氮杂环类碳钢缓蚀剂的研究进展及在涂层中的应用

碳钢防腐是当前社会广泛关注的问题。有机缓蚀剂作为一种高效、便捷和低成本的防腐技术广泛应用于涂层中。氮杂环类缓蚀剂因结构可设计性强,缓蚀性能佳的优点成为近年来有机缓蚀剂领域研究的重点。文中主要分析了氮杂环类缓蚀剂的改性方法以及含咪唑啉环、三唑环、吡啶环和嘧啶环结构缓蚀剂的研究进展,阐述了结构改性对缓蚀剂缓蚀性能的影响规律以及缓蚀剂在涂层中的应用,最后展望了缓蚀剂涂层的发展趋势。

改性钢渣微粉混凝土碳化试验研究

研究了改性钢渣微粉混凝土的碳化性能,通过快速碳化法测试了不同掺量沸石粉和钢渣微粉对混凝土劈裂抗拉强度和碳化深度的影响。试验结果表明,适量掺入钢渣和沸石粉的混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度最佳,但过量掺入会导致强度下降。碳化试验显示,不同碳化龄期后劈裂抗拉强度变化与碳化前基本一致,碳化对劈裂抗拉强度影响微小。随着时间增加,劈裂抗拉强度逐渐提高,碳化后混凝土碳化深度随时间增加,掺入沸石粉降低抗碳化性能,但对钢渣微粉活性影响小。适量沸石粉可改善结构、抗碳化性,过量会加速碳化。通过Matlab建立的二次多项式非线性回归模型成功描述了混凝土试件的碳化深度与时间的关系,为混凝土结构碳化深度预测提供了重要参考价值。

Al含量对Fe-1.4C-1.5Cr-Alx钢组织及性能的影响

分析了添加w[Al]2%~6%后Fe-1.4C-1.5Cr-Alx超高碳钢淬回火后的微观组织结构演变和硬度变化规律。研究发现,添加Al降低了冷却时先共析碳化物的析出量,有助于抑制晶界周围网状碳化物形成;添加4%~6%Al后超高碳钢在240~400℃中高温回火硬度稳定在62~65HRC,添加Al元素后,试验钢回火过程中纳米级碳化物分解温度提高,耐回火稳定性提升,并且马氏体分解温度提高,w[Al]越高,超高碳钢回火稳定性及耐温性越好。

钢铁行业碳捕集、利用与封存技术应用研究进展

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术作为最直接有效的末端碳减排手段,是实现钢铁行业“双碳”目标的关键技术保障。尽管CCUS技术在石化和电力行业已有多个示范项目,但钢铁行业CCUS技术应用仍处于探索阶段。围绕CCUS技术原理、钢铁企业碳排放特征和钢铁行业CCUS技术应用3个方面进行了总结分析。阐述了CCUS工艺流程中碳捕集、碳运输以及碳利用与封存技术的原理,分析了钢铁企业碳排放源的特点及气体组成、工况和杂质含量特征。通过梳理目前国内外钢铁企业开展的CCUS工业化应用项目及试验,总结了钢铁行业CCUS技术的关键问题及发展趋势。在综述技术应用现状的基础上,结合钢铁企业碳排放源的特征,展望了钢铁行业CCUS项目推广应用需重点关注的技术方向,以期助力于钢铁行业CCUS技术的进一步发展。

市域列车碳钢底架结构参数的轻量化声学研究

该文基于有限元-统计能量分析方法(Finite element-Statistical energy analysis,FE-SEA)建立市域列车碳钢底架地板结构隔声特性预测模型,分析地板底架结构的筋板角度、筋板厚度、上板和下板厚度4个参数对其隔声特性的影响,并以质量定律的轻量化原则为判定标准对4个结构参数进行选择,以确定最优方案,最终实现碳钢底架地板结构的轻量化声学优化。结果表明,在所列举的碳钢底架地板结构参数优化方案中,选择筋板角度为40°,筋板厚度为0.9 mm,上板厚度为2.4 mm,下板厚度为3.0 mm的碳钢底架地板方案,其具有最佳的轻量化声学优化效果。该研究可为市域列车车体结构的轻量化减振降噪优化设计提供参考。

中国钢铁工业生态化的实现路径

文章研究了“双碳”背景下钢铁工业生态化现状,分析了国内外低碳冶金技术路线,并提出了包含6个一级指标、30个二级指标的钢铁工业生态化指标体系。文章围绕全流程减碳减排、装备升级与工艺优化、产品研发三个方面,凝练了中国钢铁工业生态化的实现路径。

