利用褐铁矿型红土镍矿烧结矿制备Fe-Cr-Ni合金

我国是不锈钢第一生产大国,但作为冶炼不锈钢主要原料的镍矿及铬铁矿资源贫乏,占红土镍矿资源总量60%以上的褐铁矿型红土镍矿与低品位铬铁矿愈发受到关注。同时,不锈钢冶炼通常需先分别生产铬铁和镍铁,工艺流程长,生产成本高。因此,本文基于烧结—高炉工艺,利用褐铁矿型红土镍矿烧结矿低成本地一步制备出了Fe-Cr-Ni合金。通过热力学分析及熔炼参数的优化,重点研究了不同Cr_(2)O_(3)含量的含镍烧结矿(S1:4.84 wt%;S3:7.72 wt%)的熔炼特性。在熔炼时间60 min(S1)/90 min (S3)、熔炼温度1600℃、焦粉用量20 wt%、炉渣碱度1.0的最佳条件下,成功制备出了铬品位5.6 wt%~9.3 wt%、镍品位1.55 wt%~1.70 wt%、铁品位84 wt%~88 wt%的Fe-Cr-Ni合金,其铬、镍和铁的回收率分别在90%、98%和96%以上。研究表明,含镍烧结矿Cr_(2)O_(3)含量的提高会造成熔炼时间的延长,这不利于焦比的降低与不锈钢产量的提高。在后续研究中,将开发出由含镍烧结矿与含铬球团矿构成的综合炉料结构,以更有效地实现高铬镍铁的冶炼。

先进表征技术在锆合金显微组织研究中的应用进展

锆合金具有良好的核性能、力学性能和加工性能,是一种重要的结构材料,在核工业、航空航天和医疗设备等领域中应用前景广泛。深入了解锆合金显微组织对于掌握其性能和性质至关重要,其显微组织(如第二相、氧化膜、氢化物等)在加工和服役过程中的演变规律及对性能影响正得到材料科学、核工程领域研究者的广泛关注。先进表征技术,如电子显微分析技术、电子探针显微技术、原位表征技术及原子探针分析技术等已被应用于锆合金显微组织研究。电子显微分析技术,可对锆合金包壳的第二相、氢化物和氧化膜的显微组织特征进行表征,为锆合金包壳材料性能的优化改进提供支持。电子探针显微技术(EPMA)是高分辨率显微技术,可对锆合金的微观结构及表面特征进行分析。原位表征技术,包括透射电子显微镜原位辐照技术、原位电化学阻抗谱技术、原位拉伸实验和原位拉曼光谱。透射电子显微镜原位辐照技术,可用于研究锆合金在辐照条件下的行为及辐照引起的微观结构变化;原位电化学阻抗谱技术,可用于研究锆合金在腐蚀过程中的阻抗模量及氧化膜厚度的变化;原位拉伸实验,可实时观察锆合金的变形行为;原位拉曼光谱,可用于检测锆合金成分及结构的变化。原子探针分析技术,可对锆合金中元素偏聚现象、氧化过程、氢的分布及纳米尺度下原子分布情况的表征。综述了先进表征技术在锆合金微观组织研究中的应用进展及存在的问题,展望了锆合金显微组织的未来研究方向。本研究为深入了解锆合金的微观结构提供了参考,深化了对锆合金组织结构及性能的认识。

基于先进合金技术的高温合金研究与应用

随着现代工业技术的不断发展,对于高温环境下材料的需求也越来越迫切。高温合金作为一种特殊材料,在航空航天、能源等领域具有广泛的应用前景。然而,传统合金在高温环境下往往存在显著的性能下降,限制了其在极端条件下的应用。因此,研究和应用基于先进合金技术的高温合金成为了当前的热点。所以,基于先进合金技术的高温合金研究和应用在工业领域具有重要意义。通过研究高温合金的性能特点和应用领域,可以为相关领域的技术发展提供重要参考,并促进高温合金技术的不断创新和进步基于此,本篇文章对基于先进合金技术的高温合金研究与应用进行研究,以供参考。

