一种新型高淬透性Ni-Cr-Mo-B钢的热变形本构分析

基于Gleeble单道次热压缩实验并结合OM表征手段及回归方法,研究了一种新型高淬透性Ni-Cr-Mo-B特厚板钢在850～1 150℃和0. 01～10 s-1热变形参数下的热变形行为。结果表明,Ni-Cr-Mo-B钢在热变形过程中流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增加而增大。建立的典型应变补偿Arrhenius型本构方程可用于粗略预测Ni-Cr-Mo-B钢的流变行为。考虑到应变速率、变形热对变形过程的影响,提出修正应变补偿Arrhenius型本构方程,其统计学参量Rc=0. 994 68、AARE=3. 69%、RMSE=6. 44 MPa、NMBE=1. 25%,相对误差大部分(94. 87%)在±10%之内,表明该方程具有极高的流变应力预测精度。

基于峰值检测的便携式钢筘测量仪研发

针对纺织生产现场随时进行机上快速测量的使用需求,研发了一款采用振动传感器和位移传感器的便携式钢筘筘号测量仪。首先,在分析振动信号的基础上,通过统计振动信号波峰数量获得筘齿数。其次,在统计波峰过程中,引入并优化无参数的自动多尺度峰值检测算法,降低其时空复杂度,实现筘齿的准确计数。最后,设计便携式钢筘测量仪硬件、软件架构,硬件上采用高性能STM32微控制器,能较好采集数据和运行算法;软件上增添时间和位移的双重条件检查,增加测量可靠性。实验结果表明:基于优化峰值检测算法的便携式钢筘测量仪,能够较好地测量工厂常用钢筘的筘号,并具有操作方便、无需设置阈值等优点。

X65管线钢非金属夹杂物演变规律分析

为优化X65管线钢综合性能,减少非金属夹杂物对钢性能的影响,开展了X65管线钢中非金属夹杂物演变规律探究。通过工业化试验,对X65在精炼以及浇铸过程中的LF进站、 LF出站、VD破空、喂钙线结束、软吹结束、中间包开浇时及铸坯、热轧板上分别取钢水样和钢样进行检测分析。结果显示,LF进站时与出站时相比,非金属夹杂物类型和形状发生变化;VD破空后与钙处理后相比,非金属夹杂物类型和含量发生变化;软吹结束、中间包、连铸坯、热轧板钢中非金属夹杂物类型未有明显变化,但数量及含量发生变化。因此,采取相应优化措施,可有效控制钢中非金属夹杂物类型、大小及含量。

方钢管混凝土柱穿入式组合节点耗能机制

开展了4个翼缘削弱的钢管混凝土柱穿入式组合节点抗震性能与三维实体有限元精细化模型分析。在混凝土三轴塑性损伤和钢材混合强化模型基础上,进一步引入钢材的韧性损伤模型,探讨了钢梁削弱程度对节点抗震性能与破坏形式的影响规律,结果显示引入钢材韧性损伤的有限元模型分析结果与试验结果更加吻合,且钢梁削弱程度降低了该节点的刚度、承载力和耗能。随后对不同钢梁尺寸和柱端拉筋强构造下的组合节点进行了承载力、刚度和塑性耗能分配与失效机制的影响规律分析,分析结果表明:穿入式节点分别在梁-柱抗弯承载力比介于1.66~2.11、梁-柱线刚度比介于1.90~1.96、梁-柱截面刚度比介于1.16~1.21时,将由梁耗能向柱耗能转变;柱端拉筋强构造技术后,由于拉筋直接约束混凝土,大幅度提升了柱端抗弯承载力和耗能能力,组合节点在高轴压比时仍维持梁端失效破坏模式;根据《建筑抗震设计规范》,梁-柱抗弯承载力比取值小于1时为强柱弱梁,这对穿入式组合节点强柱弱梁的定义较为保守。

