热处理工艺对Fe-Mn-Al-C钢组织和性能的影响

利用SEM、XRD、EPMA等试验方法,对不同退火、固溶以及时效工艺下Fe-Mn-Al-C钢的组织演变规律和力学性能进行研究。结果表明,900~1050℃退火温度对试验钢的组织与性能影响较大,随着退火温度的升高晶粒尺寸增大、碳化物逐渐回溶,强度降低、塑韧性提高,在1050℃保温2 h空冷时抗拉强度为1036 MPa,断后伸长率为39%,冲击功41 J,强塑积40 GPa·%;经1050℃保温2 h水冷固溶后时效处理,试验钢组织为奥氏体+铁素体+κ碳化物,随着时效温度的增高,κ碳化物逐渐析出,使试验钢的强度增加、塑韧性降低。600℃时效时,抗拉强度1145 MPa、断后伸长率22%、冲击功28 J,综合力学性能全部满足设计要求。

固溶处理对Fe-Mn-Al-C钢组织及力学性能的影响

通过XRD,OM,SEM,EDS,EPMA表征了不同铝质量分数(6%,8%,10%)的铸态Fe-Mn-Al-C钢经过不同温度固溶处理1 h后的组织,并对其性能进行了研究,结果表明:不同铝质量分数的Fe-Mn-Al-C钢的硬度经900、950、1 000℃固溶处理后,随固溶温度的升高硬度均表现为先增加后降低.3种钢的硬度在950℃固溶处理时表现为最大值,分别为240、298、337 HV.固溶温度升高时,3种铝质量分数的Fe-Mn-Al-C钢组织中铁素体相体积分数增加,奥氏体相的形貌发生变化;w(Al)=6%的Fe-Mn-Al-C钢的抗拉强度随固溶温度的升高而增大,1 000℃时达到最大值455 MPa;w(Al)=8%的Fe-Mn-Al-C钢抗拉强度随固溶温度升高而降低,但较铸态有所提高;900℃固溶时达到最大值504 MPa.

电渣重熔Fe-Mn-Al-C钢的组织性能及变形机制

采用扫描电镜、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)技术和透射电镜(TEM)等研究了奥氏体基Fe-Mn-Al-C(Mn30Al9SiMo)钢的组织性能及变形机制。结果表明:经电渣重熔后,Mn30Al9SiMo钢中以MnS为主的非金属夹杂物、铸态/轧态组织性能均得到明显的改善。经480~550℃时效处理12 h后,细小的κ-型碳化物在奥氏体基体中析出,随着时效温度升高,κ-型碳化物有聚集的趋势,并且发生了奥氏体向低温铁素体α和κ-型碳化物的转变;当时效温度达到550℃时,B2相的存在导致试验钢的脆化严重,强韧性降低。经530℃时效处理后,试验钢的强度和塑性搭配最佳,抗拉强度为1042 MPa,断后伸长率为29.2%。试验钢具有典型的平面滑移特征,变形机制以微带诱发塑性(MBIP)效应为主。

低密度Fe-Mn-Al-C钢的组织及性能

本文介绍了低密度Fe-Mn-Al-C钢的相结构、微观组织特点和相关的室温及低温性能遥低密度Fe-Mn-Al-C钢具有优异的物理和机械性能,同时提供了高达18%的减重,使其成为轻型耐碰撞汽车车身结构和低温工业中结构部件的优异材料。本文介绍了最新的钢种设计方法。特别是,总结了L'1_(2)(Fe,Mn)_(3)AlC碳化物(资碳化物)和B2型富Ni或富Cu析出物的相结构及其变形行为遥未来的科学和技术挑战使这些钢成为工业应用的结构材料。