镍基合金FN3蠕变-疲劳交互试验特性研究

超高参数燃煤电站汽轮机工作条件非常复杂,有必要对复杂应力状况下的新材料力学行为进行评价。对进汽温度大于650℃的先进超超临界燃煤电站用镍基高温合金FN3,在725℃下进行了应变控制蠕变-疲劳交互试验,拉伸峰值应变保载时间为0.5 min和3 min。结合应变变程划分(SRP)模型和M-C模型,从半寿命对应的总应变划分出弹性应变和非弹性应变,将非弹性应变划分为拉向塑性与压向塑性应变、拉向蠕变与压向塑性应变、拉向蠕变与压向蠕变应变以及拉向塑性与压向蠕变应变,提出了各应变分量与失效循环次数的幂函数关系,并拟合各分量的关系参数。对试验结果和断口特征进行了比较分析,结果表明,在相同的应变幅下,随着保载时间的增加,FN3合金蠕变损伤量增加,疲劳失效次数降低。由于析出相的强化作用,合金抵抗裂纹扩展的能力增强,总失效时间增加。研究成果可为先进超超临界汽轮机机组高温部件的选材和使用提供参考。

自主研发焊材制备的新型Fe-Cr-Ni合金焊接接头的显微组织与晶界工程

研究由自主开发的成分匹配焊材制备的先进耐热合金焊接接头的显微组织、织构与屈服强度。采用扫描电镜、能谱仪和电子背散射技术进行表征。针对焊件开展不同参数的晶界工程,测试经历晶界工程前后焊件在973 K下的屈服强度,其实验结果与预测值相近。通过观察晶界工程处理后试样的重合位置点阵、晶粒取向差和再结晶现象,发现试样中位错密度和“特殊晶界”比例的增大是晶界工程处理后焊件屈服强度上升的主要原因。高温拉伸断后伸长率和冲击韧性随着不同晶界工程处理参数的变化趋势相近,这与碳化物的粗化行为有关。

先进超超临界机组用Inconel 740合金的组织稳定性研究

采用SEM、FEG-SEM、TEM和EDS等测试方法研究一种先进超超临界机组用新型高温合金Inconel 740在固溶处理、沉淀硬化处理和750℃时效3 000 h过程中的组织稳定性。结果表明,固溶处理状态下的Inconel 740组织晶粒度3～4级,一些颗粒尺寸大的一次(Nb、Ti)C和TiN弥散分布于γ基体上,γ′相形核于晶内;沉淀硬化处理主要在晶内共格析出γ′相,在晶界析出大量的M23C6和少量的G相;750℃长期时效条件下,γ′相发生Ostwald熟化,颗粒粗化,γ晶界逐渐被G相占据,并且时效300 h时在晶界附近开始析出针状的η相,随时效的持续,η相长大并趋向于呈现魏氏组织形态。Inconel 740的组织稳定性有待于进一步改善。

氦对Fe-Cr-Ni合金和Fe-Cr-Mn合金辐照损伤的影响

利用超高压电镜与高能离子加速器连接装置 ,研究了氦 (He)对Fe Cr Ni和Fe Cr Mn两类奥氏体型合金辐照损伤行为的影响。观察了辐照过程中二次点缺陷的演变、空洞的形成以及辐照诱导晶界处溶质元素浓度的变化。实验结果表明 :He能促进两类合金空洞核心的增加 ,但空洞尺寸和密度不同 ;He能有效抑制辐照诱起晶界元素偏析 ,但对不同原子尺寸的溶质原子抑制效果不同。

织构对先进锆合金蠕变性能各向异性的影响

研究了两种组织形貌相似的先进锆合金M5TM和N36锆合金核燃料包壳管材的单轴拉伸和内压蠕变性能。利用X射线衍射仪分析了它们的织构。试验发现两种先进锆合金包壳材料的蠕变性能表现出明显的各向异性。根据试验条件下的蠕变机理,结合弹性粘塑性自洽模型定性地分析了织构对锆合金管材蠕变各向异性的影响,解释了先进锆合金各向异性随应力指数变化的共性规律。揭示了织构与先进锆合金管材蠕变各向异性的定性关系。由于成分和织构因素的共同作用,在研究的试验条件下,N36合金的初始蠕变应变、稳态蠕变速率低于M5合金。织构是合金蠕变行为产生各向异性的主要原因,对于再结晶状态的先进锆合金包壳管,具有(0002)织构特征时,应力指数越高(即施加的应力水平越高),其蠕变的各向异性值越大。