双碳背景下钢渣碳捕集工艺研究现状及未来展望

我国是全球钢铁生产大国,钢铁行业产生的大量副产物钢渣对生态环境造成严重威胁.作为一类大宗碱性固废,钢渣不仅来源广泛、成本低廉,还具有高值资源化的潜力.在“双碳”战略背景下,利用钢渣捕集封存CO_(2),能有效缓解当前国内钢渣处理处置压力,促进“双碳”战略目标的实现.通过系统回顾国内钢渣处理及资源化现状,分析钢渣碳捕集过程中的反应机理和关键影响因素,针对钢渣碳捕集工艺发展中的潜在掣肘要素,指出微/纳米气泡技术及替代水源分别在提高碳捕集效率和减少水足迹方面具有显著应用前景.最后,深入剖析了各种碳捕集方法下产物的资源化再利用潜能.通过上述工作,以期推动钢渣碳捕集工艺的规模化应用,加速钢铁行业迈向绿色发展.

房屋建筑工程中钢管混凝土的施工技术研究

针对房屋建筑工程中钢管混凝土的施工技术,研究提出了一种利用碳纤维增强基复合材料包裹受损区域的修复技术,以此提高钢管混凝土柱的承载能力。研究结果表明,该方法显著提高了构件的承载能力,修复后的构件承载力较修复前提高了14.8%。该技术不仅有效增强了受损构件的承载力,还显著提升了其安全性和耐久性。该研究为房屋建筑工程中钢管混凝土柱的施工和修复提供了新的技术方向,具有一定的经济价值。

基于电沉积水热法的钢表面Mg-Al-NO_(3)-LDH膜原位生长制备及沉积电位优化

为提升建筑用钢的耐久性,通过电沉积法在钢表面形成层状双氢氧化物(LDH)晶核,再通过水热反应让LDH晶核生长成形成致密的Mg-Al-NO_(3)-LDH膜,分析了电沉积电位对钢基底表面LDH膜生长的影响,讨论了LDH膜的形成机理.结果表明,当电沉积电位为-1.4 V(相对于Ag/AgCl电极)时,LDH纳米片聚集堆叠致密,形成的LDH膜结构最为密实,实现了对钢基底良好的锈蚀防护.

钢渣/氮掺杂改性活性炭催化过硫酸盐降解罗丹明B

以提高钢渣资源化利用和深度降解有机污染物为研究目标,通过改变氨气煅烧温度制备了系列钢渣/氮掺杂改性活性炭复合材料,并用于催化过硫酸钠处理罗丹明B(RhB)废水。同时采用N2吸附/脱附、XRD、XPS等手段对复合材料的孔结构和表面性质进行了表征。结果表明:氮元素的引入可改善复合材料中活性金属与活性炭之间的相互作用,从而提高复合材料的催化活性。以最优复合材料60%GZ/AC-N800为研究对象,在反应温度为35℃、PS加量为2 g/L和宽pH(3~11)操作条件下,反应30 min后罗丹明B(100 mg/L)的去除率可达88.7%~92.2%。动力学分析发现,60%GZ/AC-N800复合材料催化PS降解RhB符合准二级动力学。自由基掩蔽实验发现,该降解过程是自由基途径(SO_(4)^(·-)和·OH)和非自由基途径(^(1)O_(2))共同参与反应的氧化过程。

装备典型材料循环盐雾加速腐蚀行为与机理研究

目的研究装备典型材料在循环盐雾试验条件下的加速腐蚀行为与机理,建立快速分析和表征碳钢腐蚀性能的试验方法。方法通过实施模拟海洋大气环境腐蚀效应及作用特点的循环盐雾加速腐蚀试验,采用SEM、XRD及电化学测试等手段,表征和分析样品腐蚀质量损失、腐蚀形貌、腐蚀产物成分、腐蚀电压、腐蚀电流密度及阻抗等腐蚀性能随暴露时间的变化规律,归纳碳钢的加速腐蚀行为和电化学机理。结果碳钢样品腐蚀质量损失动力学符合幂函数规律,腐蚀速率整体呈现先升高、再降低的变化趋势。腐蚀产物为疏松外层与相对致密内层组成的准双层结构,整体呈现从疏松剥落到逐渐增厚致密的变化过程,成分以铁的氧化物和羟基氧化物为主。极化曲线拟合的腐蚀电流密度呈现先波动增加、后减小的变化趋势,腐蚀电位则围绕中枢值上下波动。电化学阻抗谱由2个容抗弧组成,后期容抗弧中低频区的直线表示出Warburg阻抗的典型特征。结论循环盐雾加速腐蚀试验能够较为全面地描述碳钢材料的加速腐蚀行为与机理,为进一步研究装备典型材料室内外腐蚀试验相关性提供条件。