基于BIM技术与模拟退火算法的村镇轻钢框架结构智能设计方法

传统村镇住宅结构设计需要进行大量的人工试算与重复建模,而受制于建设成本,村镇住宅无法像城镇住宅一样通过设计师进行专业的结构设计与验算,其安全性与经济性均难以满足要求。为此,提出一种村镇轻钢框架结构智能设计方法,包括智能建模与智能优化两个环节。基于图层自动识别算法、光学字符识别技术、自适应分块算法提出村镇轻钢框架结构BIM智能建模方法,包括图层识别、轴文本数据提取、墙体轮廓提取等,智能建模结果基本满足实际工程要求。基于提出的两阶段模拟退火算法给出村镇轻钢框架结构的智能优化方法,优化速度较快,优化效果良好。通过实际工程案例对提出的智能设计方法进行验证,结果表明,提出的村镇轻钢框架结构智能设计方法具有可行性,与传统的人工设计方法相比,设计周期可缩短70%以上,材料用量、结构设计指标接近人工设计结果。

微合金化低碳马氏体钢的显微组织及力学性能

制备了钛、铌和钼等元素掺杂的微合金化低碳马氏体钢,并对其进行热轧+880℃淬火+不同温度(170,190,210,230,250℃)回火处理,研究了不同热处理态试验钢的显微组织、拉伸性能和冲击性能,以190℃回火态钢为例分析了强韧化机制。结果表明:热轧态试验钢由铁素体和贝氏体组成,淬火态试验钢由铁素体和马氏体组成,不同温度回火态试验钢均由回火马氏体和少量铁素体组成,回火态试验钢的铁素体面积分数在15%~20%,低于热轧态和淬火态;淬火态试验钢的抗拉强度和布氏硬度最高;随着回火温度升高,回火态试验钢的抗拉强度和布氏硬度下降,断后伸长率、屈服强度和冲击吸收功均先增大后减小;190℃回火态试验钢的断后伸长率和冲击吸收功最高,拉伸断口和冲击断口处纤维区中韧窝占比最高,抗拉强度、布氏硬度和屈服强度适中,综合力学性能最好;190℃回火态试验钢中析出的纳米级小尺寸(Ti,Nb,Mo,Cr)C相起到沉淀强化作用,纳米级大尺寸(Ti,Nb,Mo,Cr)C相起细晶强化作用,大角度晶界占比较高,提高了裂纹扩展功,因此试验钢强度和韧性提高。

某东南沿海电厂钢结构腐蚀影响因素分析

目的 对比腐蚀环境因子分布和钢结构腐蚀事件分布,分析影响火力发电厂钢结构腐蚀的主要环境因素,探讨火力发电厂钢结构腐蚀的机理。方法 以东南沿海某火力发电厂为例,对电厂厂区进行网格化,利用便携式温湿度计进行逐网格温、湿度监测,逐网格收集结构物表面灰尘,并分析其中氯离子、可溶盐、酸碱含量等,开展腐蚀环境监测。统计从2012年至2022年10年间该电厂每一网格内的腐蚀防护工程,如腐蚀防护器件、装备、材料购置等项目的施工或应用次数。结果 温度、湿度及钢结构表面灰尘中氯离子含量、可溶盐含量、灰尘浸渍水p H等因子受海洋环境、厂区结构分布、生产活动多重原因的影响,随距海距离增加呈带状分布,或围绕生产设施点呈辐射分布。结论 环境因子对钢铁结构腐蚀的影响大小顺序为结构物灰尘含盐量>结构物灰尘浸渍水p H>相对湿度>结构物灰尘氯离子含量>温度。电厂钢结构腐蚀机理为雨水或大气凝结水溶出结构物表面灰尘的可溶性盐,含盐水经涂层缺陷输运至金属表面,成为钢铁腐蚀原电池的离子导路,导致钢结构发生电化学腐蚀。