Fe-Cr-Ni合金碱性应力腐蚀破裂

介绍了核电站蒸汽发生器传热管Fe Cr Ni合金、特别是 80 0合金的碱性应力腐蚀破裂 ,总结了材质成分、热处理、应力、冷加工、环境和电化学等因素对Fe Cr Ni合金的碱性应力腐蚀破裂的影响 ,并归纳了预测应力腐蚀破裂敏感电位的方法。

700℃先进超超临界电站用高温合金焊接研究进展

综述了现有的700℃先进超超临界电站用主要候选高温合金材料焊接技术的研究现状,总结了近期在焊接研究及工程中发现的新问题,并提出了需要进一步优化及改进的方向。从工艺焊接性和使用焊接性两方面分别介绍了CCA 617合金、Inconel 740及其改型740H合金、Haynes 282合金的焊接性能以及存在的问题,并为材料的进一步工程应用提供了一定的参考价值。

耐高温氧化Fe-Cr-Ni中熵合金氧化层的微结构与力学性能分布

目的开发有优异抗高温氧化性的低成本Fe-Cr-Ni中熵合金,研究其高温氧化层微结构与力学性能分布。方法通过连续氧化增重试验研究了Fe-Cr-Ni中熵合金在1150~1240℃空气中的氧化动力学,结合SEM、EDS、XRD、XPS等分析技术与微米划痕试验,对经1150℃氧化4 h后的氧化层形貌、成分、相分布与微米力学性能分布进行了分析。结果Fe-Cr-Ni中熵合金在空气中高温氧化增重遵循抛物线规律,氧化激活能为417.64 kJ/mol,抗氧化性优异;经1150℃氧化4 h后,Fe-Cr-Ni中熵合金氧化层形成双层结构,外层主要由致密的Mn(Fe/Cr)_(2)O_(4)尖晶石氧化物、Fe_(2)O_(3)和少量MnO_(2)组成,内层由致密且连续的Cr_(2)O_(3)组成,在基体与氧化层界面弥散分布着SiO_(2)内氧化物颗粒。氧化层的力学分布特征体现了其分层结构,外层与内层的结合力约为10 N,氧化内层与基体的结合性好,结合力约为24 N。随着划痕深度的增加,压头从氧化层表面划动至基体,塑性变形比例逐层降低,断裂韧性则随着划痕深度的增加逐层增大。结论开发的低成本Fe-Cr-Ni中熵合金具有优异的耐高温氧化性能,经高温氧化后在表面形成致密的氧化层有效阻碍了O^(2-)的向内扩散和合金元素的向外扩散,同时SiO_(2)内氧化物颗粒增加了氧化层与基体的结合力,这是Fe-Cr-Ni中熵合金具有优异抗氧化性的重要原因。

水蒸气温度对700℃先进超超临界锅炉候选合金GH2984氧化行为的影响

采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对比研究GH2984合金在750℃和850℃纯水蒸气中的氧化行为。结果表明:GH2984合金的氧化动力学遵循抛物线规律;温度升高,Cr挥发加速,外氧化和内氧化的速率急剧增加,氧化膜的组成结构发生明显的变化。750℃时,合金表面形成单层致密的(Cr,Mn)_2O_3膜;温度升至850℃,氧化膜中空洞的数量大幅增加,氧化膜转变为由薄的外层Fe_2TiO_5和厚的次外层(Cr,Mn)_2O_3及薄的内层(Nb,Mo)_2O_5组成的三层结构。Ti,Al优先于晶界处发生内氧化,分别形成TiO_2和Al_2O_3;两种内氧化产物的尺寸和数量均随温度升高而增加。

