真空热轧Q345B碳钢-304不锈钢复合板界面Cr、Ni扩散行为研究

研究了60 mm Q345B碳钢/10 mm 304不锈钢复合板坯在1200℃仅加热不轧制及进行2倍压缩比轧制后30 mm Q345/5 mm 304复合界面Cr、Ni的扩散行为。试验结果表明,加热过程中,界面是否贴合并未影响扩散的进行,真空状态下不锈钢侧Cr、Ni发生蒸发逸出不锈钢并向碳钢侧发生了扩散,Cr扩散距离大于Ni。轧制后复合界面建立冶金结合,界面两侧浓度差异驱动Cr、Ni继续向碳钢侧扩散,初始加热扩散区被轧薄,复合界面两侧,Cr浓度差异小,Ni浓度差异大;2倍压缩比轧制后,不锈钢侧仅形成了宽度20μm的贫Cr区及10μm的贫Ni区。

SS304和Q235异种钢搅拌摩擦焊接头腐蚀有限元模拟

针对异种金属焊接接头易于发生电偶腐蚀,基于腐蚀电化学原理,将动电位极化曲线参数和金相组织面积比例等作为边界条件,采用有限元分析软件COMSOL对Q235低碳钢和304不锈钢(SS304)异种钢FSW接头不同区域腐蚀行为进行了预测,研究了焊接接头不同区域宏观和微观电偶腐蚀电位分布和电流密度的变化规律。结果表明,在宏观电偶腐蚀中,腐蚀深度的最大值位于SS304后退侧(RS_(304))与搅拌区(SZ)的交界处,约为Q235低碳钢母材(BM_(Q235))的5倍,各区电流密度随腐蚀时间的增长而增大,在微观电偶腐蚀中,腐蚀深度的最大值位于SS304侧搅拌区(SZ_(304))与Q235侧搅拌区(SZ_(Q235))的交界处,约为BM_(Q235)的1.2倍,并且珠光体组织面积比例越大,耐蚀性越差。采用该有限元模型可以预测异种钢搅拌摩擦焊接头不同区域的腐蚀行为。

冷轧不锈钢-碳钢复合板弯曲裂纹的分析

通过“爆炸+轧制”法生产的0.80～1.20mm的304不锈钢碳钢(Q235A,08Al)304不锈钢复合板的厚度比例为1∶10∶1,该板在建筑门窗幕墙和日用炊具领域有广泛应用前景。冷弯试样产生裂纹的分析结果表明,基板含碳量高的Q235A钢(0.16%C)比基板含碳量低的08Al钢(0.06%C)出现裂纹的几率大,并且钢中夹杂物、钢的晶粒度和热处理工艺均影响冷轧复合板的弯曲性能。通过选择08Al钢为基层板,控制1050℃热处理工艺,使晶粒度级别≤8级,可明显改善冷轧复合钢板的弯曲性能。

碳钢-不锈钢水下爆炸焊接的试验研究

为探究中间水层厚度及炸药厚度对Q235R碳钢-304不锈钢水下爆炸焊接质量的影响,设计了不同工艺条件下的水下爆炸焊接试验,测试了焊接过程中基复板的结合速度和结合压力,并对复合板结合界面波形和力学性能进行了检测。结果表明:水下爆炸焊接由于对基复板进行了抽真空处理可以采用高爆速炸药;当中间水层厚度一定时,增加炸药厚度反而导致复合板力学性能下降;当炸药厚度一定时,随着中间水层厚度增大,结合压力减小,导致结合界面波形的波长和振幅均增大,复合板力学性能下降。

不锈钢/碳钢热静压复合中表面形貌对界面变形及复合质量的影响

双金属受压变形复合过程中表面形貌是影响其界面变形行为及结合质量的重要因素。针对AISI304不锈钢与Q235A碳钢,通过车削加工制备3种具有不同表面微观形貌的圆柱型试样组,在真空条件下实现该两种金属的热静压复合后,利用无损检测技术测定界面复合率、单轴拉伸破坏试验测定复合材料的强度,并在其复合区域取样,利用扫描电镜观察接触界面轮廓的几何特征,分析复合过程中界面变形规律及对复合质量的影响;基于商业有限元软件模拟分析复合过程接触表面粗糙峰变形,研究表面微观形貌对复合过程的影响机制。结果表明,表面微观形貌对热静压复合过程中界面的变形和复合质量影响显著;在复合过程中,较硬的不锈钢粗糙峰几乎无变形地嵌入进碳钢基体内,而较软的碳钢粗糙峰则明显被压扁变平;此外,不锈钢和碳钢试样在复合前通过表面预处理获得的不同粗糙度对于复合质量具有相反的影响作用,不锈钢表面越粗糙越有利于复合,碳钢表面越光滑越有利于复合;不锈钢侧界面粗糙度增大和碳钢侧界面粗糙度减小,都可以使得界面两侧金属相对滑动减小、界面间接触应力增大,从而提高了界面复合质量。

不锈钢复合板轧制成形过程特性研究

利用Gleeble-3800热模拟实验机研究了304不锈钢和Q235低碳钢复合板在变形温度950～1150℃、应变速率0. 01～0. 1 s^(-1)条件下的热变形行为。为了描述高温流动特征,建立了不锈钢复合板的高温流变应力方程。由实验数据可知,流变应力随变形温度和应变速率变化明显,应变速率越大,变形温度越低,流变应力越大。应用Deform-3D有限元软件模拟了热轧不锈钢复合板在轧制过程中的变形特性,并对不同压下率下复合板厚度方向上的应力场、温度场和轧制力的分布规律进行了分析。结果表明:不锈钢复合板的表面应力最大,并由表层向内部逐渐减少;结合界面附近由于塑性功、热传导、热对流等综合因素,使得温度高于表面;通过实验测出的轧制力值与模拟值的变化趋势一致,且误差在15%左右,该模拟结果可为实际的生产提供参考。

基于COMSOL Multiphysics的管线用钢在3.5%NaCI溶液中的腐蚀行为研究

为了进一步了解海上平台常用管道钢的腐蚀特性,尤其是在实际工作环境下存在的高温、高Cl-腐蚀情况,本文基于大型仿真软件COMSOL Multiphysics,在3.5%NaCl(质量分数)溶液中对Q235碳钢、304L不锈钢两种管道钢材进行了仿真模拟分析,从而为海上复杂环境中钢材的使用提供参考。

金属轧制复合过程微观变形行为的分子动力学建模及研究

基于分子动力学方法研究金属层合板轧制复合过程界面区材料的微观变形行为,从力学性能和位错运动的角度,对比研究双金属FeCrNi/Fe与单金属的压缩变形,揭示非共格界面对金属微观变形行为的影响。结果表明,双金属模型与2种单金属模型在应力-应变关系和变形行为规律方面都存在明显差异;由于复合界面的存在,变形过程中双金属模型纯Fe基体中的位错在界面附近积累,界面原子的局部剪切作用使FeCrNi基体中的位错形成变得容易,降低了 FeCrNi基体的屈服强度;复合界面对于变形过程中位错传播的阻碍作用,使材料抵抗塑性变形的能力得到提高,变形过程中2种金属基体内位错密度的交替变化导致2种金属基体的变形量也对应呈现交替变化的特殊现象。