原位生成周期性层片结构镀层及其在NaCl溶液中的腐蚀形貌

金属在海洋氯离子环境中极易发生腐蚀,并造成巨大的经济损失。通过制备新型Fe-Cr-B铸钢,采用热浸镀铝-扩散热处理原位生成含有周期性层片结构(PLSs)的镀层,并利用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针X射线显微分析仪(EPMA)等手段研究了该镀层的组织结构及其在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,该铸钢的显微组织主要由粗大的初生(Cr,Fe)_(2)B及α-Fe组成;热浸镀铝时在(Cr,Fe)_(2)B/Al界面上生成由FeAl3和Cr-Al-B相组成的PLSs,在α-Fe/Al界面上生成FeAl3;扩散热处理使得反应层增厚,且PLSs在反应层中大量生成;相比FeAl3,镀层中的PLSs在腐蚀过程中充当阳极优先腐蚀,并表现出腐蚀各向异性,尤其是其中的Cr-Al-B相可明显阻挡氯离子腐蚀,使得PLSs通过延长腐蚀路径进而提高镀层的耐氯离子腐蚀性能。

牵引销铸钢缺陷的激光熔覆研究

以牵引销用铸钢(25号钢)为基体,利用激光熔覆技术熔覆奥氏体不锈钢涂层,采用光学显微镜、扫描和透射电镜、X射线衍射仪对熔覆层的组织和结构进行分析和表征,利用显微硬度计和磨损试验机对其硬度和磨损性能进行测试。结果表明:奥氏体不锈钢熔覆层由等轴晶、树枝晶和平面晶组成,热影响区由马氏体和索氏体组成。熔覆层树枝晶内为γ相,树枝晶间由γ相和碳化物Cr_(3)C_(2)构成。显微硬度自熔覆层—热影响区—基体,依次递减为310 HV_(0.1)—280 HV_(0.1)—170 HV_(0.1)。25号钢基体为黏着磨损和磨料磨损,熔覆层为磨料磨损;磨损1 h后熔覆层的耐磨性能是25号钢基体的2倍。

取向硅钢常规板坯提拉速工艺研究

取向硅钢生产工艺复杂、制造技术严格,被誉为钢铁材料中的“艺术品”。为了提高取向硅钢常规板坯拉速,提高企业盈利水平,分别进行了不同拉速条件下的凝固末端测试研究和铸坯鼓肚行为研究,结果表明,1)取向硅钢常规板坯在0.9 m/min和1.0 m/min拉速时,凝固末端均在7段前,1.1 m/min高拉速时,凝固末端在第8段;2)拉速由0.9 m/min提高1.1 m/min时,坯壳厚度减薄,相同静压力下,鼓肚量与鼓肚变形率变大,最大鼓肚变形率为0.107%,当拉速增幅为0.1 m/min时,对应相同位置的铸坯鼓肚量增幅约为3.7%~16.6%;3)综合结晶器液面波动、铸坯鼓肚、凝固末端位置等试验研究,取向硅钢常规板坯拉速可由0.9 m/min提高到1.1 m/min。

铸钢-钢板焊接索夹受力性能研究

对上海浦东足球场轮辐式张拉屋盖体系中的铸钢-钢板焊接索夹受力性能进行了研究,介绍了屋盖结构体系的特点和索夹的组成。开展了3个不同几何尺寸的足尺索夹承载力试验,研究了在径向索分别达到设计内力、最大设计张力和破断力工况时的索夹性能、最终破坏特征,试验结果表明索夹的承载力能达到设计要求。对试验的索夹进行了有限元数值分析,有限元模型的适用性得到了试验结果的验证,并清晰地观察到整个索夹的应力分布状况。对索夹的构造设计、加工等提出了建议。

