利用褐铁矿型红土镍矿烧结矿制备Fe-Cr-Ni合金

我国是不锈钢第一生产大国,但作为冶炼不锈钢主要原料的镍矿及铬铁矿资源贫乏,占红土镍矿资源总量60%以上的褐铁矿型红土镍矿与低品位铬铁矿愈发受到关注。同时,不锈钢冶炼通常需先分别生产铬铁和镍铁,工艺流程长,生产成本高。因此,本文基于烧结—高炉工艺,利用褐铁矿型红土镍矿烧结矿低成本地一步制备出了Fe-Cr-Ni合金。通过热力学分析及熔炼参数的优化,重点研究了不同Cr_(2)O_(3)含量的含镍烧结矿(S1:4.84 wt%;S3:7.72 wt%)的熔炼特性。在熔炼时间60 min(S1)/90 min (S3)、熔炼温度1600℃、焦粉用量20 wt%、炉渣碱度1.0的最佳条件下,成功制备出了铬品位5.6 wt%~9.3 wt%、镍品位1.55 wt%~1.70 wt%、铁品位84 wt%~88 wt%的Fe-Cr-Ni合金,其铬、镍和铁的回收率分别在90%、98%和96%以上。研究表明,含镍烧结矿Cr_(2)O_(3)含量的提高会造成熔炼时间的延长,这不利于焦比的降低与不锈钢产量的提高。在后续研究中,将开发出由含镍烧结矿与含铬球团矿构成的综合炉料结构,以更有效地实现高铬镍铁的冶炼。

液态反应法制备TiC_p增强铸造Fe-Cr-Ni基复合材料

研究了利用液态反应法制备的TiC颗粒（TiCo）增强铸造Fe-Cr-Ni基复合材料的显微结构和力学性能．该复合材料主要由γ基体和均匀分布的尺寸为1-5μm的球状或多面体状TiCp组成γ／TiCp界面洁净，两相靠近界面的区域内均存在高密度位错（Ti十C）加入量（质量分数）为3％-6％时复合材料的常温和高温拉伸性能比基体合金明显提高，其拉伸断口在800℃时仍能保持韧性断裂特征.

Fe-Cr-Ni耐磨涂层的摩擦性能及作用机理

研究了φ2mm粉芯丝材电弧喷涂Fe-Cr-Ni耐磨涂层的摩擦性能,分析了其结构特征和摩擦作用机理。结果表明:Fe-Cr-Ni耐磨涂层具有优良的抗磨减摩性能,对摩试环磨损表面形成转移膜。其磨损机制主要是磨料磨损和分层磨损。

Cr含量对Fe-Cr-Ni镀层电化学腐蚀性能的影响

以硫酸盐和氯化盐为主盐,将Cr以微粒形式悬浮于镀液中,电沉积Fe-Cr-Ni复合镀层,用电化学方法研究了镀液中Cr粉含量对电沉积Fe-Cr-Ni复合镀层在NaCl介质中的腐蚀行为的影响。结果表明:在镀层的浸泡试验中,溶液中Cr粉含量为100g/L获得的镀层自腐蚀电位是最负的。动电位扫描显示,镀层都有钝化性能。但对于溶液中Cr粉含量为100g/L获得的镀层出现明显的过钝化,其耐蚀性能较差。

原位TiC颗粒增强Fe-Cr-Ni基复合材料的高温蠕变行为

在９７３－１１２３ Ｋ和４０－１６０ＭＰａ条件下研究了含５％， １０％， １６％（体积分数，下同）原位ＴｉＣ颗粒增强的 Ｆｅ－２６Ｃｒ－１４Ｎｉ基复合材料的高温里蠕变性能．原位ＴｉＣ颗粒明显改善了 Ｆｅ－２６Ｃｒ－１４Ｎｉ基复合材料的高温蠕变性能．含５％ 和１０％ＴｉＣ复合材料的抗蠕变能力比基础合金增强．随着 ＴｉＣ颗粒体积分数的增高，复合材料的蠕变速率降低而蠕变激活能和 临界应力提高．ＴＥＭ显微组织观察表明，复合材料的蠕变主要是以局部位错攀移机制进行的.因此，所有蠕变速率可以由应力 指数为５的指数方程经归一化处理得到．

EA4T钢表面激光熔覆Fe-Cr-Ni涂层的组织与性能

通过激光熔覆技术对损伤车轴EA4T钢表面进行修复,利用光学显微镜、扫描电镜和X线衍射方法分析修复层的显微组织结构,利用万能拉伸试验机和应力测试仪测试修复层和基体的结合性能及残余应力。研究结果表明:修复层显微组织主要由γ-Fe固溶体、BNi_3、M_7C_3和Fe_3C组成,热影响区为上贝氏体和呈网状分布的铁素体组织,修复层和基体的结合区主要由平面晶、柱状晶和树枝晶组成,修复层顶部区域其组织主要以交叉树枝晶为主;激光熔覆后的EA4T钢的抗拉强度升高,但屈服强度和常温U型缺口冲击性能降低;整个修复层中残余应力较大,呈拉应力状态分布,而基体区域呈压应力状态分布。

