超深井用160钢级超高强度高韧性套管的研制及组织表征

根据超深井开发要求对超高强度高韧性套管的合金化技术和制造工艺进行研究,开发出具有优异韧性和抗延迟断裂性能的BG160V超高强度高韧性套管,并分析了该BG160V套管在不同服役温度下的强韧性以及微观组织。工业性试制的性能检测结果表明:该套管的屈服强度达到1100 MPa以上,0℃横向夏比冲击功超过名义屈服强度的10%,满足超深井油气资源开发对套管性能的要求;管体晶粒度达到11级,平均有效晶粒尺寸2.45μm,细小的晶粒是材料具有良好韧性和抗延迟断裂性能的主要保证。

永川北区页岩气超高强度加砂压裂工艺技术探索

永川北区页岩气田位于重庆市,开发层系为志留系五峰组-龙马溪组,埋深4100 m左右,目前处于开发评价阶段。储层具有高应力、高破裂压力、高闭合压力、天然裂缝发育程度低等特征,面临难以形成复杂人工裂缝网络、加砂难度大、高导流能力难保持等问题。本文通过支撑剂输送机理研究,明确了支撑剂粒径、液体黏度和施工排量是影响加砂难度的重要因素,提出了相应的强加砂工艺措施。应用于水平井YY2-2井,单段加砂强度最高7.70 t/m,平均5.82 t/m,综合砂比提升至10.2%。压后评估表明,超高强度加砂压裂工艺技术大幅提高了改造体积和人工裂缝复杂程度,初期试采效果远超前期实施井。为永川北区产能建设提供了支撑,同时为类似深层页岩气的有效开发提供了技术借鉴。

3 GPa超高强度马氏体时效钢组织性能

航空航天系统的小型化、轻量化发展趋势对动力轴材料的强塑性提出了更高的要求。为了开发3 GPa级的马氏体时效钢,设计一种高Co、Ni、Mo的马氏体时效钢,其成分为14Ni-15Co-9Mo-0.86Ti-0.35Al-Fe。通过锻比大于10的高温大塑性变形尽可能细化晶粒,并结合预拉伸变形及深冷+时效的热处理工艺调控,实验钢抗拉强度达到3.076 GPa,断后伸长率5.5%,表现出了优异的强塑性。通过对其显微组织进行分析表征,发现其基体组织为高位错密度的板条马氏体结构,平均晶粒尺寸为0.47μm。透射电镜及3DAP结果表明,基体中分布着大量的Ni3(Mo,Ti),析出相平均直径为6~7 nm。析出强化、细晶强化及位错强化是其主要的强化机制,保证了合金超过3 GPa的超高强度,同时极细的亚微米级晶粒保证了材料良好的塑性。

新型热处理方法制备超高强度Inconel 718合金

为改善Inconel718合金的组织并优化性能,提出一种980℃,1 min高温超短退火和随后的双时效相结合的新型热处理方法。结果表明,超短退火处理产生了部分再结晶组织,KAM图表明即使在变形晶粒中也形成了再结晶晶核。因此,高温超短退火克服了再结晶势垒,使得后续的再结晶过程可以在较低温度的时效处理过程中完成,从而获得了均匀细化的组织(~3.59μm)。980-1min-aged样品具有优异的拉伸性能,室温极限强度和总伸长率分别为1600 MPa和19%。650℃热拉伸条件下的极限强度和伸长率分别约为1350 MPa和26%。因此,高温超短退火能有效提高Inconel718合金的性能。

超高强度不锈钢10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE微观组织对局部腐蚀行为的影响

采用未时效、200、400℃以及500℃时效状态下10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE(S280)马氏体超高强度不锈钢为研究对象,通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、背散射电子衍射(EBSD)等测试方法,结合电化学测试手段与X射线光电子能谱仪(XPS)测试,分析S280的微观组织结构特征演变与钝化膜结构成分与耐蚀性能,研究钝化膜稳定性特征与材料微观组织结构的关系。结果表明:500℃时效温度下的S280钢有细小弥散的富含Cr,Mo元素的析出相,分布在马氏体板条中。随着时效温度升高,无明显的残余奥氏体及逆转变奥氏体析出。在成膜电位(0.1~0.85 V)下,S280钝化膜在pH=8.5的硼酸盐缓冲液中呈p型半导体性质,表现为双层膜结构,外部由疏松多孔的Fe/Cr氢氧化物组成,内层由致密的Cr/Fe氧化物构成,其成分主要是Cr_(2)O_(3)。通过电化学阻抗测试结合Mott-Schottky分析,探明S280在200℃时效下耐蚀性最好,其耐蚀性能由晶界取向特性与沉淀相导致的元素偏析共同影响。

Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响

为探讨超高强度不锈钢的应力腐蚀开裂行为,采用Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢为研究对象,利用OM、XRD、TEM等测试手段,结合腐蚀疲劳试验,研究了Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响。结果表明,试验钢在3.5%NaCl溶液中具有一定的应力腐蚀敏感性,其应力腐蚀开裂机理为氢致开裂和阳极溶解的混合机制。Nb微合金化提高了钢的腐蚀疲劳性能,钢中添加0.11%的Nb后,钢的腐蚀疲劳强度由440 MPa提高至495 MPa,其主要原因是,Nb微合金化可以细化钢的晶粒尺寸,促进钢中不可逆氢陷阱NbC的析出,增加了钢中原奥氏体晶界总量、小角晶界所占比例、Σ3晶界数量、奥氏体体积分数等。

激光热处理对超高强度钢扩孔性能的影响

针对DP1180和MS1500两种超高强度钢,采用不同激光工艺参数对拉伸试样进行了激光热处理,通过基于数字图像相关(DIC)技术的单向拉伸实验和显微硬度测试获得激光热处理试样的力学性能并确定了最优激光热处理工艺参数。基于该参数对扩孔试样进行了激光热处理和扩孔实验,研究了激光热处理对两种超高强度钢扩孔性能的影响。结果表明,激光热处理后两种超高强度钢的扩孔性能均显著提升。DP1180在激光功率700 W、扫描速度5 mm·s^(-1)热处理后的扩孔率较基材增加约25.4%。MS1500在激光功率625 W、扫描速度5 mm·s^(-1)热处理后的扩孔率较基材增加约34.4%。

超高强度钢超声振动光整加工性能试验研究

超声振动光整加工可有效提高工件强度、耐疲劳性以及耐腐蚀性,进而延长被加工零件使用寿命。针对飞机典型难加工材料30CrMnSiNi2A超高强度钢试样实施超声振动光整加工,通过对试样开展表面残余应力、显微硬度、拉伸试验、疲劳试验等试验分析,验证了经超声振动光整加工后试件的表层残余应力状态有较明显的改善、组织更细密、疲劳性能提升,进而为满足新一代飞机对机体结构提出的长寿命的设计指标提供了新的制备工艺方案。

扩孔参数对AF1410超高强度钢切屑微观形貌的影响

通过对AF1410钢扩孔加工试验探究主轴转速和进给速度对切屑微观形貌的影响,为改善切屑形貌提升AF1410超高强度钢的扩孔质量提供依据。对有典型形貌特征切屑的自由表面、后表面和上表面进行观测,结果表明,切屑自由表面均为锯齿状片层结构且锯齿片层的宽度随主轴转速和进给速度的增加而增加。切屑后表面整体较光滑,随着主轴转速的增加,后表面光滑程度增加,利于提升已加工表面质量,且在主轴转速为800r/min时,顶部出现撕裂锯齿状毛边,同时进给速度对后表面影响较小。切屑上表面均呈周期锯齿状,切屑厚度随主轴转速增加而减小,锯齿高度随着主轴转速和进给速度的增加而增加。

超高强度钢丝多道次冷拉拔模拟及工艺优化

冷拉拔过程中钢丝塑性变形不均匀,拉拔后钢丝内部会产生明显的残余应力,这会极大影响钢丝的力学性能。本文利用Abaqus建立了超高强度钢丝多道次冷拉拔有限元模型,研究了模具半锥角、拉拔道次、定径带长度、摩擦系数对冷拉拔后钢丝残余应力的影响,并分析了各个工艺参数对钢丝残余应力及塑性变形均匀性的影响程度,在此基础上优化了拉拔工艺参数。