铸造低合金钢回火焊道技术适用性判别分析

回火焊道技术是通过第二层焊道的热循环来改善第一层焊道的组织和性能的焊接技术,但目前尚无明确标准规定其适用范围。以A217 WC6和A217 WC9钢为对象,采用Gleeble热模拟试验判断二次回火对两种铸造低合金钢性能的影响规律,进而用回火焊道技术制造焊接试样,进行焊态、热处理态下的组织和性能对比试验。试验结果表明,A217 WC6钢在一次高温热循环后,冲击功从70 J提升至126 J,硬度值从154 HV10增至375 HV10。二次热循环后,A217 WC6钢的硬度整体降低,回火峰值温度对其性能有显著影响。相比之下,A217 WC9钢的冲击功从77 J降至52 J,硬度值从182 HV10增至364 HV10,二次热循环对其性能影响不显著。焊接试样的性能和硬度变化趋势与Gleeble热模拟试验一致。由此得到结论:Gleeble热模拟试验可以判断钢种是否适用于回火焊道技术;A217 WC6钢较A217 WC9钢更适合采用回火焊道技术进行修复。

不锈钢支架熔模铸造工艺优化

通过ProCAST软件对除草机不锈钢支架进行熔模铸造的数值模拟,预测铸件缩孔缺陷分布情况,并对其浇注系统进行改善。利用正交试验对铸件的工艺参数进行研究,通过分析获得工艺参数的最佳方案。对该结果进行数值仿真以及实际铸造,发现铸件缺陷明显减少,这为不锈钢支架的生产提供了参考。

流程生产风险防控的功能安全完整性

为提升流程生产安全管理水平,降低事故发生概率,提出了生产过程中风险防控的功能安全完整性分析方法,并结合钢铁连铸场景进行验证。首先评估流程生产中主要事故类型的危险程度和确定其可接受频率标准;运用保护层分析法计算作业现场高危险性事故发生的真实概率,通过与可接受频率比较,判断是否需要新增防护措施;运用蒙特卡洛-马尔可夫模型验证新增防护措施的功能安全完整性等级。以大冶特钢炼钢转炉厂连铸作业区为例,结果表明:研究区内存在熔融物爆炸、火灾和中毒窒息3类高危险性事故隐患,且熔融物爆炸事故的人员伤亡后果为不可接受,需新增功能安全完整性等级为2级的防护措施;设计了防爆炸保护系统,其失效概率为4.37×10-3,满足功能安全完整性等级要求。

铸造低合金钢回火焊道与焊后热处理焊接接头性能对比研究

为评估回火焊道工艺在铸造低合金钢焊接中的应用效果,研究回火焊道工艺能否替代传统的焊后热处理工艺。采用焊条电弧焊(SMAW),选用R307、R407焊条分别对A217 WC6和A217 WC9进行焊接。控制预热温度、电流、电压、搭接率和层厚,以实现回火焊道工艺。焊后对接头进行金相、硬度、拉伸、冲击和侧弯试验。试验结果表明,A217 WC6焊接接头在焊态和热处理态下的性能均满足标准要求,而A217 WC9焊接接头在焊态下的冲击功小于母材,侧弯试样在熔合线附近出现表面裂纹,且硬度明显高于热处理态。分析表明,回火焊道工艺能有效改善A217 WC6钢焊接接头的组织和性能,可替代焊后热处理。但在A217 WC9钢的焊接中,回火焊道工艺未能达到改善组织和性能的目的,焊接接头性能不满足标准要求,不能替代传统的焊后热处理工艺。

襄阳东站柱分叉铸钢节点缩尺模型试验研究

襄阳东站在南、北两端区域采用柱分叉支承钢屋盖以减小屋盖悬挑长度,柱分叉节点考虑到建筑美观要求及受力复杂等因素采用了铸钢节点型式,论文对柱分叉铸钢节点进行了1/2缩尺模型加载试验验证,详细介绍了试验加载装置、加载方案、试验现象及试验结果,有限元对比分析结果与加载试验吻合较好,结果表明柱分叉铸钢节点构造合理、承载力高,薄弱部位出现在与铸钢件相连的接长钢管上,满足强节点弱构件、强连接弱构件的设计要求。

409L不锈钢连铸坯表层夹杂物试验研究

为研究409L不锈钢连铸坯表层夹杂物形貌、分布及类别,取样后逐次研磨1 mm后进行夹杂物检测,并将检测结果进行对比分析。发现夹杂物分布呈随机性分布特征、尺寸主要集中在2~5μm,在空间分布上呈现随着深度的增加夹杂物数量呈现递减、中间位置夹杂物数量较两端少、内弧侧数量略高于外弧侧的特征,连铸坯表层夹杂物主要为12CaO-7Al_(2)O_(3)及一定比例的氧化物及少量其他类别夹杂物。