700℃先进超超临界机组末级过热器用新型镍铁基高温合金的组织与性能

研究了700℃先进超超临界(A-USC)机组末级过热器用新型镍铁基HT700T高温合金的组织和性能。结果表明:HT700T合金为析出强化型合金,在750℃的组织稳定性较好;合金在750℃时的屈服强度为598 MPa,且热暴露3000 h后其屈服强度仍约为400 MPa;合金在750℃/105h的持久强度为103 MPa;在750℃热暴露104h后,室温冲击功为50 J·cm-2,较热暴露前的略有下降;合金的750℃抗蒸汽氧化性能达到完全抗氧化级,在750℃/2×105h模拟烟灰/烟气条件下的金属腐蚀深度约为0.2 mm;HT700T合金的综合性能基本满足700℃A-USC机组末级过热器的服役性能要求,其工业试制锅炉管已在试验平台上正常运行超过15000 h。

Fe-Cr-Ni合金碱性SCC的电化学预测方法

应用动电位扫描研究了Fe_Cr_Ni合金 (80 0M)C形环在含硫代硫酸钠杂质的热浓碱溶液中的应力腐蚀破裂 (SCC)行为 .测量了 80 0M合金试片与C形环试样恒电位极化时的稳态溶解电流ist,据此绘制了简化模拟“稳态”恒电位极化曲线 ,并将该极化曲线的ist与低电位下的稳态钝化电流ip之比 (RPD=ist/ip)定义为极化溶解敏感指数 .发现 80 0M合金C形环发生碱性SCC的电位区 (E =- 30～ 4 0mV)处于慢扫阳极极化曲线的钝化区 ,并对应于快扫极化曲线的钝化_过钝化溶解转变区 ;在该敏感电位区 ,试片与C环形试样的ist位于简化的模拟稳态恒电位极化曲线的过钝化区 ,试片与C形环试样两者的极化溶解敏感指数值很接近 (分别为 2 .5 5～ 7.0 3和 2 .5 2～ 6 .0 0 ) .综合稳态溶解电流密度 ,极化溶解敏感指数等有关信息 。

一种先进超超临界火电机组用Ni-Fe-Cr基高温合金的热变形行为

通过不同变形参数下的等温压缩实验,研究了一种Ni-Fe-Cr基高温合金的热变形行为及动态再结晶机理。结果表明,合金的流变应力随着变形温度的降低或应变速率的升高而增大,而动态再结晶比例随着变形温度的降低或应变速率的升高而降低,但受温升效应影响,应变速率高于1 s-1时,动态再结晶比例随着应变速率的升高而升高。合金合理的热变形温度为1100~1200℃,应变速率为0.01~0.3 s-1。热变形参数对合金的动态再结晶机理产生影响,高温低应变速率变形时,合金的主要再结晶机理为以晶界弓弯为主要特点的非连续动态再结晶,而低温高应变速率变形时,以晶内亚晶发展为主要特点的连续动态再结晶也发挥重要的作用。

700℃先进超超临界机组过/再热器材料C-HRA-1合金组织稳定性研究

研制了可工业化规模生产的700℃先进超超临界机组过/再热器用C-HRA-1镍基合金管材。采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段,结合热力学计算,研究了C-HRA-1合金在750℃和800℃长期时效处理过程中的组织稳定性。结果表明:C-HRA-1合金管材经固溶处理后冷轧态发生完全再结晶,没有明显析出相;经800℃/12h/AC时效硬化处理后,基体上弥散分布着细小球状的γ′相,且基体中析出少量粒状MC,晶界和孪晶界析出断链状M23C6,M23C6在800℃长期时效处理中逐渐向基体溶解;750℃和800℃长期时效处理过程中,γ′相逐渐粗化并由球形趋向立方状,与时效时间相比,时效温度对γ′相粗化的影响更为显著;750℃和800℃长期时效处理过程中没有发现有害相析出,说明C-HRA-1合金管材在750℃和800℃下具有良好的组织稳定性。