公路边坡锚固用钢表面涂层的热处理与耐蚀耐磨性能

为了提升公路边坡锚固用钢的表面耐蚀和耐磨性能,采用化学镀和热处理相结合的方法在锚固用45#钢基体表面制备了Ni-B涂层,研究了热处理温度对表面涂层显微形貌、物相组成、疏水性、硬度、耐蚀和耐磨性能的影响。结果表明,250℃和350℃热处理后涂层表面致密性提高,450℃热处理后涂层表面致密性降低,局部颗粒产生裂纹;热处理前和250℃热处理后锚固用钢表面涂层呈非晶态特征,升高热处理温度至350℃及以上时涂层主要由Fe、Ni_(2)B、Ni_(3)B和Ni_(4)B_(3)相组成,呈晶态特征;经过不同温度热处理后,锚固用钢表面涂层的硬度有不同程度增大,热处理温度为350℃时涂层的硬度最大(832 HV)。350℃热处理涂层的磨痕深度明显小于热处理前、250℃热处理和450℃热处理涂层,耐磨性较好;相较于热处理前锚固用钢表面涂层,350℃热处理涂层的腐蚀电位发生正向移动、腐蚀电流密度减小,450℃热处理涂层的腐蚀电位发生负向移动、腐蚀电流密度增大,350℃热处理涂层的耐蚀性最好。适宜的锚固用45#钢表面涂层的热处理温度为350℃,此时表面涂层的硬度最高,耐蚀和耐磨性最好。

锈蚀Q345C钢材疲劳性能试验研究及数值模拟

为了研究桥梁常用Q345C结构钢锈蚀损伤后的疲劳性能,开展了Q345C钢材电化学加速锈蚀试验和拉伸疲劳试验,得到了不同锈蚀损伤程度下Q345C钢材的蚀坑深度分布特征和疲劳寿命,给出了50%和97.7%存活率下的S-N曲线,并对不同锈蚀率试件的疲劳断口特征进行了对比分析,通过3D扫描逆向建模并结合ABAQUS/FE-SAFE进行疲劳寿命仿真分析。结果表明:随着锈蚀率的增大,锈蚀区域由点蚀为主向均匀锈蚀为主转变;锈蚀对疲劳性能降低与应力水平有关,低应力水平下锈蚀对疲劳性能的降低尤为显著;未锈蚀试件97.7%存活率的S-N曲线与BS 7608规范接近且略大于钢结构设计规范GB 50017-2003,而锈蚀损伤试件97.7%存活率S-N曲线均低于常用疲劳规范曲线,且200万次等效疲劳强度明显降低;锈蚀试件断口存在明显的疲劳台阶且断裂后塑性变形小,试件的断口裂纹扩展面积比与应力水平和锈蚀率均呈反比;锈蚀试件疲劳寿命仿真结果与试验相比误差最大仅为6.32%。

采用PMO改善20CrMnTi钢的凝固组织和偏析研究

结合数值模拟与工业试验,研究了脉冲磁致振荡(pulsed magneto-oscillation,PMO)对180 mm×180 mm的20CrMnTi钢连铸方坯凝固组织和元素偏析的影响。采用COMSOL软件建立连铸坯三维数值模型,计算了PMO对铸坯流场和温度场的影响。结果表明:PMO作用于铸坯液芯产生双环流,促进了铸坯表面和心部的热交换。在设定的PMO线圈安装位置和生产工艺下,下环流液相过热度消失,有利于游离晶的增殖和长大,从而细化凝固组织并改善元素偏析。试验结果与模拟结果吻合较好,经PMO处理的铸坯中心缩孔数量和尺寸均显著降低,铸坯心部碳偏析指数从1.38降至1.07,Si、Cr、Mn元素偏析基本消除。

卷取温度对铁道车辆用高耐候钢显微组织和力学性能影响

通过中试热轧试验、拉伸试验机、维氏硬度计、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)研究了卷取温度对高耐候钢显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:卷取温度显著影响高耐候钢的显微组织和力学性能。卷取温度由540℃提高到700℃,屈服强度下降189 MPa,抗拉强度下降228 MPa,延伸率提高9.5%,HV_(0.5)降低57。卷取温度为540℃和620℃时,显微组织均为准多边形铁素体和粒状贝氏体,粒状贝氏体体积分数分别为42.7%和26%。随着粒状贝氏体体积分数增加,高耐候钢的强度显著提高,延伸率大幅下降。在卷取温度为700℃时,显微组织为准多边形铁素体和沿晶界弥散分布的颗粒状碳化物,试验钢板具有优异的强塑性匹配。