耐高温氧化Fe-Cr-Ni中熵合金氧化层的微结构与力学性能分布

目的开发有优异抗高温氧化性的低成本Fe-Cr-Ni中熵合金,研究其高温氧化层微结构与力学性能分布。方法通过连续氧化增重试验研究了Fe-Cr-Ni中熵合金在1150~1240℃空气中的氧化动力学,结合SEM、EDS、XRD、XPS等分析技术与微米划痕试验,对经1150℃氧化4 h后的氧化层形貌、成分、相分布与微米力学性能分布进行了分析。结果Fe-Cr-Ni中熵合金在空气中高温氧化增重遵循抛物线规律,氧化激活能为417.64 kJ/mol,抗氧化性优异;经1150℃氧化4 h后,Fe-Cr-Ni中熵合金氧化层形成双层结构,外层主要由致密的Mn(Fe/Cr)_(2)O_(4)尖晶石氧化物、Fe_(2)O_(3)和少量MnO_(2)组成,内层由致密且连续的Cr_(2)O_(3)组成,在基体与氧化层界面弥散分布着SiO_(2)内氧化物颗粒。氧化层的力学分布特征体现了其分层结构,外层与内层的结合力约为10 N,氧化内层与基体的结合性好,结合力约为24 N。随着划痕深度的增加,压头从氧化层表面划动至基体,塑性变形比例逐层降低,断裂韧性则随着划痕深度的增加逐层增大。结论开发的低成本Fe-Cr-Ni中熵合金具有优异的耐高温氧化性能,经高温氧化后在表面形成致密的氧化层有效阻碍了O^(2-)的向内扩散和合金元素的向外扩散,同时SiO_(2)内氧化物颗粒增加了氧化层与基体的结合力,这是Fe-Cr-Ni中熵合金具有优异抗氧化性的重要原因。

Fe-Cr-Ni合金碱性应力腐蚀破裂

介绍了核电站蒸汽发生器传热管Fe Cr Ni合金、特别是 80 0合金的碱性应力腐蚀破裂 ,总结了材质成分、热处理、应力、冷加工、环境和电化学等因素对Fe Cr Ni合金的碱性应力腐蚀破裂的影响 ,并归纳了预测应力腐蚀破裂敏感电位的方法。

电沉积Fe-Cr-Ni合金的电化学腐蚀行为

以硫酸盐为主盐,研究了工艺参数中温度、电流密度对Fe-Cr-Ni镀层沉积速率和腐蚀性能的影响。采用电化学试验方法研究不同条件下所获得的镀层在NaCl溶液中的腐蚀行为,结果表明,在饱和NaCl溶液中镀层都有钝化性能。60℃下获得的镀层有明显过钝化现象,抗腐蚀性能较差。不同电流密度下的镀层显示了不同的电化学性能。电流密度为5 A/dm2时,处于钝态时,电流随着电位的正移逐渐增大是一个非常缓慢的过程,钝化膜仍然发挥作用。在饱和NaCl溶液中,电流密度为5 A/dm2时所获得的镀层的耐蚀性能较好。

氦对Fe-Cr-Ni合金和Fe-Cr-Mn合金辐照损伤的影响

利用超高压电镜与高能离子加速器连接装置 ,研究了氦 (He)对Fe Cr Ni和Fe Cr Mn两类奥氏体型合金辐照损伤行为的影响。观察了辐照过程中二次点缺陷的演变、空洞的形成以及辐照诱导晶界处溶质元素浓度的变化。实验结果表明 :He能促进两类合金空洞核心的增加 ,但空洞尺寸和密度不同 ;He能有效抑制辐照诱起晶界元素偏析 ,但对不同原子尺寸的溶质原子抑制效果不同。

