采用大变形本构模型预测热轧AISI316不锈钢厚板的轧制力

采用热扭转实验数据,建立了一个AISI316钢大变形本构模型。根据建立的本构模型,采用三维有限元法模拟计算了AISI316钢热轧过程,并对计算的轧制力与实测的轧制力进行了分析。结果表明,在压下率30%~50%之间,计算值比实测值低约7%,在压下率为65%时,计算值比实测值低约12%,在工业应用范围内,采用确定的AISI316钢大应变本构模型计算的轧制力具有较高的预测精度。

AISI316不锈钢表面等离子渗硼及摩擦磨损性能的研究

目的改善AISI316不锈钢的摩擦磨损性能。方法采用双辉等离子合金化技术,以块状Fe B化合物作为源极材料,在AISI316不锈钢表面制备含硼改性层,对渗层组织、成分、相结构和显微硬度进行分析,并研究改性层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果经渗硼处理后,AISI316不锈钢表面形成了一层连续、致密、均匀的改性层,主要由Mo2B和Fe B相组成。改性层具有较高的硬度(964HV0.1),较基体硬度提高了约3倍,且耐磨性较基体有明显提高。结论通过在AISI316不锈钢表面制备渗硼改性层,可明显提高基体材料的硬度和摩擦磨损性能。

GTAW自激发超声工艺对AISI 316不锈钢堆焊层的有效性分析

通过自行搭建GTAW自激发超声波焊接试验平台,研究了电弧自激发超声工艺对AISI316不锈钢堆焊层的有效性。结果表明,电弧图像和声压两方面的测试均反映出所搭建平台的工作性能和自激发超声波工艺的有效性,可在无需添加额外设备的情况下实现焊缝的晶粒细化。当超声频率为60 kHz,振幅电流为10 A时,焊缝熔深可增深59.67%,熔宽可缩小30.14%。对于AISI 316不锈钢堆焊层工件熔池系统而言,40~60 kHz接近其固有频率,更有利于通过抑制枝晶生长获得细化的晶粒。

近净成形快堆支承环用316H不锈钢锻件的晶粒度与力学性能

采用电渣重熔钢锭,经开坯锻造后,通过热挤压制备高品质坯料,随后在专用模具内进行胎模锻造成形,研制出国内首支外径15.5米、重量15吨的快堆支撑环1/6弧段316H不锈钢锻件,突破了超大规格快堆支撑环锻件制造技术瓶颈。结果表明:锻件各部位晶粒度、拉伸性能均匀一致且无各向异性,疲劳性能完全满足ASME设计曲线标准要求。所采用的近净成形制造工艺大大缩短了产品制造周期,提高了经济效益,实现了同类产品的国产化制造。

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.

湿CO_(2)环境中316不锈钢腐蚀行为研究

针对CO_(2)管输过程中碳钢因发生腐蚀而导致失效的问题,开展了316不锈钢的腐蚀行为研究。使用失重法研究含水率、CO_(2)分压以及Cl-浓度对316不锈钢腐蚀行为的影响,并绘制了腐蚀特征图谱;采用扫描电镜分析了腐蚀产物的微光形貌,X-射线衍射仪分析了腐蚀产物成分。结果表明:316不锈钢在管输CO_(2)工况条件下表现出较好的耐腐蚀性,处于轻度腐蚀状态,腐蚀速率极低;316不锈钢腐蚀速率随含水率的增大而增大,随CO_(2)分压的增大而减小,随Cl-浓度的增加而增大;316不锈钢含有Cr可以在不锈钢表面形成致密的钝化膜,这使得Cr成为不锈钢防腐的关键;由于316不锈钢腐蚀速率远小于碳钢,在腐蚀“重灾区”,可以考虑将集输管道更换成316不锈钢。该研究成果为CCUS中CO_(2)管输钢材的选型提供重要的理论依据。

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%。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

316H不锈钢母材与焊缝在模拟沿海大气中的高温腐蚀行为

采用高温腐蚀试验,研究了316H不锈钢母材与焊缝在520℃模拟沿海大气环境中长达3000 h的高温腐蚀行为。采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对腐蚀产物形貌和成分进行了观察和分析,并探讨了其腐蚀机理。结果表明:焊缝与母材的腐蚀质量增加曲线均符合抛物线规律;高温腐蚀3000 h后,母材和焊缝试样的腐蚀均轻微,氧化层致密且无剥落,主要成分为(Cr,Fe)_(2)O_(3),其腐蚀速率分别为0.44,0.61μm/a,均小于0.001 mm/a,均属于完全耐蚀级别;焊缝试样的腐蚀速率略大于母材,原因是母材中的Cr与Mo含量较高。