工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能影响的试验研究

为了研究工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁(大截面PEC梁)受弯性能的影响,对5根不同构造的大截面PEC梁进行了静力试验,研究了两点加载下主次梁腹板开洞方式对大截面PEC梁试件受弯性能、延性、破坏模式等的影响规律。结果表明:静力荷载作用下,各个试件均表现出良好的延性,腹部开孔对试件承载力和截面刚度有一定的削弱作用。型钢主钢件的应变与混凝土的应变沿截面高度方向均大致呈线性变化,符合平截面假定。按《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719—2020)计算得到的开工艺孔的大截面PEC梁抗弯承载力与试验值误差较小,受尺寸效应影响不大,所采用计算公式安全可靠。

Fe-Mn-Al-C系低密度钢及其强韧化机制研究进展

汽车行业的迅速发展使得能源消耗、环境污染等问题日益严重,而开发高强度且轻量化的汽车用钢对节能减排具有重要意义。目前正在研发的第三代先进高强钢包括轻质(Lightweight)钢、Q&P(Quenching and partitioning)钢和中锰钢(Mn质量分数为5%~10%)。其中,Fe-Mn-Al-C系低密度高强钢由于Al元素的加入,在密度降低的同时保持着良好的力学性能,满足第三代汽车用钢对轻量化的要求。同时,由于大量Al、Mn和C元素的添加,Fe-Mn-Al-C系低密度钢的冶炼连铸、微观结构、变形机制、加工过程及应用性能与传统钢种大不相同。本文系统阐述了Fe-Mn-Al-C系低密度钢的成分设计及其中合金元素的作用,介绍了低密度钢的微观组织结构特征;重点讨论了单一铁素体钢、奥氏体基钢、奥氏体基双相钢和铁素体基双相钢的各种强韧化机制,包括固溶强化、细晶强化、沉淀强化及其独特的应变硬化机制,如相变诱导塑性(TRIP)、孪晶诱导塑性(TWIP)、微带诱导塑性(MBIP)、剪切带诱导塑性(SIP)和动态滑移带细化(DSBR)等;并就层错能(SFE)对奥氏体钢变形机制产生的影响进行了总结;最后,对Fe-Mn-Al-C系低密度钢的强韧化机制研究进行展望,为后续研究者的工作提供参考。

局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

针对部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点区域后浇筑混凝土不易密实的问题,研究了受拉侧混凝土对局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁(局部半包裹PEC梁)受弯性能的影响,进行了2根不同构造的局部半包裹PEC梁的四点弯曲试验,模拟局部半包裹PEC梁负弯矩区受力状态,对其受弯性能、延性、破坏形式等展开分析。结果表明:局部半包裹PEC梁表现出良好的延性,挠度达到l_(0)/50时截面抗弯承载力并未下降。型钢主钢件、混凝土的应变沿截面高度方向大致呈线性变化,可引用平截面假定计算受弯承载力及刚度。局部半包裹PEC梁受拉侧混凝土对其极限承载力与破坏模式影响不大,在计算局部半包裹PEC梁柱节点受力时可不考虑受拉侧混凝土作用,节点后浇筑区域可采用半包裹填充,以加快施工进度。此外,对局部半包裹PEC梁进行建模,进行梁受弯过程的有限元分析,对比模拟结果与试验结果,二者荷载-挠度曲线吻合较好,误差均在10%以内。

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明:强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。

新型分层装配式节点钢框架地震易损性分析

为提高装配式钢框架的装配效率,结合节点抗震性能要求,提出一种新型全螺栓分层装配式节点。对新型和传统两类节点进行抗震性能试验研究,并把节点参数引入整体框架模型中,采用SAP2000建立两类框架模型并进行增量动力分析。考虑基于层间位移角的单参数损伤模型和基于变形与累积耗能的双参数损伤模型,定义结构性能水准限值并划分破坏等级,对结构进行地震易损性分析。结果表明:在单、双参数损伤指标下,新型节点框架的易损性曲线都包络于传统节点钢框架的易损性曲线内,且新型节点框架的抗倒塌储备系数更大,说明采用新型节点能降低结构在各破坏状态下的失效概率,提高框架的抗倒塌能力;在LS1、LS2极限状态下结构基于单参数损伤指标的峰值加速度中位值比基于双参数损伤指标下的峰值加速度中位值小,在LS3、LS4极限状态下则相反,说明累积耗能对结构抗震性能评估影响明显,结合双参数损伤指标能更好地预测结构的损伤程度;新型节点框架在单、双参数损伤模型下的倒塌储备系数均高于传统框架,说明新型框架的抗倒塌储备能力更高,有利于结构抗震。

