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。

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。

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%。

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。

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。

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。

汽车电池超高强度钢冷冲压模具研究

介绍了超高强度钢生产中出现的问题并进行原因分析,通过优化超高强度钢制件设计,同时对模具设计制造及冲压生产的研究和实践,分析总结了此类模具的设计制造要点,为此类制件的模具设计和生产积累了宝贵的经验。

高强度结构用钢在海洋工程结构中的应用研究

海洋工程领域是国家工程建设的重点领域,同时也是高投入高风险行业。高强度结构用钢在海洋工程结构中应用,有利于提升海洋工程结构强度,同时也有利于提高海洋工程的结构稳定性,对于安全有效开发海洋资源有着重要意义。本文研究高强度结构用钢在海洋工程结构中的应用,采用高强度结构用钢材料,实现结构优化,提升海洋工程的整体质量。

淬火态30CrNi2MoVA高强度钢高速铣削参数优化研究

运用三因素三水平的正交试验方案对淬火态30CrNi2MoVA高强度钢进行高速精密铣削实验,获得了铣削参数对于铣削力的影响规律以及高速切削机理;根据各铣削力实验结果建立指数型回归模型,并对其进行显著性分析;对铣削合力线性模型进行方差分析得到铣削参数对于铣削合力变化的显著性分析结果,显著性大小依次为轴向切削深度、每齿进给量、切削速度;应用田口法与极差分析法相结合,以铣削合力进行单目标的参数优化,获得了大致相同的最优铣削参数组合;通过计算证明了田口预测方法预测值与实验值的一致性。

基于改进的MOGWO高强度钢辊弯成形工艺的多目标优化

为了探究成形参数对高强度钢辊弯件成形质量的影响,并对工艺参数进行优化,提出了一种辊弯成形工艺优化方法。首先,应用LS-DYNA有限元软件模拟LG700高强度钢U型辊弯件的成形过程。然后,通过Box-Behnken响应面设计对高强度钢U型辊弯件进行仿真试验,分析辊弯道次、过弯角、辊站间距和辊缝间距等成形工艺参数以及厚度、法兰高度、圆角半径等几何参数对辊弯件偏差角和纵弓高度的影响,并通过拟合得到偏差角和纵弓高度二者的二阶响应模型。最后,采用改进的多目标灰狼优化(MOGWO)算法对特定尺寸辊弯件进行工艺优化,并通过实例进行验证。结果表明,将优化后的工艺参数用于高强度钢辊弯成形过程中导致其偏差角由0.78°降至0.24°,纵弓高度由1.58 mm降至1.20 mm,成形质量得到提高,满足相关产品的装配精度要求。

薄规格高强度工程机械用钢板在线淬火工艺开发

通过对薄规格高强度工程机械用钢研发过程中的技术难题进行了分析,并有针对性采取了措施,使得20~29 mm厚度钢板在线淬火工艺得以成功应用。通过对轧制道次的优化提高了轧制板形、通过冷却单元上下水比、边部遮挡优化保证了冷却的均有性,通过钢板头部跟踪位置优化解决了头部过冷问题,为水冷后板形的改善创造了条件。通过头尾遮挡参数及热处理回火工艺优化,保证了钢板性能的均匀性,实现了薄规格钢板的短流程生产,取得了较好的经济效益和社会效益。

浅析高强度钢厚板在船舶建造过程中的质量控制

近年来,高强度钢板材和型材大范围使用在船舶建造领域,新建船舶普遍使用高强度钢材料重量占空船重量的80%以上。高强度钢板材和型材因其强度高、综合机械性能好,在船上重要部位的使用可减少空船重量,降低造船成本,同时还能增加船舶的载重量,广受造船厂和船东的好评。但是,高强度比普通钢易脆裂,结构节点更易产生疲劳,因此,要求在船舶建造检验过程中质量控制要比普通钢严格。

含双腐蚀缺陷高钢级油气管道剩余强度研究

为了加强含双腐蚀缺陷高钢级管道的安全评价,基于塑性失效准则,利用Workbench有限元分析软件对缺陷处的等效应力和剩余强度进行了模拟,考察了缺陷长度、缺陷深度和缺陷间距等参数对剩余强度的影响,利用99%相互作用准则确定极限作用距离,形成双腐蚀缺陷剩余强度评价方法,并进行数据验证。结果表明,随着内压的增加,管道先后经历弹性阶段、屈服阶段和强化阶段;在缺陷深度较深时,轴向间距对缺陷轴向分布时的最大等效应力影响较大,不同环向间距下的最大等效应力几乎不发生变化。当相邻腐蚀轴向间距系数n小于2.5、相邻腐蚀环向间距系数c小于1.26时,需考虑缺陷间的相互作用和影响;修正后公式可用于计算含双点腐蚀缺陷的高等级钢剩余强度,结果较DNV-RP-F101规范更接近有限元分析结果,最大相对误差不超过1.74%。研究结果可为提高管道完整性管理水平提供理论依据和实际参考。

先进高强度双相钢弯扭复合回弹补偿控制研究

针对先进高强度双相钢弯扭复合回弹的预测与补偿问题,在弯扭复合回弹试验的基础上建立了有限元模型并进行了仿真模拟。首先,利用DP600材料在弯扭复合回弹试验中回弹量较大的特点,进行了单向拉伸试验和加载-卸载-反向加载的拉压试验以测定DP600的力学特性。其次,分别采用Ls-dyna提供的4种弹塑性材料模型建立了单向拉伸和拉压试验有限元模型,通过Ls-opt迭代求解筛选出合适的材料模型及参数,结果表明,采用MAT125材料模型预测的数值更接近弯扭复合回弹试验数据。最后,通过反向截面补偿法推导出底部支撑距离移动公式,通过反向位移补偿法和偏置曲面得到模具面,对弯扭复合回弹结果分别进行补偿。发现利用反向位移补偿法,并通过偏置曲面的方式,能够对在上压杆偏转角度增加时诱发的弯扭复合回弹进行有效补偿控制。

