3%NiCrMoV钢低压转子的制造

介绍了3%NiCrMoV钢低压转子的特点,通过化学成分设计,制定了合理的熔炼、锻造和热处理工艺,完成了3%NiCrMoV钢低压转子的制造,并进行了理化检测评价,锻件性能完全满足技术要求。

表面喷丸及退火处理对Fe-30Mn-3Al-3Si TWIP钢组织与性能的影响

为实现强韧化,对Fe-30Mn-3Al-3Si TWIP钢进行了表面喷丸及退火热处理。采用金相显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等手段分析了喷丸以及喷丸结合退火处理对TWIP钢显微组织结构的影响,并利用显微维氏硬度计和万能材料试验机对原始样品、喷丸以及喷丸结合退火处理样品的硬度分布、力学性能及加工硬化行为进行了研究。分析结果表明,喷丸可在TWIP钢表面引起强烈的塑性变形,并形成包含60~100 nm大小的位错胞块的强烈形变层和包含微纳尺度形变孪晶结构的过渡层。该纳米-微米尺度的晶粒尺寸梯度结构可以将TWIP钢表面强烈形变层的硬度显著提升至366 HV0.1,并在残余压应力联合作用下使试样的屈服强度提升至485 MPa,均远高于初始样品的对应值。但受喷丸引起的表面粗糙和强烈形变层纳米晶塑性低的影响,其断后延伸率仅为41.8%。退火处理后,喷丸样品中的形变组织发生回复与再结晶,其中强烈形变层位置的再结晶晶粒尺寸为1~3μm,硬度也降低至215 HV0.1。所形成的微米-微米尺度晶粒尺寸梯度结构试样的屈服强度降低至261 MPa,但延伸率增加至65.3%。晶粒尺寸梯度结构有助于增加TWIP钢屈服与抗拉强度,但不利于延伸率的提升。

“BIM+3D”打印技术在钢结构教学中的应用研究

当前的钢结构教学以板书等平面形式的教学为主,教学效果不够理想。近年来BIM技术和3D打印技术得到了快速的发展,运用BIM技术可高效建立三维钢结构虚拟模型,3D打印技术则可迅速将虚拟模型打印成实体。以现阶段钢结构教学的欠缺为出发点,将“BIM+3D”打印技术应用到钢结构教学中可形成一种新的钢结构课程教学模式。以培养高素质的综合应用型专业人才、提高学生的综合学习能力为目标,利用多媒介教学手段优化钢结构教学内容,此教学模式已经在海南大学钢结构课程中进行了应用和示范,取得了良好的教学效果。

铝脱氧钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与Al_(2)O_(3)-C质水口耐材的粘附机理研究

铝脱氧钢连铸过程中的水口堵塞一直是困扰生产的难题,弄清水口堵塞的形成机理对解决该问题非常重要。研究首先在实验室制备了含有单一、量多的Al_(2)O_(3)夹杂物的钢液,然后与Al_(2)O_(3)-C质耐材棒反应不同时间,研究了钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与耐材棒的粘附行为,在此基础上探讨了铝脱氧钢连铸过程水口堵塞的形成机理。研究发现,耐材棒与钢液反应一段时间后,在耐材棒表面由内向外逐渐形成两层Al_(2)O_(3),第1层致密平滑,厚度较薄;第2层松散粗糙,厚度较厚。水口堵塞的形成机理为,耐材插入钢液一段时间内,因温度升高,耐材表面区域的SiO_(2)、Al_(2)O_(3)与C反应生成的SiO、Al_(2)O气体向钢液扩散,在耐材表面分别与钢液中的[Al]、耐材中的SiO_(2)反应生成Al_(2)O_(3);耐材棒表面的SiO_(2)也会与钢液中的[Al]反应生成Al_(2)O_(3);三者共同作用形成第1层致密的Al_(2)O_(3)。第1层Al_(2)O_(3)层形成后,钢液中的Al_(2)O_(3)夹杂物易于在其上面附着,形成第2层松散的Al_(2)O_(3)。随着时间的延长,Al_(2)O_(3)层变厚,水口堵塞逐渐形成。第1层Al_(2)O_(3)形成机理以化学反应为主,增长缓慢;第2层以钢中夹杂物粘附为主,增长较快。