新一代高技术宽带钢轧机电工钢高精度板形控制研究进展

自由规程轧制是实现柔性一体化生产组织和追求最大生产效率的必要途径,板形控制一直是制约电工钢自由规程轧制的瓶颈难题。阐述了国际上对新一代高技术宽带钢轧机机型的不断探索与板形控制技术特征及其日趋复杂化的进展研究;基于热模拟与数学模型构建了电工钢完整轧制过程的高温本构关系,建立了电工钢热塑性变形过程集成仿真模型,原创构建了电工钢自由规程轧制完整过程中可同时控制不均匀变形和不均匀磨损的非对称自补偿轧制作用机制、提出了一种由数据与机理融合驱动的电工钢自由规程轧制形性协同的非对称自补偿轧制轧辊辊形、液压窜辊和液压弯辊的高精度融合控制方法。结合生产实际提出了新一代高技术热连轧自由规程轧制过程的全板形融合π机型与板形控制创新技术,突破性实现了高效低成本对新一代高技术宽带钢轧机自由规程轧制的高精度板形控制,为现场工业生产提供了理论基础和创新实现路径。最后展望了宽幅电工钢高精度板形控制的创新发展趋势。

SPA-H钢分层缺陷问题分析及改进措施

针对SPA-H热轧板加工过程中出现的分层缺陷问题,通过宏观观察、金相分析、组织分析后认为,材料中的Al_(2)O_(3)夹杂物及偏析是导致分层缺陷的主要原因。采取了降低转炉终点氧含量、优化钢包顶渣改质工艺、全程保护浇铸、确定拉速为(1.55±0.05) m/min、确定过热度为(25±5)℃等措施后,夹杂缺陷返修率为零,材料中未发现明显偏析。

滚动轴承钢碳氮共渗工艺研究

以GCr15和GCr15SiMn轴承钢为研究对象,进行不同工艺的碳氮共渗热处理实验研究。利用光学显微镜观察试样热处理后的显微组织、晶粒度,利用X-射线衍射仪分析热处理后残余奥氏体的含量,利用硬度仪测量试样热处理后的硬度变化规律,研究共渗温度对渗层组织和性能的影响。研究结果表明:考虑碳氮共渗层深度、显微组织、晶粒度以及硬度综合因素,碳氮共渗温度控制在820℃,碳势控制在1.18%,进行淬火和低温回火的组织和性能较好。该工艺下增加冷处理,GCr15SiMn试样表面硬度从64.5 HRC提高至66.1 HRC,表面残余奥氏体量从22.1%下降至12.5%。冷处理有效降低了表面残余奥氏体含量。

全装配式钢结构楼板动力性能及舒适度有限元分析

针对全装配式楼板刚度偏低、舒适度不足的问题,优化设计一种已有的新型全装配式钢结构楼板;基于承载力和自振频率对该楼板的承重结构进行选型,并建立考虑构造体的全装配式钢结构楼板精细化有限元模型,采用有限元方法分析该楼板的动力性能,研究全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度、高度和楼板跨度对楼板自振频率及加速度响应的影响。结果表明:优选的全装配式钢结构楼板特型波纹板具有较大承载力并可以满足楼板自振频率要求;增大全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度、高度,减小楼板跨度,可以增大楼板的自振频率,减小峰值加速度,有效改善楼板的舒适度;全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度宜选为1.5 mm,并得到常用全装配式钢结构楼板特型波纹板高度的适用楼板跨度范围。