H_(2)S/CO_(2)共存环境中X65钢点腐蚀形成机理及预测方法

碳钢管材广泛应用于油气生产系统,在含CO_(2)、H_(2)S、氯离子等多种腐蚀介质共存的多相流环境中,容易发生腐蚀穿孔泄漏,可能造成管道和设备的失效,进而带来安全隐患和经济损失。目前针对H_(2)S/CO_(2)共存环境下金属腐蚀的研究主要集中在较高H_(2)S分压下,多种形式FeS产物的生成规律、产物膜保护特性和点蚀形成机理,很少研究极微量H_(2)S诱发点腐蚀的可能性和发生条件。为此,以X65钢为例,利用大型H_(2)S多相流腐蚀环路实验系统完成了4组测试实验和2组验证实验,研究了40℃、恒定CO_(2)分压环境下,不同H_(2)S分压对低碳钢点腐蚀行为的影响规律,并提出了一种基于热力学理论的预测方法。研究结果表明:①当H_(2)S分压高于50 Pa时,X65钢的腐蚀速率低且表现为全面腐蚀;而当H_(2)S分压低于24 Pa时,随着H_(2)S分压的逐步降低,X65钢的点腐蚀加剧,H_(2)S为2.4 Pa时的点腐蚀速率超过11 mm/a。②当H_(2)S分压极低且马基诺型FeS的过饱和度低于1时,快速形成的FeS膜不能完整覆盖金属表面,暴露表面会在电偶腐蚀的作用下,被饱和CO_(2)溶液快速腐蚀,最终导致低碳钢发生局部点腐蚀。③建立不同H_(2)S分压下低碳钢表面马基诺型FeS过饱和度边界控制曲线,可以准确预测不同条件下碳钢的点腐蚀行为。结论认为,在相关行业标准规定的H_(2)S分压下限以内,H_(2)S/CO_(2)共存环境中极微量的H_(2)S仍然可能会诱发碳钢发生点腐蚀,该认识对于H_(2)S/CO_(2)共存环境下油气管道的局部点腐蚀预测和防腐防护研发具有重要理论和现实意义。

基于多物理场耦合的大气环境下碳钢点蚀演化及速率预测模型

为揭示大气环境下碳钢点蚀演化规律,基于电化学腐蚀机理,耦合三次电流分布、物质传递和变形几何多物理场建立碳钢点蚀演化的数值模型。基于此,分析pH值、NaCl浓度和相对湿度(Relative humidity,RH)对点蚀速率的影响并建立点蚀速率预测模型。研究表明:点蚀形态由初始圆锥形向半球形转变,最后发展成圆柱状;pH值处于6.0~7.0范围内,碳钢点蚀速率出现明显下降,最大降幅为23.96%;NaCl浓度在0.5%~1%(质量分数)时,增加NaCl浓度对点蚀速率提升明显,最大增幅为10%;碳钢点蚀速率在RH为72%~77%内存在极值;点蚀速率预测值与试验值误差在5%以内。以上表明本工作建立的数值模型和预测公式可用于碳钢点蚀演化和速率预测。

辊模在高碳钢丝连续拉拔中的应用

采用2种拉拔应变对高碳钢丝进行辊模拉拔,并与传统拉拔对比。结果表明:在拉拔应变1.12时,辊模拉拔钢丝的抗拉强度、扭转性能、弯曲性能、金相组织、捻制断丝率与传统拉拔相近;在拉拔应变2.21时,辊模拉拔和传统拉拔相比,钢丝抗拉强度更高,扭转性能、弯曲性能较差,金相组织不均匀程度更大,捻制断丝率明显升高。在钢丝材质、机床功率、拉拔速度、道次压缩率等因素相同的情况下,辊模拉拔的能耗和传统拉拔相近。

Q235碳钢在中性模拟土壤溶液中的缝隙腐蚀行为

[目的]碳钢构件在中性土壤环境中的缝隙腐蚀行为值得探究。[方法]将Q235钢单一缝隙试样浸泡在模拟土壤溶液中,分析了腐蚀不同时间后试样的腐蚀速率、腐蚀形貌及腐蚀产物。[结果]Q235钢在中性模拟土壤溶液中的腐蚀存在缝隙加速现象,初期在缝隙口发生明显的沿缝腐蚀,后期则在缝隙内发生点蚀。缝隙内外区域的主要腐蚀产物都是Fe_(3)O_(4)和FeOOH,且不受腐蚀时间影响。[结论]Q235钢在中性模拟土壤溶液中会发生明显的缝隙腐蚀,其腐蚀过程可分为初期均匀腐蚀、中期氧浓差电池引发缝隙腐蚀和后期闭塞电池自催化3个阶段。为确保碳钢结构在中性土壤环境中的服役安全性,需对钢结构的缝隙腐蚀采取必要的控制措施。