Ce变质处理提高Fe-Cr-Ni中熵合金抗点蚀性的研究

目的 研究Ce变质处理提高Fe-Cr-Ni中熵合金在3.5%NaCl溶液中抗点蚀性的机理。方法通过动电位极化实验,分析Ca变质处理与Ce变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金的抗点蚀性。利用SEM和EDS等手段观察了经不同变质处理后合金中夹杂物的形貌和元素组成,并结合阻抗谱分析与XPS技术研究了Ce对钝化膜保护力的影响。结果经不同变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金中的夹杂物形态不同,Ca变质处理合金中夹杂物为CaO-Al_(2)O_(3)和CaS-Al_(2)O_(3)复合夹杂物。在腐蚀过程中,CaS优先溶解导致点蚀萌生。Ce变质处理合金中夹杂物是具有核壳结构的(Ce,Si)_(x)O_(y)-(Al,Mn)_(x)O_(y)稀土复合夹杂物,降低了点蚀敏感度,提高了抗点蚀性。在3.5%NaCl溶液中,Ca变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金的腐蚀电流密度为3.108×10^(‒6)μA/cm^(2),Ce变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金的腐蚀电流密度为4.883×10^(‒7)μA/cm^(2),其腐蚀电流密度降低了85%。Ca变质处理与Ce变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金的容抗弧均呈不完整的半圆状,钝化膜与基体间的电荷转移电阻分别为1.872×10^(5)Ω•cm^(2)和4.312×10^(5)Ω•cm^(2),Ce变质处理合金钝化膜中电荷转移电阻提高了1.3倍。稀土铈提高了钝化膜的Cr+Ni/Fe+Mn阳离子比,Ca变质处理与Ce变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金钝化膜的Cr+Ni/Fe+Mn阳离子分别为1.66和1.2。XPS分析结果同样表明,Ce变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金钝化膜具有更好的保护性。结论和Ca变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金相比,Ce变质处理合金具有更优异的抗点蚀性,这主要归因于稀土元素Ce的影响,一方面Ce使合金中的夹杂物改性,降低了点蚀敏感度;另一方面Ce增加了钝化膜的保护能力,提高了点蚀抗力。

Fe-Cr-Ni系相图计算

相图是研究成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础,是制定各种热加工工艺的依据,也是描述平衡凝固过程的有效工具。在钢铁材料中,Fe-Cr-Ni是一个非常重要的合金体系。奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和双相不锈钢均以Fe-Cr-Ni系富铁角为其基础成分。采用热力学软件Thermo-Calc计算了Fe-Cr-Ni三元系在500～1700℃的等温截面和Fe-C-12.5Cr-4.5Ni-0.5Si-0.6Mn(wt.%)系垂直截面。分析了Fe-Cr-Ni三元系等温截面和ZG0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢在相图中的相关系.

Fe-Cr-Ni电镀工艺和电化学腐蚀研究

研究了不同工艺条件对Fe-Cr-N i电镀层的沉积速率和腐蚀性能的影响。用电化学方法进行镀层的沉积,用动电位扫描进行镀层性能的测试,用正交实验法对工艺条件进行了优化。结果表明,Fe-Cr-N i合金和原始基体合金在3%NaC l溶液中均没有明显的钝化现象,但镀层显示了一定的延缓腐蚀的作用,且通过综合平衡分析得出最优方案,即电流密度12A/dm2、温度25℃、pH值2,在此条件下获得的镀层耐蚀性最佳。

Fe-Cr-Ni电镀层在工业废水中的腐蚀行为

选取不同粒度的铬粉,用复合电镀法在Q235碳钢表面进行Fe-Cr-Ni镀层的沉积,探讨了铬粉尺寸对FeCr-Ni镀层在工业废水中腐蚀行为的影响。在室温、80℃等不同温度下用动电位极化法进行镀层电化学腐蚀性能的测试,采用光学显微镜对镀层腐蚀形貌进行观察。结果表明:粗铬粉条件下获得的镀层的自腐蚀电位要明显正于细铬粉条件下获得镀层的自腐蚀电位,这与细铬粉条件下镀层具有较多晶界相关;动电位极化的粗铬粉和细铬粉镀层的阳极溶解相差不大,阴极均呈现氧的去极化作用;温度升高,镀层在工业废水中的腐蚀加速,这是由于温度升高晶界结合力减弱所致的。细铬粉镀层相较粗铬粉镀层而言,耐蚀性没有明显的改善;镀层对于延缓电化学腐蚀性能的作用较差。

Fe-Cr-Ni-O体系碳还原产物热力学计算及实验分析

对Fe-Cr-Ni-O体系碳还原产物的组成与特性进行探讨。首先对不同温度及碳氧摩尔比条件下Fe-Cr-Ni-O体系碳还原产物进行热力学分析,然后对Fe-Cr-Ni-O体系及模拟不锈钢粉尘进行等温碳还原实验,并对还原产物进行系统分析。研究结果表明:升高温度有利于体系中各金属氧化物的还原及合金相的生成;当碳氧摩尔比(nC:nO)小于1.0时,体系中金属氧化物尤其是Cr2O3的还原不完全;当碳氧摩尔比大于1.0时,还原产物中容易出现金属碳化物。当碳氧摩尔比为1.0时,渣铁分离效果较好。此外,温度主要影响反应后期的失氧速率,而碳氧摩尔比主要影响样品的最终失氧率,但温度与碳氧摩尔比对反应前期的影响均不大;推断前期主要发生Ni O和Fe2O3的还原,而后期主要发生Cr2O3的还原。

