳贝氏体钢成分并在实验室进行了冶炼。采用Gleeble-3800热模拟实验机测定了该钢的CCT曲线,并根据CCT曲线选择最佳的加热与轧制工艺进行中试试制,开发出一种在控轧控冷条件下即可获得良好强度与低温韧性匹配的低合金钢板。

新型低碳Mn-Mo-Nb-Cu-V型机械结构用高强钢的热处理工艺优化

采用不同工艺对新型低碳Mn-Mo-Nb-Cu-V型机械结构用高强钢试样进行了热处理,并进行了试样冲击性能和拉伸性能的测试与分析。结果表明,在试验条件下,随淬火温度或回火温度不断上升,试样的冲击吸收功、抗拉强度、屈服强度和断后伸长率先增大后减小,试样冲击性能和拉伸性能先提高后下降。新型低碳Mn-Mo-Nb-Cu-V型高强机械结构用钢的最佳热处理工艺参数为：920℃×15 min淬火和710℃×6 h回火。

Nb和Cu在低碳微合金钢回火过程中的析出行为

利用金相技术、硬度测量及透射电子显微术,研究了Nb钢及Nb-Cu钢在525℃回火过程中的析出行为。结果表明:两种实验钢在850℃奥氏体化淬火后,组织类型类似,525℃回火20h后,显微组织没有发生明显变化。Nb-Cu钢在回火的初始阶段硬度下降迅速,15 min后硬度上升,90 min左右到达峰值,Cu的析出快于Nb;而在随后的回火过程中因为Nb的析出导致硬度变化平缓。通过对比Nb钢的硬度曲线及透射电镜观察,认定ε-Cu的析出和NbC的析出是独立进行的,采用相同工艺回火的C-Mn钢硬度变化曲线进一步证实了这一点。

武钢CSP分厂生产集装箱钢SPA-H的实践

介绍武钢条材总厂CSP分厂集装箱钢SPA-H的成分设计、生产难点及其生产效果。通过统计分析现场生产数据,归纳总结出其热轧卷的产品特性,从设备工艺方面阐述了武钢CSP生产薄规格集装箱钢的优势。

[P]对低碳Si-Mn-B钢170mm×1650mm铸坯断裂的影响

低碳Si-Mn-B钢(%:0.16～0.17C、1.10～1.12Si、1.80～1.85Mn、0.0010～0.001 1 B)部分连铸板坯在多次搬运后发生横向断裂。对断裂与未断裂铸坯进行连铸工艺、铸坯成分、组织和力学性能的分析表明,二者连铸工艺相同,断裂板坯S含量为0.004%,P含量为0.025%,中间裂纹1.5级,组织中有穿晶裂纹,未断裂板坯S含量0.004%,P含量0.008%,中间裂纹0级,组织中未发现显微裂纹,说明板坯中P含量偏高导致板坯多次搬运后断裂。

时效温度对Cu沉淀强化超高强海工钢力学性能的影响

采用Thermo-Calc软件、SEM和HRTEM等分析技术研究了时效温度对低碳超高强海工钢中Cu的析出行为及其对力学性能的影响。结果表明,400~550℃时效,由于Cu的时效沉淀析出,Ni-Cr-Mo-Cu钢的时效硬度显著高于Ni-Cr-Mo钢,最高时效峰值硬度达到386HV。525℃时效,Cu粒子具有较低的粗化速率,Cu粒子析出的平均半径为5.2 nm,强化机制为切过机制,产生的强化增量约为100 MPa。时效温度升高至550~575℃,Cu粒子粗化,强化机制转变为绕过机制,强化增量小于50 MPa。Ni-Cr-Mo-Cu钢525℃时效可以获得良好的强韧性,屈服强度达到1120 MPa,-80℃低温V型冲击功为76 J,与Ni-Cr-Mo钢相比,添加Cu使其屈服强度、-80℃冲击功分别提高9%和15%。

