316L不锈钢输油管泄漏原因分析

采用微观扫描、化学成分、工业CT及金相检验等方法对316L不锈钢输油管泄漏的原因进行了分析。结果表明,泄漏位置在弯管区域,这与不锈钢输油管在制造过程中加工硬化产生较大的残余应力有关,在投入使用后,在油介质及高温工作环境下,表面发生晶间腐蚀及应力腐蚀裂纹,裂纹在使用中继续扩展,最终导致输油管泄漏。

输油管道用316L和2205不锈钢低温蠕变模型的选择与验证

分别进行了80℃下316L不锈钢和20℃下2205不锈钢的蠕变试验,对试验数据拟合后分别得到了两种不锈钢的蠕变幂模型和对数模型,并推导得到了应力松驰模型;利用蠕变和应力松驰模型分别模拟了两种不锈钢的拉伸蠕变曲线和应力松驰曲线,并与试验曲线进行了对比分析。结果表明:两种模型都能很好地描述316L和2205不锈钢的低温蠕变行为,但幂模型在蠕变和松弛模拟中都表现得更好。

316L不锈钢连续油管在塔里木油田应用的适用性研究

近些年来,随着材料技术和制管技术的不断发展,连续油管的制造质量不断提高,选用材料更加多元化。为了给油气田连续油管作业选材提供依据,考虑油田抗腐蚀性和经济安全性要求,对316L奥氏体不锈钢开展材料性能系统检测,并模拟油气井钻完井、酸化、生产阶段井下高温腐蚀作业环境,开展高温高压腐蚀试验研究,对该材质在油田应用的适用性进行探讨。结果表明:该3种工况下316L不锈钢虽具有优异耐蚀性,但其应力开裂敏感性较高,同时受屈服强度的限制,不适合在超深井中的该3种工况下应用。

316L不锈钢掺杂SiC环状同轴送粉TIG熔覆层组织结构与性能

TIG熔覆是经济高效的表面修复方法,与传统的预置粉末法相比,同轴送粉法具有优良的适应性,但是试验研究相对较少.自主设计制造了环状同轴送粉TIG熔覆焊枪,与管状同轴送粉TIG熔覆焊枪相比,制造的熔覆层不存在熄弧位置凹坑、焊缝不够平直以及焊缝熔宽不一致等问题,而且具有更高的熔覆效率.结果表明,采用优化的焊接热输入、送粉量和SiC含量参数匹配,在316L不锈钢表面进行环状同轴送粉TIG熔覆,获得了外观优良的单层单道熔覆层、单层多道熔覆层.对熔覆层进行显微硬度测量、微观组织及元素成分分析、宏观电化学腐蚀试验、微区电化学腐蚀试验以及耐磨性能测试,并与母材进行了比对,环状同轴送粉TIG熔覆导入的SiC粉末有效地提升了熔覆层的耐蚀性与耐磨性.

基于激光重熔的SLM成形316L不锈钢温度场仿真及工艺优化

SLM成形过程中激光重熔可改善冶金质量和提高性能,但是目前激光重熔对温度场的影响尚不清楚。本工作利用有限元方法建立316L不锈钢模型,对比未重熔与激光重熔的温度场特征,分析不同重熔工艺参数下的温度结果和不同重熔工艺参数下所制备样品的致密度和孔隙尺寸。结果表明,激光重熔有较好的预热效果,单层成形最低温度提高了约69%,多层成形因热量扩散影响预热效果仅将温度提高10%。激光重熔工艺对激光第一次扫描的最高温度没有影响,但可提高第二次扫描的温度。重熔激光能量密度从29 J/m升至117 J/m,最高温度上升了36.40%,最低温度上升了12%。致密度的改善不明显,但孔隙尺寸有明显的减小。当激光重熔能量密度为50 J/m时,致密度高达99.95%,孔隙的深度和宽度下降了64.9%和35.2%。