TRIP980钢的组织性能调控与动态本构模型

设计了一种相变诱导塑性(TRIP)钢,研究了贝氏体等温温度对力学性能和微观组织的影响。针对最优工艺,研究了10^(-4)~10^(3) s^(-1)应变速率范围内的动态力学性能,构建并修正了动态本构数学模型。结果表明:当贝氏体等温温度为380℃时,实验钢具有最优的静态力学性能(应变速率10^(-3)s^(-1)),屈服强度达到705 MPa,抗拉强度达到1005 MPa,伸长率为16%,强塑积达到了1.6 GPa·%。应变速率的变化对实验钢的硬化行为和TRIP效应的发生有明显的影响。当应变速率达到10^(3) s^(-1)时,屈服强度和抗拉强度分别达到了815和1145 MPa,分别提高了12.4%和13.9%。经A4系数修正后的动态本构数学模型表明,R值和eAARE的平均值分别达到0.9895和27.5%,具有较精确的预测精度。

西安城市展示中心长悬挑、大跨度钢结构设计

西安城市展示中心由南馆、北馆和连桥组成,其中南馆悬挑长度62m,连桥跨度150m。结合建筑方案特点,南馆与连桥采用整层钢桁架结构体系,结构布置与建筑形态高度契合。介绍了南馆、连桥、穹顶、屋面等位置的结构布置情况,明确了超限项和抗震性能目标,对于多杆件复杂交汇钢节点进行有限元分析。针对南馆、连桥屋楼盖振动舒适度不足,设计布置了调谐质量阻尼器(TMD),实测减振效果显著。对连桥提升过程进行施工模拟,结果表明该过程增加了连桥挠度,需要考虑提前起拱。对超长连体结构温度和地震行波效应进行分析,根据结果对连桥楼板配筋和局部框架柱进行了加强。大震弹塑性分析与防连续倒塌分析结果表明,结构满足“大震不倒”的性能目标,结构冗余度较高,具有良好的防连续倒塌能力。

聚脲涂覆大型钢制储罐抗冲击性能数值仿真

为提高大型钢制储罐抗冲击性能,开展聚脲涂覆大型钢制储罐冲击响应的数值模拟和理论分析研究。基于前期工作已验证的数值模型,建立聚脲涂覆钢罐的有限元模型。数值模拟结果表明:将聚脲涂覆于罐体外表面能有效降低冲击载荷作用下局部塑性变形,在冲击体撞击角度为45°时能避免罐体穿孔破坏;聚脲涂层的主要防护机制为降速和垫层作用;提高喷聚脲涂厚度能增加罐体最大吸能值和面密度吸能值;当涂层厚度为15 mm时罐体不产生穿透破坏,满足英国储罐设计规范要求。根据罐体冲击响应特征和聚脲涂层作用机制,建立预测罐体断裂临界冲击速度的理论公式,能较精确预测涂覆罐的最大吸能值,可为聚脲涂覆钢制储罐抗冲击防护设计提供科学参考依据。

原油乳状液对20钢的腐蚀

以某油田原油和采出水为原料配制了不同含水率的油包水或水包油乳状液,利用失重法和电化学测试技术研究了20钢的腐蚀行为,分析了不同含水率和不同类型乳状液的腐蚀性。结果表明:乳状液的腐蚀性低于采出水的腐蚀性,且水包油乳状液腐蚀性大于油包水乳状液;由于油包水乳状液中原油在20钢表面吸附形成的油膜的完整性较好,20钢与水分子接触受到一定限制,腐蚀比较轻;随着含水率增大,油膜完整性逐渐受到破坏,乳状液腐蚀性明显变强;在水包油乳状液中,20钢与采出水直接接触,20钢表面只存在分散状的油膜,其对金属基体的保护作用较弱,随着含水率的增加,水包油乳状液对20钢的腐蚀接近于采出水;在油水界面处,20钢腐蚀严重,其腐蚀行为与在水包油乳状液中的类似。