80-3Cr油管钢在CO_(2)驱环境下的性能研究与应用

针对CO_(2)驱高CO_(2)分压、高H_(2)S分压、低温井筒环境造成N80、P110管柱失效的问题,开展了80-3Cr、N80、P110三种管材的耐CO_(2)腐蚀、抗H_(2)S应力腐蚀开裂、耐低温冷脆对比评价试验。结果表明,不同CO_(2)工况条件下,N80、P110、80-3Cr油管在添加缓蚀剂情况下的腐蚀速率分别为0.0549 mm/a、0.0645 mm/a、0.0333 mm/a;80-3Cr油管的腐蚀速率明显低于N80、P110油管;80-3Cr油管在不同H_(2)S环境下均未出现应力腐蚀开裂,具有较好的抗H_(2)S应力腐蚀性能;在-20℃的低温环境下,N80和P110油管冲击功分别只有80-3Cr油管的62.6%和23.2%;80-3Cr油管在CO_(2)驱油现场应用后,管柱失效率从2019年的20%下降到0,取得显著效果。

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。

20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

新型压力容器用钢25CrMo3NiTiVNbZr的析出相特征和强化机制

为了进一步提高25Cr3Mo3NiNbZr钢的室温力学性能,对其进行成分优化,设计制备了25CrMo3NiTiVNbZr钢。利用场发射扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术以及拉伸试验机等研究了两种试验钢经1050℃淬火及640℃回火2 h后的室温力学性能、析出相特征和强化机理。结果表明:25Cr3Mo3NiNbZr钢主要析出相为纺锤状富Mo的M_(2)C相,其平均直径为18 nm,25CrMo3NiTiVNbZr钢中析出了更加细小的M_(2)C和MC碳化物,其平均直径为7.93 nm。25CrMo3NiTiVNbZr钢的室温抗拉强度达到1412 MPa,屈服强度达到1279 MPa,相比25Cr3Mo3NiNbZr钢分别提高了283和336 MPa。通过理论计算,两种试验钢室温下的强化机制均以析出强化、细晶强化和位错强化为主,其中25CrMo3NiTiVNbZr钢的位错强化增量和析出强化增量较25Cr3Mo3NiNbZr钢明显增加,分别增加了174和205 MPa。

高温环境Si_(3)N_(4)陶瓷与M50钢材料的球盘配副与润滑油量对摩擦学行为的影响研究

针对耐高温轴承的高温润滑问题,采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对轴承用材料Si_(3)N_(4)陶瓷和M50钢展开了高温控油摩擦磨损试验,之后对不同的配副方式进行了高温足量油、乏油的摩擦磨损对比试验.控油试验结果表明:200℃、足量油润滑条件下,Si_(3)N_(4)(球)-M50(盘)配副相较于M50钢自配副具有更低的摩擦系数和盘磨损率.M50钢自配副磨损率更容易受到润滑油量的影响.这是由于Si_(3)N_(4)(球)-M50(盘)配副的M50盘表面在摩擦过程中生成了稳定的含磷摩擦反应膜,而M50钢自配副的磨损以磨粒磨损为主,化学反应膜容易被破坏,且磨粒浓度会受到润滑油量的影响.不同配副对比试验结果表明:200℃、3μL油量下,仅M50(球)-Si_(3)N_(4)(盘)配副长摩1 h未发生润滑失效,且能够保持较低的磨损率,除摩擦过程中产生的反应膜能够起到保护作用外,M50钢球表面化学反应膜成膜面积更小,成膜不易受乏油条件的影响也是重要原因.

宽厚板轧机用Cr3钢支承辊淬硬层深度的理论预测与实验验证

差温热处理是决定支承辊工作层组织、应力分布和使用性能的关键工序。为精准控制宽厚板轧机用Cr3钢支承辊辊身淬硬层深度以进一步提高其寿命周期内的服役性能,利用ABAQUS有限元模拟软件计算了支承辊在差温热处理过程中的温度场分布,分析了距离辊身不同深度处的温度与显微组织演变,预测了差温处理过程中辊身淬硬层的深度。结果表明:当加热温度达到840℃及以上时,Cr3钢可获得耐磨性较佳的非珠光体组织;Cr3钢支承辊实验件的淬硬层深度达110 mm,表面硬度达到55 HSD以上,且距离表面110 mm深处的硬度降低不大于4 HSD;淬硬层深度的理论预测结果与实测结果吻合较好,可以实现支承辊淬硬层深度的精确控制,指导Cr3钢支承辊差温热处理工艺制定。