飞机起落架用300M超高强度钢的表面脱碳行为研究

300M超高强度钢具有优异的综合性能,被广泛应用于飞机起落架系统中各种重要承力锻件的制造。在热加工生产流程中,长时间高温加热和热处理,材料不可避免会发生脱碳现象,脱碳会显著恶化钢质锻件表面的微观组织和力学性能,是飞机起落架零件上不允许出现的一种材料缺陷。通过箱式电阻炉等温加热实验,利用金相法,研究了保温时间、加热温度和热处理工艺等工艺参数对300M超高强度钢脱碳行为的影响。结果表明:当加热温度为1160℃时,在0.5~2 h保温时间范围内,300M超高强度钢的脱碳层深度随着保温时间的延长而增大,但是脱碳层深度增长趋势随着保温时间的增加而变缓;当保温时间为2 h时,在800~1200℃加热温度范围内,脱碳层深度随着加热温度升高先增大后减小,当1100℃时脱碳层深度最大;不同热处理工艺下,不做热处理时300M超高强度钢的表面脱碳深度最小,而加热温度最高的正回火+淬回火热处理工艺的脱碳层深度最大。

激光辅助铣削AerMet100超高强度钢薄壁件变形与表面粗糙度研究

采用激光参数优化实验对AerMet100超高强度钢的激光辅助铣削进行激光参数优化,并进行激光辅助铣削AerMet100超高强度钢的温度单因素实验和正交试验,分析了适合AerMet100超高强度钢加工温度场及各铣削参数对薄壁工件变形、表面粗糙度的影响,采用极差分析的方法得到影响工件变形和表面粗糙度的铣削参量排序。从工件变形量和表面粗糙度两个方向进行参数优化,为激光辅助铣削Aermet100超高强度钢提供了指导。

超高强度混凝土材料的质量控制技术

超高强度混凝土是一种具有极高抗压强度和耐久性的先进建筑材料,它的广泛应用可以提高建筑物的结构安全性和抗震性能。由于其特殊的性质和复杂的制备过程,质量控制成为保证超高强度混凝土材料性能和可靠性的关键环节。基于此,本文对超高强度混凝土材料的质量控制技术进行了研究和探讨,以供业内相关人士借鉴及参考。

30Cr3超高强度钢淬火态激光焊接接头组织及性能分析

为了分析淬火态30Cr3超高强度钢激光焊接接头的微观组织特点、力学性能及断口特征,采用碟式激光发生器和KUKA机器人进行激光自熔焊接,工艺参数为:激光功率4 200 W、焊接速度1.45 m/min、离焦量+5 mm、保护气流量25 L/min。利用光学显微镜、金相显微镜、显微硬度计和拉伸机等对焊接接头进行分析检测。结果表明,在优化的激光焊接工艺下,焊缝成形良好,无裂纹、咬边等缺陷;焊缝区组织为树枝晶状,热影响区组织为粗大的马氏体,部分相变区为回火屈氏体+回火马氏体;显微硬度测试显示焊缝熔池处硬度最高,平均值为589 HV,部分相变区硬度最低,平均值为482 HV;焊接接头的平均抗拉强度为1 727 MPa,达到母材的96.7%,平均延伸率为5.6%;断裂位置集中在热影响区,断裂方式为韧性断裂。试验证明,30Cr3超高强度钢在淬火状态下通过激光焊接可以获得接近母材性能的焊接接头,尽管存在部分相变区的软化现象,但焊接接头的整体力学性能良好,为固体火箭发动机壳体等承压件的制造提供了一种可行的焊接工艺方法。

双时效工艺对复合析出强化型超高强度钢的组织与性能的影响

为了使新开发的Fe-C-Cr-Ni-Mo-Co-Al复合析出强化型超高强度钢实现较好的强韧性匹配,本研究深入探讨了双时效工艺对实验钢组织演化和力学性能的作用机制,确定最优的时效工艺参数,以达到优异的强度与韧性。研究结果表明,正常时效工艺,实验钢具有较高的抗拉强度(1924 MPa),但是屈服强度和韧性较差。双时效工艺(570℃×0.5 h+480℃×20 h)可以使钢的强度和韧性达到良好的匹配,经优化的双时效工艺后,抗拉强度仅下降42 MPa的情况下,屈服强度提高了224 MPa,冲击功提高了77%,其中,冲击功的误差为±0.5 J。组织表征与理论计算结果表明,析出强化相及逆转变奥氏体的含量对实验钢的强韧性起决定性作用,高温预时效有利于钢中奥氏体和二次硬化析出相的形核长大,逆转变奥氏体的形成有助于提升实验钢的冲击功,但奥氏体含量过高会显著降低钢的强度。当在610℃持续时效处理,沉淀相粗化和马氏体组织回复会导致强度和韧性降低。