316L不锈钢焦耳热3D打印过程变形量数值分析

针对316L不锈钢焦耳热3D打印成形中的变形问题,采用控制变量的方法,根据不同速度、不同压力和不同电流的变化,总结出不同参数的改变对316L不锈钢焦耳热3D打印过程变形量的影响规律。改变参数后分别截取每一组参数中每一层的第一步和最后一步变形量作为参考数据。结果表明:当电流增大时,变形量也增大;当速度减小时,变形量也随之减小;当压力增大时,变形量也增大。通过对316L不锈钢焦耳热3D打印过程变形量分析,可以准确、有效地总结出材料在各种情况下的变形分布情况,为其在实际生产中的应用提供依据。

316L不锈钢非比例循环硬化特性的数值模拟

在等效应变范围为0.7%条件下,对316L不锈钢进行室温应变控制拉-扭疲劳试验,研究了比例应变路径(单轴路径和比例路径)和非比例应变路径(十字路径和圆路径)下的循环硬化特性;采用AF-OW随动硬化模型结合Chaboche各向同性硬化准则以及将非比例度嵌入到各向同性硬化准则中的改进模型对各路径下的循环特性进行模拟,并进行试验验证。结果表明:316L不锈钢在各路径下的循环初期均产生了循环硬化现象,在单轴、比例、十字和圆路径下的硬化率分别为5.2%,4.5%,38.2%,44.6%,在非比例应变路径下,该钢产生明显的附加强化;AF-OW模型结合各向同性硬化准则可以准确地模拟单轴和比例路径下的循环硬化特性,但对十字和圆路径下的模拟效果较差,模拟得到的正应力-正应变滞回环与试验结果之间的最大相对误差均大于20%;改进模型可以准确地描述十字和圆路径下的循环硬化特性,正应力-正应变滞回环的最大相对误差分别为1.3%和3.2%,最大等效峰值应力的相对误差分别为1.9%和1.2%。

增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能

为探索增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能,采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制造316L不锈钢材料毛坯,通过机加工、抛光等操作得到了直径12 mm的增材制造316L不锈钢球形破片。开展打印态316L不锈钢材料的显微计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)和静动态力学试验研究,获得了打印态316L不锈钢在材料沉积方向的Johnson-Cook(JC)模型参数,进行了增材制造和传统冷轧工艺制造的316L不锈钢球形破片侵彻6 mm厚Q235钢靶的弹道试验。研究结果表明:增材制造球形破片的弹道极限速度比传统冷轧制造破片低2.5%左右,弹道性能有小幅提升,暗示了增材制造工艺用于制造战斗部预制破片的潜力;开展的数值仿真研究获得了与试验结果一致的剪切冲塞穿靶机理,仿真与试验穿靶速度数据比较吻合,弹道极限速度误差仅为1.4%左右,仿真结果也表明JC模型用于描述增材制造316L不锈钢材料穿靶行为的可行性。

316L不锈钢薄板焊缝成形及力学性能研究

目的减少1 mm厚度316L不锈钢薄板在焊接生产过程中出现的缺陷等问题,并提高不锈钢薄板焊缝成形质量和焊接接头力学性能。方法采用脉冲激光焊接技术实现对厚度1 mm的316L不锈钢薄板的精确焊接,并利用金相显微镜、维氏硬度计、万能拉伸试验机和扫描电镜对焊缝的表面形貌、微观结构、力学性能、断口形貌进行表征分析。结果当激光功率为403 W、输出电流为150 A、焊接速度为150 mm/min、离焦量为−5.525 mm时,焊缝正反面的形貌规则无缺陷。焊缝区内的微观结构主要由δ-铁素体和奥氏体2种晶粒构成,相较于母材及热影响区,焊缝区晶粒尺寸更细小均匀,平均硬度为156HV,表现出更高的硬度特性。焊接接头的抗拉强度和屈服强度均值分别达到643.28 MPa和305.95 MPa,相对于母材的强度分别提高了7%和49%;平均断后伸长率为37.2%,达到原始母材伸长率的55%;断裂呈现韧性断裂的塑性变形和延展性特征。结论优化调整焊接工艺参数后,1 mm厚度316L不锈钢薄板的焊缝成形质量提高,无缺陷且微观组织分布均匀,焊接接头强度显著提高。