海上超厚板高强度钢焊接结构开裂原因分析

针对海上超厚板高强度钢焊接结构开裂的现象,通过综合原因排查分析、开裂位置全面探伤检测、断裂部位取样及实验室检测分析等手段,进行了结构开裂原因分析。根据结构的具体工况科学采用了ACFM和PAUT先进无损探伤技术,精准确定了裂纹相关信息;通过断裂结构的断口分析、化学成分分析、金相检测及硬度检测,确定了结构断裂的失效模式为焊接构件焊缝焊趾处发生了延迟冷裂纹。海上超厚板高强度钢开裂原因分析为后续产品返修及类似产品的高质量生产制造提供了宝贵技术经验。

大质量钨合金动能块高速侵彻超高强度钢靶作用特性

为研究超高强度钢靶抗大质量钨合金动能块的侵彻性能及破坏特性,基于弹道炮开展了215 g圆柱形钨合金动能块高速侵彻半无限超高强度G50钢靶和低强度45钢靶试验,获得了不同速度侵彻下两种钢靶的侵彻深度和成坑体积。试验表明,不同于低强度钢靶的近似圆柱体成坑特性,钨合金动能块侵彻超高强度钢靶时,在靶板内形成了类锥形弹坑,成坑侧面和坑底均有拉伸崩落裂纹;分析了超高强度钢靶的侵彻破坏特性,指出侵彻过程中钨合金动能块局部破碎引起靶板内的卸载拉伸剥落和动能块的侵彻锐化行为联合导致了类锥体弹坑的形成。通过数值模拟验证了超高强度钢靶的高速侵彻破坏机制。

Q690D高强度钢的动态连续冷却转变曲线

在热模拟试验机上对Q690D高强度钢进行不同冷却速率的热模拟试验,绘制动态连续冷却转变曲线,用光学显微镜观察该钢的显微组织,用维氏硬度计测试其维氏硬度。结果表明:当冷却速率小于0.1℃/s时,Q690D高强度钢的组织基本为珠光体、铁素体和少量贝氏体;当冷却速率为0.5℃/s时,珠光体消失,组织全部为贝氏体;当冷却速率为3℃/s时,组织中出现马氏体;当冷却速率增大至8℃/s时,贝氏体几乎全部消失,基体组织基本为马氏体;当冷却速率大于10℃/s时,组织全部为马氏体,得到马氏体临界转变冷却速率为10℃/s。

超高强度钢高温流变行为及热冲压工艺

为提升某汽车纵梁的力学性能,研究了超高强度钢板的最佳热冲压工艺窗口。首先,通过高温拉伸实验获得了材料的高温流变曲线,并构建了材料的Hansel-Spittel流变本构模型。基于热加工理论,建立了材料的热加工能量耗散图,得到了材料的稳态热加工温度为900℃、应变速率为0.01 s^(-1)。其次,通过淬火实验获得了超高强度钢的强度、硬度、伸长率与加热温度、保温时间之间的关系数据,并建立了力学性能分布数据图。力学性能分布图可以分为3个区域,分别为未奥氏体化区域、不完全奥氏体化区域和完全奥氏体化区域,并通过微观组织分析验证了分区的合理性和有效性。根据能量耗散图和力学性能分布图确定了超高强度钢具有最大能量耗散率,能完全奥氏体化的最佳热冲压工艺窗口为:加热温度900℃、保温时间8 min、应变速率0.01 s^(-1)。最后,使用最佳热冲压参数对某汽车纵梁热冲压工艺进行了数值仿真和生产试制,并获得了具有超高强度的热冲压汽车加强件产品;通过对试制零件进行取样拉伸和微观组织分析,验证了最佳加热温度、保温时间和变形速率的合理性。

高强度大梁钢冲压开裂原因分析

国内某汽车配件制造厂在生产重型卡车横梁时出现冲压开裂问题。通过对大梁钢的化学成分、力学性能、金相组织、断口形貌和夹杂物进行综合分析,结果表明:钢中存在数量较多的大尺寸TiN夹杂物割裂了钢的铁素体基体,破坏了基体组织的连续性和变形的一致性,容易形成裂纹源,而氧化铝夹杂物会促进裂纹扩展,最终导致钢板冲压开裂。

Q690qD高强度桥梁钢焊接性研究

澳氹四桥结构设计较为复杂,其2片主桁在横断面内设置了8°的内倾角,且主桁在纵向为变高度桁架,中墩左右各44 m范围采用整体式箱型结构,其余位置在主桁上弦节点位置设置横向联结,这就造成主桁上弦节点受力较复杂。澳氹四桥边跨受压区域的部分上弦杆采用我国自主研发的新型Q690qD钢材,随着强度等级的提升,钢材会出现韧性降低、屈强比提高、板厚效应大、热稳定性差、焊接性差等问题。文中针对Q690qD高强度桥梁钢的母材性能及焊接性,通过开展对化学成分、力学性能和热矫工艺试验等母材性能研究,以及熔敷金属选材试验、热影响区最高硬度试验、斜Y形坡口焊接裂纹试验、焊接热输入试验、系列温度冲击试验等研究,选择与Q690qD钢相匹配的焊接材料和焊接工艺要求。