Fe-3%Si平面流铸带平整轧制退火过程中组织织构演变

采用平面流铸技术制备了Fe-3%Si无取向硅钢极薄带,研究了平面流铸Fe-3%Si薄带平整轧制与退火处理的组织织构演变规律。结果表明,平面流铸带具有大比率的柱状晶组织,{100}取向晶粒占比高于30%,也即存在对磁性能有益的{100}织构。小压下率冷轧平整过程中,晶粒取向变化及晶内取向分裂程度整体不高,形变行为存在取向依赖性。{100}取向晶粒形变储能积累程度相对较低,经退火处理后该组分体现出遗传优势,在退火组织中占比仍超过30%。退火组织中小尺寸晶粒有所增加,且绝大部分小尺寸晶粒偏离{100}取向,这导致了退火组织平均晶粒尺寸降低,并在一定程度上弱化{100}织构。

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。

氮元素对高钛含铌钢裂纹影响的定量研究

应用试验、热力学计算及统计,定量研究了氮(N)对高钛(Ti)含铌(Nb)钢连铸横裂纹的影响,提出N控定量标准。结果表明:高钛含铌钢的高温塑性与氮化物形成具有强相关性;凝固末期TiN的析出影响第一脆性区,第二脆性区与Nb(C,N)的析出有关,温度区间为从Nb(C,N)析出到其析出速率开始缓和的温度,第三脆性区与铁素体或AlN析出有关,温度区间为从铁素体或AlN析出到渗碳体开始析出的温度。高钛含铌钢的N控瓶颈在于TiN在凝固末期的析出,根据Ti、N积建立控N标准,Ti、N积为4×10-5~7×10-5(%•%)。

大跨度钢桁架铸钢节点逆作施工力学性能分析与安装技术

针对北京朝阳站的异形铸钢节点及V形铸钢节点开展结构逆作施工过程中节点安全性能和力学性能研究。首先选取两个关键施工阶段,使用ABAQUS有限元软件分析铸钢节点关键区域的应力状态及变形特征,分析评价其受力性能和安全性能;其次以位移为控制条件分析两种铸钢节点的极限承载能力以及破坏模式,并进行参数分析研究壁厚和倒角半径对铸钢节点受力性能的影响;最后探讨了铸钢件和梭形斜柱逆作施工安装技术。结果表明:北京朝阳站大跨度鱼腹式钢桁架结构铸钢节点在施工阶段具有充足的强度储备;铸钢节点的极限承载能力满足规范要求;逆作施工安装技术为北京朝阳站大跨度复杂管桁架屋盖工程的顺利施工提供了保障。

工艺参数对球墨铸铁和低碳钢激光焊接的影响

为了提高球墨铸铁和低碳钢焊接接头力学性能,解决容易开裂的问题,采用激光焊接的方法对球墨铸铁和低碳钢进行焊接,研究了工艺参数对其焊接接头的组织和性能影响。结果表明,随着激光功率逐渐增加或焊接速率的逐渐变缓,试验件抗拉强度呈现出先增大后减小的变化趋势;当焊接功率为4250 W和焊接速率为2.4 m/min时,试样件焊接接头的强度处于极值400 MPa;在球墨铸铁侧热影响区内形成3种壳体结构(双壳结构、单壳结构和无核结构);焊缝区组织主要由树枝晶组织、少量的马氏体和莱氏体组织构成;焊缝区存在微裂纹,通过添加镍基材料可获得无裂纹焊缝,并提升抗拉强度约40 MPa,达到母材的95%。该研究对后续球墨铸铁与低碳钢高功率激光焊接工艺优化是有帮助的。