40mm厚原油储罐用12MnNiVR钢板在线淬火工艺研究

对40mm厚原油储罐用12MnNiVR钢板轧后离线淬火+回火和在线直接淬火+回火两种热处理工艺进行试验,分析了两种不同热处理方式下钢板组织和性能的差异。结果表明:两种热处理工艺路线均能满足12MnNiVR钢板性能要求,在线直接淬火+回火处理工艺路线的强度较好,回火工艺的温度范围适中,试验钢经模拟焊后热处理后拉伸、冲击均无明显变化。

压水堆国产SA-508-Ⅲ-1钢环境影响疲劳试验研究和预测模型开发

对压水堆核电厂一回路设备用国产SA-508 Gr.3 Cl.1低合金钢(简称SA-508-Ⅲ-1钢)进行室温和320℃空气环境,以及模拟压水堆一回路水环境下的疲劳性能试验研究,获得国产SA-508-Ⅲ-1钢在空气环境下的疲劳寿命最佳拟合曲线(平均曲线)。在此基础上,对影响国产SA-508-Ⅲ-1钢在压水堆核电厂一回路水环境下疲劳性能的应变速率、温度和溶解氧含量等参数的影响规律进行研究,获得各影响参数的影响函数方程。基于获得的各影响参数的函数方程,建立国产SA-508-Ⅲ-1钢的环境影响疲劳修正因子F_(en)预测模型。本文获得的压水堆核电厂一回路水环境下国产SA-508-Ⅲ-1钢的疲劳寿命都位于95%置信度限值(10^(±2σ))范围内,验证了本文预测模型的有效性。同时,本文获得的压水堆核电厂一回路水环境下国产SA-508-Ⅲ-1钢的疲劳寿命与美国阿贡国家实验室(ANL)模型所预测的寿命相比,也都位于95%置信度限值(10^(±2σ))范围内,说明ANL模型可用于国产SA-508-Ⅲ-1钢的疲劳寿命预测。本文获得的国产SA-508-Ⅲ-1钢的环境影响疲劳预测模型与ANL模型相比,更适用于国产SA-508-Ⅲ-1钢的寿命预测,为国内第3代核电厂一回路设备考虑压水堆一回路水环境影响的疲劳设计提供参考。

方钢管GT形钢组合T形截面柱轴压稳定承载力分析

为进一步研究影响方钢管-T形钢组合T形截面柱轴压稳定承载力的因素,采用ABAQUS有限元软件建立考虑残余应力和初始几何缺陷影响的方钢管-T形钢组合T形截面柱的有限元模型,并利用已有的试验数据校准ABAQUS有限模型的准确性。基于建立的模型,对比分析了初始几何缺陷、残余应力、钢材强度及截面尺寸和正则长细比对方钢管-T形钢组合T形截面柱轴压稳定性能的影响。研究结果表明:残余应力对构件稳定承载力影响并不显著;钢材强度,截面尺寸对构件稳定承载力影响显著。

地震与风作用下钢框架-自复位支撑筒结构损伤分析

为揭示地震‐风同时作用和先后作用下自复位支撑结构的损伤分布规律,对一50层钢框架‐自复位支撑筒在不同强度地震动与50年重现期风荷载下的梁/柱构件和结构整体损伤进行分析。结果表明,地震单独作用和地震‐风同时作用下,支撑筒梁均比外框架梁先受损,支撑筒柱较外框架柱损伤发展更快;地震‐风同时作用增大了柱的损伤程度,使31层柱的最大损伤值增大了78.6%;随着地震动强度的增大,风荷载作用对结构整体损伤的加重程度逐渐增大。在不同强度的地震动与50年重现期风荷载先后作用下,风荷载增大了震损结构的最大残余变形角均值;当峰值地面加速度为10 m/s2时,风荷载使震损结构的最大残余变形角均值由0.325%增至0.330%,但风荷载对震损结构损伤最大构件的损伤状态影响不大。