滚抛磨块材质对SLM成型316L不锈钢表面滚磨光整效果影响的实验研究

为了深入研究不同材质滚抛磨块对选择性激光熔化(selective laser melting, SLM)成型316L不锈钢表面滚磨光整效果的影响,选用氧化铝、白陶瓷和棕刚玉3种滚抛磨块进行滚磨光整加工,研究不同材质滚抛磨块对SLM成型316L不锈钢在水平面和垂直面上的表面粗糙度、材料去除率、显微硬度及物相组成的影响。结果表明:棕刚玉磨块的加工效率最高,能显著降低水平面及垂直面的表面粗糙度,其中水平面的表面粗糙度下降率达到68.69%,垂直面的表面粗糙度下降率达到87.53%,并能提高材料去除率、增强显微硬度与残余压应力;相比之下,白陶瓷磨块在保持表面完整性的同时,可有效去除SLM成型缺陷,满足特殊表面需求;氧化铝磨块加工效果位于二者之间。

超声纳米晶表面改性对选区激光熔化316L不锈钢微观结构和力学性能的影响

目的改善选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)316L不锈钢的表面完整性和力学性能。方法采用超声纳米晶表面改性(Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification,UNSM)这一新兴表面塑性变形方法对SLM 316L不锈钢进行超声冲击强化,利用维氏硬度计、扫描电镜、白光干涉仪、EBSD、XRD等对处理前后材料的表面完整性、微观组织演变和塑性变形行为进行表征和分析。结果经过UNSM处理后,SLM 316L不锈钢的微观缺陷明显减少,初始未熔合孔隙发生闭合,表面粗糙度Ra由5.374μm降至0.510μm,表面硬度从230HV增至461.16HV;同时,材料表层发生了剧烈的塑性变形,形变诱导材料微观组织从γ相向α相转变,微观结构由初始不规则柱状粗晶转变为等轴状细晶。从EBSD表征结果可知,在材料表面形成了深度约为20μm的梯度纳米晶,材料内部存在明显的不均匀变形;与初始SLM试样相比,通过UNSM处理在材料表面引入了最大为932 MPa的残余压应力。结论超声纳米晶表面改性能够显著改善SLM 316L不锈钢的表面完整性,形成较深的晶粒细化层和残余应力硬化层,从而有效提高其耐腐蚀性和疲劳抗性,是一项有前景的SLM后处理技术。

扫描间距对选区激光熔化316L不锈钢组织及硬度的影响

在激光功率180 W、扫描速率800 mm/s、层厚0.03 mm、旋转角度45°参数下,改变激光扫描间距进行选区熔化成形,研究了扫描间距的改变对选区激光熔化成形316L不锈钢试样表面形貌、微观缺陷、显微组织与硬度的影响。结果表明:随着扫描间距的增大,试样表面质量逐渐变差,试样中的孔洞、熔合不良等微观缺陷的数量与尺寸发生改变。当扫描间距为0.09 mm时,SLM成形316L不锈钢试样中的微观缺陷最少。随着扫描间距的增大,试样中晶粒形貌由柱状晶向等轴晶转变。晶粒的显微亚结构分为柱状亚结构和胞状亚结构两种类型。胞状亚结构基本上位于几个熔池的交界处。扫描间距对试样的硬度影响较小,硬度值在210~220 HV。