Fe-Cr-Ni合金碱性SCC的电化学预测方法

应用动电位扫描研究了Fe_Cr_Ni合金 (80 0M)C形环在含硫代硫酸钠杂质的热浓碱溶液中的应力腐蚀破裂 (SCC)行为 .测量了 80 0M合金试片与C形环试样恒电位极化时的稳态溶解电流ist,据此绘制了简化模拟“稳态”恒电位极化曲线 ,并将该极化曲线的ist与低电位下的稳态钝化电流ip之比 (RPD=ist/ip)定义为极化溶解敏感指数 .发现 80 0M合金C形环发生碱性SCC的电位区 (E =- 30～ 4 0mV)处于慢扫阳极极化曲线的钝化区 ,并对应于快扫极化曲线的钝化_过钝化溶解转变区 ;在该敏感电位区 ,试片与C环形试样的ist位于简化的模拟稳态恒电位极化曲线的过钝化区 ,试片与C形环试样两者的极化溶解敏感指数值很接近 (分别为 2 .5 5～ 7.0 3和 2 .5 2～ 6 .0 0 ) .综合稳态溶解电流密度 ,极化溶解敏感指数等有关信息 。

Fe-Cr-Ni合金连铸坯皮下裂纹研究

目前,Fe-Cr-Ni耐蚀合金连铸坯往往会产生皮下裂纹。为此,采用金相试验、电子探针分析和凝固过程的原位观察等方法,研究了150 mm厚×1 150 mm长的Fe-Cr-Ni合金连铸坯产生皮下裂纹的原因。试验结果表明,皮下裂纹大多发生在Fe-Cr-Ni合金连铸坯凝固前沿的晶界,该区域发现有大量的TiO_2、Al_2O_3等氧化物,这是Fe-Cr-Ni合金中Al和Ti元素与保护渣中的SiO_2反应的产物。此外,皮下裂纹内有钠和钾等元素,结晶器内化渣困难,弯月面处的保护渣易被卷入连铸坯皮下区域。Fe-Cr-Ni合金连铸坯的皮下裂纹主要是保护渣及其反应产物造成的。

Fe-Cr-Ni合金碱性SCC的电化学研究

采用控制电位下恒变形C形环试样试验研究了Fe -Cr-Ni合金 (80 0M )在含硫代硫酸钠杂质的热浓碱溶液中的应力腐蚀破裂 (SCC)行为 ,测量了C形环试样恒电位极化时的稳定溶解电流密度ist(稳定溶解速率 ) .用电化学方法研究了腐蚀形貌与电位和 ist的相互关系 ,发现ist随电位的变化呈单调增加趋势 ,ist为 0 6 8mA/cm2 ～ 1 6 2mA/cm2 ,对应电位ESCE=- 30mV～ 4 0mV ,C形环试样发生碱性SCC ;当电位和ist为其它值时 ,发生全面腐蚀 (含晶间腐蚀 ) .

激光熔覆Fe-Cr-Ni合金涂层的微观组织及摩擦磨损性能

为了提高45钢的表面性能,利用激光熔覆技术在其表面制备了Fe-Cr-Ni合金涂层。以熔覆层的稀释率及宏观形貌作为涂层熔覆质量的评价指标,通过均匀试验来优化涂层的激光熔覆工艺参数。采用X射线衍射、扫描电镜、显微硬度仪和摩擦磨损试验机等研究了采用最佳工艺参数制备的熔覆层的物相、力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:采用最佳工艺参数制备的铁基熔覆层上部由晶粒细小的等轴晶与胞状晶组成,中部由晶粒尺寸较大的等轴晶和胞状晶组成,下部由尺寸粗大的柱状晶组成;熔覆层平均显微硬度为787.38 HV0.3,约为45钢基体的3倍;与45钢相比,在40 N试验力下,Fe基合金熔覆层摩擦系数为0.27,磨损体积仅为45钢基体的7.9%,其磨损机理以粘着磨损和磨粒磨损为主,耐磨性能有显著提升。

铁铝含量对Fe-Cr-Ni合金渗铝涂层及其防结焦性能的影响

采用固体粉末包埋渗铝法,在Fe-Cr-Ni合金表面制备渗铝涂层,并研究了其因渗剂中铁铝含量的不同对Fe-Cr-Ni合金渗铝、氧化及结焦行为的影响。通过对各组渗铝以及渗铝并氧化后的试样表面及截面微观形貌、相组织进行研究,并结合结焦增重曲线发现,铁铝比例的增加能够促使合金表面形成平整致密的渗铝涂层,提高氧化膜的质量,但也会降低渗层的厚度,影响表面氧化膜的连续性。选用合适的铁铝含量可以获得较高质量的氧化铝涂层,进而达到防结焦效果。