O、S、Ce含量对U71MnG钢中Ce_(2)O_(3)和Ce_(2)O_(2)S夹杂物的影响

我国稀土钢未实现大规模的生产,其主要原因是对稀土与钢中O、S等杂质元素的相互作用规律认识不足。考虑到Ce、O、S含量对钢中稀土夹杂物的影响缺少定量分析,使用FactSage 7.1软件计算U71MnG钢中不同含量O、S、Ce之间的相互作用关系及其对Ce_(2)O_(2)S、Ce_(2)O_(3)夹杂物析出量的影响。热力学计算结果表明,在U71MnG钢的成分体系下,随着Ce含量的增多,Ce_(2)O_(3)的析出量呈先增多后减少的趋势,m_(O)/m_(Ce)约为1/7.4时,Ce_(2)O_(3)的析出量最大;Ce_(2)O_(2)S的生成需要O、S、Ce共同作用,m_(O+S)/m_(Ce)约为1/3.7时,Ce_(2)O_(2)S析出量最大。试验钢夹杂物的SEM图像以及夹杂物颗粒数量统计结果显示,Ce含量为0.024%的试验钢中Ce_(2)O_(3)、Ce_(2)O_(2)S的个数大于Ce含量为0.016%的试验钢,钢中夹杂物析出规律与热力学计算结果一致。

CO_(2)驱油井环境下N80钢与3Cr13钢的电偶腐蚀行为

N80钢与3Cr13钢常作为油管和水力锚等的材料使用,在CO_(2)驱油井环境中不可避免偶接使用易产生电偶腐蚀。为此,通过开展CO_(2)环境下N80钢和3Cr13钢的腐蚀速率试验和电偶腐蚀试验,明确了CO_(2)含量、温度、压力和矿化度等因素作用下2种钢的电偶腐蚀规律。结果表明:CO_(2)驱油井中2种钢产生电偶腐蚀,3Cr13钢为阴极,且不受电偶腐蚀影响,N80钢为阳极,电偶腐蚀速率增大;且N80钢的电偶腐蚀速率随CO_(2)含量、温度、压力和矿化度的增大而增大;电偶腐蚀敏感因子随CO_(2)含量和压力增大而减小,当CO_(2)含量达到20.0%时电偶腐蚀敏感因子为负值,随温度升高先减小后增大,随矿化度增加而增大,电偶腐蚀速率最大可高于常规腐蚀69%。

基于FRANC3D和LSTM的桥梁钢桁架裂纹寿命预测

为了对裂纹疲劳寿命进行快速准确预测,针对常用的疲劳实验和数值仿真实验中各自存在的实验条件受限、计算步骤繁琐、计算过程耗时较长等问题,以大型桥梁钢桁架中的裂纹为研究对象,提出一种结合裂纹分析软件FRANC3D和长短期记忆(long short term memory,简称LSTM)网络模型的裂纹疲劳寿命预测方法。首先,建立钢桁架的有限元模型,通过裂纹分析软件FRANC3D进行疲劳裂纹扩展分析并建立相关数据集;其次,通过疲劳裂纹的扩展仿真数据关注裂纹的扩展状况,收集裂纹特征信息对裂纹疲劳寿命进行预测。实验结果表明,所提出的方法具有较高的预测准确性,同时极大地提升了训练速度,可为裂纹疲劳寿命预测提供参考。

钙处理钢液与Al_(2)O_(3)-C质水口耐材间的侵蚀行为

针对某厂钙处理钢液浇注过程中水口内壁熔损严重的现象,利用扫描电子显微镜和X射线衍射分析,对下线的Al_(2)O_(3)-C质浸入式水口内壁的侵蚀原因及机制进行了研究。结果表明:Al_(2)O_(3)-C质浸入式水口内壁的侵蚀源于水口耐材中C的溶解,水口耐材中Al_(2)O_(3)与钢液中Ca反应生成质地疏松的低熔点钙铝石(Ca_(6)Al_(7)O_(16))型化合物,被高温钢液机械冲刷脱落,加剧了水口的侵蚀。为保证Al_(2)O_(3)-C质浸入式水口的使用寿命,实际生产中建议严格控制钢液中的Ca含量,同时做好保护浇注,尽可能降低钢液中[O]含量。