激光选区熔化316 L不锈钢熔池面积对力学性能的影响

为了探索激光选区熔化316 L不锈钢熔池对力学性能的影响,本研究通过激光选区熔化技术打印4组不同工艺参数的12个样品,并对样品进行室温拉伸和微观结构表征,提出了基于Matlab工具箱以及改进Canny算法提取熔池面积,同时观察每组的熔池面积与每组对应抗拉强度的变化曲线。结果表明:熔池面积逐渐增大的同时,其样品抗拉强度也随之增大,两者具有同样的变化趋势,不仅如此,当熔池面积达到最大值0.042 mm^(2)时,抗拉强度达到最大值509.46 MPa。

冷轧变形程度对316L不锈钢硬度和强度比例关系的影响

采用两辊轧机对粗晶态316L不锈钢进行不同变形程度的轧制,研究不同冷变形程度对316L不锈钢硬度-屈服强度比例关系的影响。结果显示:随着冷轧变形程度的增加,材料中出现大量的位错、变形孪晶等形变缺陷,同时,马氏体相含量也增加。随着变形程度的增加,硬度与屈服强度的比值逐渐趋向于3,这主要是由于冷变形极大地削弱了316L不锈钢原有的加工硬化能力。

Ni/c-BN对激光熔覆316L不锈钢熔覆层组织与耐蚀性的影响

采用激光熔覆技术在马氏体不锈钢(ZG06Cr13Ni4Mo)表面制备了Ni/c-BN增强316L不锈钢复合熔覆层。通过XRD、SEM、EDS、电化学试验和冲蚀试验分析了不同Ni/c-BN含量对熔覆层的显微组织和和耐蚀性影响。结果表明,复合熔覆层的物相由FeCr_(0.29)Ni_(0.16)C_(0.06)固溶体组成,随着Ni/c-BN添加量的增加,其顶部组织的等轴晶数量减少,胞状树枝晶的数量增多。复合熔覆层的耐蚀性随Ni/c-BN添加量的增加呈先升高后降低的趋势,当Ni/c-BN添加量为5wt.%时,熔覆层的耐蚀性最好。过量的Ni/c-BN使得熔覆层表面存在气孔,且导致熔覆层内部存在少量大尺寸残留c-BN,降低了熔覆层的耐腐蚀性和耐冲蚀性。

316L不锈钢在Cl^(-)与SO_(4)^(2-)协同作用下的腐蚀行为研究

为了降低腐蚀对海洋油气管道正常运行的危害,利用电化学试验中的交流阻抗技术以及循化极化技术研究了模拟南海海洋环境中Cl^(-)与SO_(4)^(2-)的协同作用对316L不锈钢腐蚀行为的影响,并结合扫描电子显微镜(SEM)对316L不锈钢表面的腐蚀形貌进行表征。结果表明,当SO_(4)^(2-)含量恒定时,Cl^(-)含量的升高会使容抗弧半径、极化电阻R_(p)以及点蚀电位E_(b)均降低,当Cl^(-)含量从0升至50 g/L时,316L不锈钢表面出现了明显的腐蚀情况。当Cl^(-)含量恒定时,SO_(4)^(2-)含量的升高会使容抗弧半径、R_(p)以及E_(b)值均减小,同时试件表面的腐蚀坑直径扩大,深度出现逐渐加深的情况。

3D打印316L不锈钢的力学与海水腐蚀性能研究

针对海洋零部件应用环境的复杂性与多样性,进行了选区激光熔化3D打印316L不锈钢试样与机加工试样的力学与腐蚀性能对比分析。结果表明:力学性能方面,3D打印(热处理)试样硬度值与抗拉强度良好,具有优秀的抵抗起始和最大变形能力;直接烧结策略具有最好的抗拉强度,棋盘烧结策略具有最好的延伸率。腐蚀性能方面,3D打印试样具有最低的自腐蚀倾向性和最小的腐蚀速率,热处理工艺会使3D打印试样的自腐蚀倾向性和腐蚀速率变大,但会降低一定的腐蚀波动性。3D打印试样力学与腐蚀性整体优于同种材料的机加工试样。综上,力学和腐蚀性能的研究,有助于发现3D打印技术最优工艺与策略,将该技术更好的应用于海洋仪器装备的研发中。