富Cu析出强化贝氏体超高强钢的组织特征及强韧化机制

由于传统超高强钢高的碳含量导致其焊接性严重恶化,低碳含量的含Cu超高强钢因具有优异的焊接性而受到广泛关注,在高载荷焊接结构中具有较好的应用前景。为了获得更为优异的强韧性,将铁素体低碳纳米富Cu超高强钢的基体组织优化为板条贝氏体,分析了优化后试验钢的微观组织及纳米富Cu析出相晶体结构的特征,并基于常温拉伸试验及示波冲击试验探究了试验钢的强韧化机制。结果表明:该板条贝氏体低碳纳米富Cu析出强化超高强钢的强韧性能匹配优异,其屈服强度为1334 MPa,-40℃冲击吸收能量为63.5 J。该试验钢贝氏体基体中含有大量1~5 nm尺寸的B_(2)型富Cu析出相。纳米富Cu相的析出强化是主要强化的机制,对屈服强度的贡献约700 MPa;而且细小的晶粒尺寸(3.11μm)、较高的位错密度(8.2×10^(13)m^(-2))也有效地提高了试验钢的屈服强度,细晶强化和位错强化增量分别约305和215 MPa。试验钢中的贝氏体板条束亚结构对裂纹扩展起到阻碍作用,使其在提高强度的同时仍具有良好的冲击韧性。

低碳硅锰钢I&Q&P处理中C,Mn元素配分综合作用

采用EMPA,SEM和XRD等手段,研究低碳硅锰钢在双相区保温淬火(I&Q)、双相区保温+奥氏体化+盐浴配分(I&Q&P)和奥氏体化+盐浴配分(Q&P)工艺中的C,Mn元素配分行为及对残余奥氏体的综合作用。结果表明:经I&Q工艺处理后,得到马氏体、铁素体加少量残余奥氏体混合组织,C,Mn在马氏体中出现了富集,并且C富集程度高于Mn;经I&Q&P工艺处理后,C,Mn在板条马氏体中呈现不均匀分布,C的局部富集现象更明显,按C,Mn含量的不同,马氏体可分为"高C高Mn"、"高C低Mn"和"低C低Mn"3种;相比较Q&P工艺中只有C配分作用稳定残余奥氏体,I&Q&P工艺在C,Mn配分综合作用下,能得到更多的残余奥氏体。

预变形对超低碳贝氏体钢中ε-Cu析出行为的影响

研究了10％预变形对0．98％～2．90％Cu超低碳贝氏体钢（％：0．042～0．045C，1．43～1．48Mn，0．30～0．33Si，0．70～0．73Ni，0．29～0．30Mo，0．625～0．029Nb，0．011～0．019Ti，0．0013～0．0023B）在450℃和550℃处理1～104rain的时效动力学行为的影响。试验结果表明，该钢在时效过程时，ε-Cu析出动力学曲线出现硬度峰值，当经过预变形处理后，ε-Cu析出峰值出现的时间显著降低，峰值高度明显增加。在450℃时效时，预变形的这一作用更为明显。

微合金元素Cu及等温温度对低碳硅锰钢氢扩散行为的影响

目的探究微合金及热处理工艺对氢扩散的影响。方法设计含0.4%Cu及未含Cu的两种低合金钢,采用两相区保温-淬火-配分(IQ&P)热处理工艺获得280、400℃等温温度的试验钢,通过SEM、EBSD、电化学氢渗透等方法分析其氢扩散行为。结果对于无Cu钢,当等温温度为280℃时,大角度晶界占比55%,残余奥氏体(RA)体积分数约为0.02%,氢扩散系数约为1.82×10^−7 cm^2/s;当等温温度为400℃时,大角度晶界占比51%,RA体积分数约为0.35%,氢扩散系数约为1.30×10^−7 cm^2/s。对于含0.4%Cu的低合金钢,等温温度为280℃时,大角度晶界占比46%,RA体积分数约为0.15%,氢扩散系数约为2.70×10^−7 cm^2/s;贝氏体区等温温度为400℃时,大角度晶界占比33%,RA体积分数约为3.00%,氢扩散系数约为0.40×10^−7 cm^2/s。结论微合金元素Cu的添加,导致晶粒度的细化,大角度晶界占比更低,RA含量更高,从而其氢扩散系数更低,不利于氢扩散行为的发生。当等温温度由280℃升到400℃时,虽然会导致晶粒粗化,但大角度晶界占比更低,且RA含量更高,同样会降低其氢扩散系数,不利于氢扩散行为的发生。由此可知,含0.4%Cu、等温温度为400℃时,IQ&P钢的氢扩散能力最差。