钢管混凝土束剪力墙-钢梁全螺栓连接节点初始刚度及抗震性能研究

针对钢管混凝土束剪力墙结构提出了2种全螺栓刚性连接节点,共设计了6个基于高强螺栓的钢管混凝土束剪力墙-H型钢梁全螺栓端板式连接节点和1个钢管混凝土束剪力墙-H型钢梁全螺栓侧板式连接节点。对7个节点进行了低周往复加载试验,采用ABAQUS软件建立有限元模型,将有限元模拟结果与试验结果进行对比验证后,通过参数化分析系统研究了不同参数对钢管混凝土束剪力墙-H型钢梁全螺栓连接节点抗震性能的影响。结果表明:2种全螺栓连接节点均能实现刚性连接;端板式节点的刚度主要取决于钢梁端板厚度和墙体端板厚度,侧板式节点主要通过螺栓的滑移来耗散能量,表现出低屈服承载力、高延性的特点;侧板式节点中螺栓直径、摩擦因数对节点滑移荷载有较大影响,对抗弯极限承载力影响较小;给出的节点设计建议可为工程设计提供参考。

带拼接板螺栓连接耗能梁段的可恢复功能钢框筒结构抗震性能研究

为了提升传统钢框筒结构的延性和耗能能力,提出采用拼接板螺栓连接的可恢复功能剪切耗能型钢框筒结构(FTS-SRSL),该结构结合了可更换剪切型耗能梁段和钢框筒结构具有良好的抗震性能。该文对一个2/3缩尺的单层单跨FTS-SRSL子结构试件进行了往复加载试验,试验结果表明,FTS-SRSL子结构试件具有良好的抗震性能,结构损伤集中于耗能梁段,且耗能梁段可实现更换。在试验的基础上,以耗能梁段长度比、耗能梁段腹板加劲肋间距、螺栓直径、翼缘拼接板和腹板拼接板厚度为参数,利用ABAQUS建立了15个足尺的单层单跨FTS-SRSL有限元模型,探究各模型的抗震性能,包括承载力、刚度、耗能以及塑性变形能力。有限元分析结果表明:改变拼接板螺栓连接的剪切型耗能梁段长度比会显著影响结构的承载力、刚度及耗能,建议FTS-SRSL中的拼接板螺栓连接剪切型耗能梁段长度比取0.73~1.09;改变耗能梁段腹板加劲肋间距对结构的承载力、刚度和耗能影响较小,基于该文的分析结果,建议FTS-SRSL中的拼接板螺栓连接剪切型耗能梁段腹板加劲肋间距取e/4~e/3(e为耗能梁段长度),且间距应满足我国抗规的规定;改变翼缘拼接板和腹板拼接板厚度对结构的承载力、刚度及耗能基本无影响;改变螺栓直径对结构承载力、刚度及耗能影响较小。

基于车桥耦合振动的双层钢桁梁斜拉桥行车舒适度分析

探究车辆在双层钢桁梁斜拉桥的行车舒适性,为优化双层桥梁结构设计理论提供依据。以车桥耦合振动理论为基础,利用ANSYS分析软件进行数值模拟,通过求解车体的振动加速度,并根据《机械振动和冲击—评估人体暴露于全身振动的情况》(ISO2631-1)中均方根乘值法对乘车舒适性进行评价,探究了单(双)层加载、车速、车载质量、桥面不平顺度、车辆间距、车辆数目等因素对行车舒适性的影响。相较于单层通车,上下层同时通车时车体的振动强度略微降低;当车载质量越小或车速越大时,车体的加速度均方根值会逐渐增大;路面对车体振动强度影响较大,当路面等级处于较差的D级和E级时,车体振动强度会成倍增加。双层同时加载时,车辆的行车舒适性略优于单层通车;保持适当的车速或增大车载质量可以提高司乘人员的行车舒适性;行车舒适性对于路面等级较为敏感,当路面等级较差时,车内司乘人员受其影响无法长时间乘车。

某电厂低硬度P91钢力学性能及微观组织研究

为探究在役P91钢的组织损伤对力学性能的影响,对已服役3.3×10^(4)h的P91钢的力学性能进行了测试,并使用金相显微镜、扫描电镜等对断口、微观组织特征进行了表征。结果表明:早期服役历史使P91钢中的析出相发生粗化,应力与局部应变进一步促进了粗化相附近孔洞的形核和粗化。析出相粗化造成材料硬度及强度下降,孔洞的形核与粗化会促进孔洞连接形成微裂纹。组织损伤对短期蠕变强度未造成明显影响,对长期蠕变强度可能有一定的负面影响。