硬质合金先进技术在大规格顶锤制造中的应用

目前,大规格六面顶锤已经主导了中国超硬材料合成腔体市场,由于硬质合金先进技术的应用,硬质合金顶锤的使用寿命已达到相当高的水平,但异常顶锤的问题仍然困扰着金刚石生产厂家。文章总结了应用在大规格顶锤产品上的硬质合金先进技术,特别是分析了高性能细晶、亚微细晶硬质合金大顶缍的保障技术,认为系统地应用硬质合金先进技术是行业的发展趋势。

先进航空钛合金中温钎焊技术的研究进展

从中温钎焊用钎料和中温钎焊技术两方面介绍了钎焊温度在800℃以下钛合金钎焊技术的研究进展,总结了微量元素对银基、铝基、钛-锆基中温钎料熔点及润湿性的影响,以及中温钎焊工艺对钛合金钎焊接头性能的影响;并指出了先进航空钛合金中温钎焊技术的发展方向。

C-HRA-2合金在700 ℃先进超超临界(A-USC)锅炉煤灰/烟气环境中的高温腐蚀行为

采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,分析了C-HRA-2合金在700℃的模拟先进超超临界(A-USC)锅炉煤灰/烟气环境中腐蚀48 h和120 h后表面氧化膜的微观形貌、物相组成和元素分布,并分析了C-HRA-2合金的高温腐蚀行为。结果表明:C-HRA-2合金表面氧化膜主要由外层氧化层、中间混合层和内层硫化物组成;最外层氧化层主要为低熔点的共晶硫酸盐,其下方存在尺寸不一的堎块状NiO层;中间层主要由铬的氧化物、硫酸盐和Mo_(2)S_(3)组成;内层硫化物主要为不连续分布的Mo_(2)S_(3),深入合金基体内部;煤灰与C-HRA-2合金中的钼元素反应,在合金表面生成钼酸盐,随着腐蚀时间的延长,镍不断被氧化,NiO层增厚,硫元素不断向内扩散,Mo_(2)S_(3)硫化物层厚度增加,腐蚀不断加剧。

Ce变质处理提高Fe-Cr-Ni中熵合金抗点蚀性的研究

目的 研究Ce变质处理提高Fe-Cr-Ni中熵合金在3.5%NaCl溶液中抗点蚀性的机理。方法通过动电位极化实验,分析Ca变质处理与Ce变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金的抗点蚀性。利用SEM和EDS等手段观察了经不同变质处理后合金中夹杂物的形貌和元素组成,并结合阻抗谱分析与XPS技术研究了Ce对钝化膜保护力的影响。结果经不同变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金中的夹杂物形态不同,Ca变质处理合金中夹杂物为CaO-Al_(2)O_(3)和CaS-Al_(2)O_(3)复合夹杂物。在腐蚀过程中,CaS优先溶解导致点蚀萌生。Ce变质处理合金中夹杂物是具有核壳结构的(Ce,Si)_(x)O_(y)-(Al,Mn)_(x)O_(y)稀土复合夹杂物,降低了点蚀敏感度,提高了抗点蚀性。在3.5%NaCl溶液中,Ca变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金的腐蚀电流密度为3.108×10^(‒6)μA/cm^(2),Ce变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金的腐蚀电流密度为4.883×10^(‒7)μA/cm^(2),其腐蚀电流密度降低了85%。Ca变质处理与Ce变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金的容抗弧均呈不完整的半圆状,钝化膜与基体间的电荷转移电阻分别为1.872×10^(5)Ω•cm^(2)和4.312×10^(5)Ω•cm^(2),Ce变质处理合金钝化膜中电荷转移电阻提高了1.3倍。稀土铈提高了钝化膜的Cr+Ni/Fe+Mn阳离子比,Ca变质处理与Ce变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金钝化膜的Cr+Ni/Fe+Mn阳离子分别为1.66和1.2。XPS分析结果同样表明,Ce变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金钝化膜具有更好的保护性。结论和Ca变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金相比,Ce变质处理合金具有更优异的抗点蚀性,这主要归因于稀土元素Ce的影响,一方面Ce使合金中的夹杂物改性,降低了点蚀敏感度;另一方面Ce增加了钝化膜的保护能力,提高了点蚀抗力。