援所罗门群岛2023年太平洋运动会体育场铸钢节点受力性能试验研究

援所罗门群岛2023年太平洋运动会体育场钢结构罩棚采用了树形支撑铸钢节点,为考察其在最不利设计工况下的受力性能,对铸钢节点进行了足尺试验研究和有限元分析。试验结果表明,在1.0倍受拉工况设计荷载及1.6倍受压工况设计荷载作用下,节点处于弹性阶段,卸载后没有明显残余变形。有限元分析结果与试验结果吻合良好,表明有限元分析可以准确模拟节点试件的实际受力状态。铸钢节点的极限承载力在受拉工况下为设计荷载的9.0倍,受压工况下为设计荷载的8.6倍,满足《铸钢节点应用技术规程》(CECS 235:2008)中的相关要求,该铸钢节点具有较高的安全储备。

异钢种连铸混浇模型及试验研究

针对连铸异钢种混浇过程化学成分变化及混浇坯长度预测的问题,基于某厂实际钢液混浇过程,建立了异钢种混浇模型,并结合工业试验研究了连铸工艺条件对混浇坯长度的影响。结果表明:该混浇模型预测的铸坯化学元素含量偏差在±2%以内,可用于混浇坯的化学元素含量预测及长度判定。铸机通钢量保持34.6 m^(3)/h不变,中间包剩余钢液质量从38 t减少至30 t,混浇坯长度从7.13 m减小至5.70 m;中间包剩余钢液质量34 t,通钢量从26.9 m^(3)/h增至42.3 m^(3)/h,混浇坯长度从10.45 m减小至5.70 m;中间包剩余钢液质量34 t,通钢量为34.6 m^(3)/h时,新钢液注入流量从50.0 m^(3)/h增至73.1 m^(3)/h,混浇坯长度均约8.71 m,新钢液注入流量对混浇坯长度的影响可以忽略。以炉次分割线为基准可以实现混浇坯和正常坯的精确判定。

基于应力三轴度的铸态42CrMo钢高温拉伸断裂行为分析

利用Gleeble-3500型热模拟试验机对不同缺口半径(0.5,1.0,2.0,4.0 mm)的铸态42CrMo钢缺口试样进行不同温度(1223,1273,1373 K)下的热拉伸试验,基于应力三轴度分析了其高温拉伸断裂行为。结果表明:较高拉伸温度下缺口试样的流变应力较小;随着缺口半径减小,缺口试样流变应力和峰值应力增加,断裂应变减小;当缺口半径为0.5,1.0 mm时,应力三轴度最大值向最小横截面圆心转移;当缺口半径为2.0,4.0 mm时,拉伸过程中最小横截面圆心处的应力三轴度始终最大;随着缺口半径增加,应力三轴度减小;温度由1223 K升至1373 K,试样断口组织平均晶粒尺寸增大;缺口半径由0.5 mm增加至4.0 mm,平均晶粒尺寸增大,微空洞且尺寸及面积分数增加。

小方坯连铸机直轧品种钢的工艺装备优化

某炼钢厂为适应品种钢浇铸工艺,对小方坯连铸机进行了工艺设备优化,设备优化后兼顾了普通钢种生产模式,且生产的品种钢方坯满足工艺技术要求。该连铸机配有铸坯在线保温设施,高温铸坯经剪切后温降减小,通过直轧辊道快速输送至轧钢工序,满足了轧线免加热、直接轧制的工艺要求。连铸机经优化后具有明显的经济效益,在行业里具有示范作用。

陕西韩城芝川古代冶铁遗址初步考察

韩城芝川古代冶铁遗址位于陕西省渭南市韩城芝川镇芝西村,遗存面积超4000 m^(2),考古年代为西汉。科研团队对该遗址开展冶金考古田野调查并采集到炉渣、陶片等遗物,使用扫描电镜及能谱(SEM-EDS)、金(矿)相显微观察等手段对采集到的18个冶炼遗物进行成分分析和显微结构观察。结果表明,16个炉渣为硅钙铝系高钙低铁炉渣,基体主要为玻璃相、偶见铁橄榄石,其产品是生铁,应为生铁冶炼炉渣。1个炉渣为高铁渣,以浮氏体为主、间有铁橄榄石和极少量玻璃相;1个样品的块状金属为熟铁,很可能为生铁炒钢的遗物。该遗址主要是生铁冶炼遗址,同时进行炒钢冶金活动,是迄今发现陕西渭南地区最早的生铁炒钢遗址。