低碳钢表面化学镀Ni-Zn-P合金镀层的沉积行为及沉积机理

目的通过研究低碳钢表面碱性化学镀Ni-Zn-P合金镀层的沉积行为及其沉积机理,对化学镀Ni-Zn-P有进一步认识。方法采用碱性化学镀方法,改变施镀时间在低碳钢表面化学镀Ni-Zn-P合金镀层。使用扫描电镜观察合金镀层的表面和断面形貌,用电子能谱仪分析镀层表面和断面成分。结果化学镀Ni-Zn-P合金镀层的形成过程是:固液界面形成原子团→原子团在能量较高的地方择优沉积→原子团累积生长→向周围延伸扩展→覆盖整个机体→形成完整镀层→均匀叠加生长。试样表面成分检测表明,施镀1~3 s内表面出现Ni元素,Ni质量分数在3 min时达到最大值75.93%,此后维持相对稳定;施镀1 min时表面出现P,P质量分数随施镀时间延长而逐渐增加,在30 min时达到最大值12.03%,此后维持相对稳定;施镀5 min时表面出现Zn,随着施镀时间的延长,Zn沉积量变化不大。表面和断面成分分析表明,化学镀Ni-Zn-P合金镀层的沉积过程不是Ni,Zn,P三种元素同时沉积,而是Ni优先沉积,然后Ni和P共沉积,最后Ni,Zn,P三种元素共同沉积。根据能斯特方程算得沉积电位E_(Ni^2+/Ni)=-0.337 V,E_(Zn^2+/Zn)=-0.906 V,两者的沉积电位相差较大,说明该化学镀条件下不能发生合金共沉积。结论推测化学镀Ni-Zn-P合金镀层是催化诱导还原反应沉积机理,即在镍还原诱导下引发的Zn共沉积。

Cu对低碳钢耐腐蚀和抑菌性能的影响

低碳钢不仅要求其具有较高的强度和硬度,而且耐腐蚀性和抑菌性也至关重要。为了研究不同Cu含量的低碳钢在复杂工况环境下的耐腐蚀和抑菌性能,选取了4种不同组织钢种:MS1500、S-Ten2、F92和17-4PH。实验选择了酸性(pH=3)、中性(pH=7)、碱性(pH=11)和菌液(大肠杆菌和葡萄球菌)4种溶液来模拟材料应用的复杂环境,采用动电位极化、电化学阻抗谱测试和浸泡实验对比分析了它们在4种环境下的耐腐蚀性能,并在菌液环境中进行了材料抑菌实验。另外,通过对不同热处理后的S-Ten2低碳钢进行抑菌实验,进一步研究了不同Cu析出状态对低碳钢抑菌性能的影响。实验结果表明:F92和17-4PH 2种低碳钢在4种环境下均表现出了优异的耐蚀腐性能;在强碱环境下4种材料的耐腐蚀性能相近。S-Ten2在碱性环境下的耐腐蚀性能优于酸性和中性环境,而MS1500的耐腐蚀性能在所有实验环境下相对稳定。在葡萄球菌液中,F92和17-4PH的耐蚀性能优于MS1500和S-Ten2。通过对S-Ten2不同热处理后,大肠杆菌液中900℃-6 h-水淬和560℃-6 h-空冷的样品抑菌性优于700℃-5 min-固溶的样品,说明合理的热处理可以使Cu析出达到理想抑菌效果,但在葡萄球菌液中,3种不同热处理的样品抑菌性均不理想。