淬火温度对25Cr3MoA钢脉冲渗氮组织和性能的影响

采用不同温度淬火+600℃回火对25Cr3MoA钢进行渗氮前处理,对不同调质处理后的25Cr3MoA钢进行真空脉冲气体渗氮试验,并研究其组织、表面硬度、渗氮层硬度梯度和脆性等。结果表明:25Cr3MoA钢经不同温度淬火后,其板条状马氏体和残留奥氏体组织随淬火温度的升高逐渐变粗大,粗化温度为950℃;随着淬火温度升高,25Cr3MoA钢渗氮后白亮层厚度增加,渗氮层组织变粗大;淬火温度为900℃时,白亮层厚度为10~15μm,渗氮层晶粒尺寸较小,渗层组织较均匀;25Cr3MoA钢渗氮层深度随着淬火温度的升高而增加,渗氮层组织明显变粗大。综合分析不同温度淬火后的材料渗氮层组织、结构和性能,25Cr3MoA钢渗氮前的淬火温度建议为900℃。

基于应变补偿的SA508-3钢本构模型修正

在Gleeble1500D热模拟试验机上开展了SA508-3钢的热压缩试验,研究了该材料的热变形行为。试验参数为温度800~1200℃,应变速率0.001~1 s^(-1),变形量45%。根据应力-应变曲线数据,采用应变补偿法建立了SA508-3钢的修正本构模型。该模型是在综合考虑变形温度、应变速率对流变应力影响的Arrhenius本构模型基础上,引入应变对模型中各参数的影响得到的。通过对比修正本构模型的应力预测值与试验真实值之间的相关系数R、平均相对误差AARE,得出R为0.996,AARE为4.89%,证明修正后的模型具有较高的精度。

核压力容器用SA508Gr.3钢的研究进展

核反应堆压力容器是核电站重要组件且具有在全寿命周期内不可更换的特殊性。第二代核压力容器用钢在其焊缝中发现了再热裂纹,已不能够满足使用需求。因此,在此基础上通过添加Mn元素,减少Mo和Cr元素改进设计了SA508Gr.3钢,它具有高强度、高韧性和低辐照脆化敏感性等特点,目前广泛应用于核电压力容器、蒸发器和稳压器等核心构件。本文总结了SA508Gr.3钢的研究进展,重点介绍了合金元素、热处理工艺对其显微组织和力学性能的影响,并详细介绍了SA508Gr.3钢的抗辐照性能。根据核压力容器的服役环境,详细分析了热时效对SA508Gr.3钢显微组织及力学性能的影响机理。随后,总结了显微组织演化对其疲劳性能、疲劳裂纹萌生及疲劳裂纹扩展的影响机制。最后,展望了核压力容器的发展方向和需要进一步研究的内容,为提高SA508Gr.3钢的综合性能和研发下一代核电用钢提供参考。

铁路轴箱轴承用8620钢3 t钢锭轧制产品研发

针对中国铁路客车和货车轴箱轴承用钢主要使用电渣钢的现状,采用铁水+废钢→70 t电弧炉→LF→RH→3 t钢锭→均热坑→1350+750/650轧机轧制的流程生产规格ϕ60~ϕ120 mm 8620钢(质量分数/%:0.18~0.22 C,0.15~0.30 Si,0.75~0.95 Mn,0.45~0.65 Cr,0.45~0.70 Ni,0.15~0.25 Mo,≤0.020 P,≤0.015 S,0.020~0.050 Al)。通过控制出钢留钢留渣、炉后造渣和合金化,真空处理时间≥25 min,氩气弱搅拌,控制钢水过热度,全过程Ar气保护,模铸自动浇注,轧制后控制冷却等工艺措施,生产的产品宏观夹杂物检测含量≤10 mm/dm3,晶粒度8~8.5级,密度达到7.854 g/cm^(3),钢材各项指标满足标准要求。

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。

16Mo3钢在推焦杆制作中的焊接工艺研究

详细探讨了16Mo3钢在推焦杆制作中的焊接工艺,旨在优化工艺参数,确保焊接质量并提升生产效率。通过对16Mo3钢焊接性的研究,了解其化学成分、机械性能及焊接特性,为实现推焦杆的焊接工艺设计奠定了理论基础。焊接方法选择CO_(2)气体保护焊,焊丝选择ER70S-A1,实验过程中着重优化了焊接工艺参数,如电流、电压和预热温度等,以减小焊接变形并避免氢致裂纹的产生。研究结果表明,所提出的焊接工艺方案不仅提升了焊接效率,还有效保证了焊缝的质量,降低了焊接缺陷的产生,为焦杆的生产制作提供了科学的工艺指导。