铁素体/马氏体钢在氧饱和LBE中的腐蚀和小样品拉伸行为

铁素体/马氏体(F/M)钢有望作为结构材料应用于铅冷快堆。但是,其与铅铋共晶(LBE)合金的相容性成为必须克服的难题。为研究F/M钢在高温氧饱和LBE中的相容性,采用慢应变速率拉伸试验和腐蚀试验在不同温度的LBE中对HT9钢的拉伸和腐蚀行为进行研究。通过多尺度复合表征技术对拉伸断口和腐蚀后的形貌及微观结构进行观测和标定。结果发现:350℃时HT9钢的断后伸长率为11.6%,表现出对LBE的高度脆化敏感;当温度继续升高到450~550℃时,材料的断裂模式由脆性断裂转变为塑性断裂。350℃时HT9钢表面氧化层由外磁铁矿和内铬铁矿尖晶石双重氧化层构成;550℃时表面氧化层由外磁铁矿、内铬铁矿及富Cr的IOZ三重氧化层构成。在应力集中和塑性变形的影响下,疏松的外磁铁矿不具备有效的保护作用,甚至从基体剥落。

稀土La对20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物改质影响研究

20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物尺寸及分布直接影响钢的力学及服役性能,控制钢中TiN夹杂物形貌及尺寸分布是提升20CrMnTi齿轮钢性能的有效路径。利用试验及热力学计算等方法,研究了稀土La对20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物的改质行为。结果表明:未加稀土La元素时,析出的TiN微粒会在Al_(2)O_(3)核心上析出长大,逐渐成为尺寸较大的方形Al_(2)O_(3)-TiN复合相夹杂物,此时钢中含TiN夹杂物主要为纯TiN或Al_(2)O_(3)-TiN复合相夹杂物。加入稀土La后,钢中LaAlO3先于Al_(2)O_(3)核心析出,析出的LaAlO3将作为TiN形核核心,后续析出的TiN会在LaAlO3核心上异质形核长大,逐渐成为尺寸较小的LaAlO3-TiN复合相夹杂物,且改质后的TiN夹杂分布较为均匀。稀土La的加入可有效改质钢中TiN夹杂物形貌及尺寸,使得钢中TiN夹杂物由大尺寸棱角尖锐的不规则形状转变为小尺寸夹杂物,此时,钢中含Al_(2)O_(3)-TiN复合相夹杂物被改质为LaAlO3-TiN复合相夹杂物,钢中含TiN夹杂物平均尺寸由4.825μm降至2.846μm。

连铸机拉速对钢水温降影响的数值模拟研究

在多流连铸生产中,各流钢水温度的一致性对生产稳定性和铸坯质量至关重要。文章通过跟踪测温及数值模拟,分析了调整拉坯速度引起的中间包水口流量变化对钢包至中间包过程的钢水温降和温度分布的影响。结果表明,随着总体积流量的减小、不同流体积流量梯度的增大、流量的变化程度的减小,钢水温降逐渐减小,中间包水口每一流钢液的温降逐渐稳定。

油田采出水中80S钢和N80钢的H_(2)S/CO_(2)电化学腐蚀行为研究

运用腐蚀失重和电化学测试技术研究80S钢和N80钢在含H 2S/CO_(2)的油田采出水中的电化学腐蚀行为。结果表明:在模拟CO_(2)/H_(2)S的腐蚀环境中,温度是影响腐蚀速率的一大因素,80S钢和N80钢的腐蚀速率随着温度的升高而增大。两种材料表面均发生均匀腐蚀,但N80钢表面的腐蚀程度更严重,主要是由于Cr元素可以显著提高腐蚀产物膜对金属的保护;两种材料的腐蚀电位均随着温度的升高而负移,腐蚀电流密度增大,在不同试验条件下80S钢的腐蚀电流密度均小于N80钢,表明80S钢比N80钢具有更好的抗腐蚀能力。两种材料在25℃时具有中高频区的容抗弧和低频区的感抗弧,在50℃和75℃时具有中高频区的容抗弧和低频区的Warburg阻抗,且Warburg阻抗随温度的升高表现出更明显的扩散特征。随着温度的升高,两种材料的电荷传递电阻R_(t)不断减小,Warburg阻抗的Z_(w)也减小,温度越高生成的腐蚀产物膜对金属表面的保护性能越好,80S钢比N80钢生成腐蚀产物膜的致密性更好。