超高强度钢螺栓断裂失效分析

马氏体型超高强度钢30Si2MnCrMoVE钢制连接螺栓在装配预紧力作用下,发生延迟断裂。对断裂螺栓进行化学成分分析、金相硬度检验和断口分析,发现螺栓组织正常,力学性能合格,断口呈沿晶形貌,晶面存在鸡爪痕和空洞,呈现典型的氢致开裂断口形貌特征,裂纹起源于螺纹根部。得出螺栓的断裂原因为在静载荷的持续拉应力下,发生的氢至延迟断裂。通过对氢脆产生的原因进行分析,针对高强度螺栓氢脆敏感性和缺口敏感性较高的特点,提出了解决措施。

超高强度钢组织性能调控研究进展

基于超高强度钢在航空航天领域的应用,本文综述了国内外低合金超高强度钢、中合金超高强度钢和高合金超高强度钢的发展现状,总结了不同种类的超高强度钢发展趋势及组织性能调控思路。

超高强度钢板精准折弯成型工艺技术研究

为解决特种车辆车体制造时超高强度钢板折弯成型存在的回弹、开裂、尺寸精度差以及成型不一致等问题,通过拉伸-压缩试验、缺口拉伸断裂试验等材料性能试验获取了材料力学性能数据,标定了材料本构模型参数,构建了超高强度钢板材料参数数据库和折弯成型数值模拟仿真平台,结合有限元模拟平台实现了不同凸模压下量对超高强钢V型自由折弯成形、回弹过程以及断裂的仿真预测,通过现场实物生产对比仿真验证的模拟结果可知,数值模拟与实物的吻合度达到90%以上,验证了有限元模拟结果的有效性和准确性,为企业提高生产效率提供了依据。

超高强度橡胶混凝土的力学特性及能量演化

通过降低水胶比,采用钢纤维和硅灰协同调控强度的方法,制备超高强度橡胶混凝土(UHSRC),并利用电液伺服万能试验机对其开展静态压缩试验.结果表明:UHSRC的抗压强度最大可达125.7 MPa,甚至当橡胶取代率高达30%时,抗压强度仍不低于60.0 MPa;UHSRC的抗压强度和应力增长率表现出橡胶取代率弱化效应,然而其破坏程度和韧性指数表现出橡胶取代率增强效应和粒径弱化效应;UHSRC的输入能、弹性能,以及耗散能增长率和最大值均具有橡胶取代率弱化效应;随着橡胶取代率的增加,UHSRC的弹性能比率增大,耗散能比率减小;随着橡胶粒径的增大,UHSRC的弹性能比率先减小后增大,耗散能比率先增大后减小.

基于仿真的M54超高强度钢真空自耗重熔工艺优化

采用Meltflow-VAR软件,选取稳态熔速为3.6、3.9、4.2、4.5、4.8、5.1 kg/min六种工艺曲线,对M54超高强度钢Φ660 mm大锭型真空自耗重熔工艺进行仿真。计算结果表明,随熔速增加,熔池深度和体积增加,熔速4.8 kg/min及以上熔池与结晶器完全接触,冷却效果得到改善。一次枝晶间距随熔速增大单调上升,局部凝固时间和二次枝晶间距在3.6~4.8 kg/min范围随熔速增加下降、在4.8~5.1 kg/min无明显变化。选取4.2 kg/min熔速开展工业化试制验证,熔池形状与计算结果吻合良好。钢锭宏观偏析程度较低,但微观偏析(枝晶偏析)的程度可达30%以上。微观偏析在有二次枝晶结构存在的位置与二次枝晶间距正相关,在无二次枝晶结构的位置与一次枝晶间距正相关。综合考虑熔速对熔池形状、枝晶间距、元素偏析的影响,建议稳态熔速优化为4.8 kg/min。