PWR一回路注锌对316L不锈钢及钴基合金腐蚀和腐蚀产物释放的影响规律

在模拟压水堆一回路水化学环境中,对主管道316L不锈钢和Stellite 6钴基合金分别开展了0,10,40μg·L^(-1)三种Zn质量浓度的均匀腐蚀试验.试验结束后,采用失重法计算两种材料的腐蚀速率和腐蚀产物释放速率,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜能谱仪(TEM-EDS)以及高分辨和傅里叶转变分析氧化膜表面形貌、截面形貌、厚度、元素分布以及双层氧化膜相结构.结果表明,对于316L不锈钢,1000 h内10μg·L^(-1) Zn的注入对腐蚀速率和释放速率影响不显著,增加Zn质量浓度至40μg·L^(-1)后,316L不锈钢的腐蚀速率、腐蚀产物释放速率和氧化膜厚度显著降低,其中氧化膜厚度由250 nm降低至95 nm.对于具有双相结构的Stellite 6钴基合金,γ-Co基体和碳化物间存在电偶腐蚀效应,γ-Co基体和相界腐蚀更显著.进一步延长腐蚀时间至3000 h,发现10μg·L^(-1) Zn注入可以显著降低其腐蚀速率和腐蚀产物释放速率,当Zn质量浓度增加至40μg·L^(-1)时,钴基合金的腐蚀速率、腐蚀产物释放速和氧化膜厚度进一步降低.微观分析表明,注锌对两种合金腐蚀抑制机理相似,注入的Zn离子会在金属表面形成含Zn的尖晶石结构,显著提高外层氧化膜的致密性,阻碍金属离子向外扩散及氧离子向内扩散,促进内层氧化膜/基体界面处保护性Cr_(2)O_(3)的形成,进而显著降低316L不锈钢和Stellite 6钴基合金的腐蚀速率、腐蚀产物释放速率和氧化膜厚度.

316L不锈钢氢致开裂行为的数值模拟

采用ABAQUS有限元分析软件,基于与氢浓度相关的内聚力模型,通过顺序耦合的方法模拟了316L不锈钢的氢致开裂行为,研究了晶粒尺寸(35,25,15μm)、应力集中系数(4.0,2.6)和应力(500,312 MPa)对氢致开裂的影响,并将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:内聚力模型可以很好地模拟316L不锈钢的氢致开裂行为,模拟得到的氢致裂纹长度与试验结果的相对误差均在15%以内;当应力集中系数或应力较大时,氢致裂纹较长,说明316L不锈钢易发生氢致开裂;随着晶粒尺寸减小,氢致裂纹的长度减小,沿晶特征减少,316L不锈钢的氢脆敏感性降低。

316L不锈钢电解抛光的MATLAB图像定量分析

基于机器视觉的不锈钢表面无损检测方法正受到工业界关注并得到研究人员的探索与开发。本研究使用MATLAB对电解抛光的316L不锈钢表面金相图进行图像二值化处理,保留区域点蚀和过抛腐蚀区的黑色像素点和黑色区域,除去浅色划痕和不明显的凹凸区域。图像腐蚀处理选取半径为3个像素点的圆形结构元素为参数,去除图像噪声,增强图像黑色像素区域边界和对比度。选取图像的黑色像素占比和点蚀区域数量作为特征变量,并通过对特征变量进行测量和计数来评估抛光效果。在此基础上,借助MATLABGUI编程平台开发了一个基于图像定量分析过程的抛光效果评估程序,应用该程序可快速获得316L不锈钢电解抛光材料点蚀定量数据,使金相图片分析数值化,弥补主观判断的不足。该方法得到的结果与基于探针式粗糙度测量的优化结果一致。