内置碳钢不锈钢管海洋混凝土柱轴压试验及承载力计算

为研究不锈钢管海洋混凝土柱及内配碳钢后的轴压力学性能,以型钢类型、螺旋筋间距、纵筋直径为变化参数,完成了10个试件的轴心受压静力加载试验。观察了试件的受力破坏全过程及形态,获取了轴向荷载-位移曲线及各钢材应变曲线,基于试验实测数据,就各变化参数对试件的轴压承载力、延性、耗能能力和损伤发展的影响规律进行了分析。结果表明:不同试件的破坏形态相似,均表现为不锈钢管局部屈曲压皱,混凝土斜向剪切破坏;内置碳钢可以提高试件的极限承载力、轴压延性和耗能能力,抑制试件的损伤发展;在增加相同用钢量的条件下,增加圆钢管含钢量对试件轴压性能提升幅度最大;基于“复合约束叠加法”推导计算公式所得承载力计算值与试验值吻合良好。

Q235B在青岛海洋飞溅区的初期腐蚀行为

通过在青岛海洋飞溅区的暴露试验、腐蚀速率计算与点蚀深度测试、宏观与微观形貌观察、锈层成分分析等方法,研究了Q235B碳钢的初期(0~60 d)腐蚀行为。结果表明:随着暴露时间的延长,Q235B碳钢的平均点蚀深度和最大点蚀深度均呈增加的趋势,腐蚀速率呈现先上升后下降的趋势;在60 d时,在浪溅冲击、高频干湿交替和盐浓缩等多重作用下,Q235B碳钢表面出现多个小的孔隙和局部凸起鼓包的现象,腐蚀产物间有明显裂隙;腐蚀产物以铁的氧化物为主,随着暴露时间的延长,Fe含量下降和氧含量增加,氯离子的增加对局部腐蚀起到促进作用;在60 d时,Q235B碳钢表面的腐蚀产物主要物相为γ-FeOOH、β-FeOOH和Fe_(3)O_(4)等活性物质。

硫酸介质中咪唑-4-甲基亚胺基硫脲对碳钢的缓蚀作用

目的碳钢因其优异的性能被广泛应用于工农业中,为解决碳钢在酸性介质中的腐蚀问题。方法以氨基硫脲和咪唑-4-甲醛为原料合成了Schiff碱化合物咪唑-4-甲基亚胺基硫脲(MIT),采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振谱(NMR)及质谱(EI-MS)表征了其分子结构。将MIT化合物作为H_(2)SO_(4)介质中碳钢的缓蚀剂,分别采用静态失重法、电化学测试及腐蚀形貌分析研究了其在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中对碳钢的缓蚀性能,通过吸附模型、X-射线光电子能谱(XPS)等方法研究了MIT分子在碳钢表面的吸附行为,采用密度泛函理论(DFT)和分子动力学模拟(MD)方法进行了理论计算研究。结果MIT在H_(2)SO_(4)溶液中对碳钢的缓蚀效率随其添加量的增大而提高,随腐蚀环境温度的提高而下降,293 K下其在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中的最佳质量浓度为240 mg/L,对应的缓蚀效率可达95.4%。MIT是一种混合型缓蚀剂,电化学缓蚀机理可解释为“几何覆盖效应”。在碳钢表面的MIT分子吸附属于化学和物理混合吸附(△G_(ads)^(°)=-31.62 kJ/mol,293K),且服从Langmuir吸附定律。结论MIT可有效抑制碳钢在H_(2)SO_(4)溶液中的腐蚀,MIT的合成既为H_(2)SO_(4)溶液中碳钢的腐蚀防护开发了一种有效方法,也为其他酸性介质中碳钢缓蚀剂的开发提供了新思路。

“双碳”战略背景下不锈钢复合钢板结构减碳前景分析

为探究不锈钢复合钢板结构的减碳前景,本文分析了“双碳”战略背景下钢结构行业的发展趋势,包括智能建造快速发展、新兴产业提供广阔市场以及高性能钢材和高性能结构发展更为迅猛,指出不锈钢复合钢板结构可兼顾高性能、经济性以及减碳要求。基于全寿命周期评价理论,采用排放因子法,提出了不锈钢复合钢板结构的碳排放计算方法。结果表明:不锈钢复合钢板结构的全寿命周期碳排放量比钢结构少36%,比不锈钢结构少10%。用不锈钢复合钢板结构替代普通钢结构,可以有效减少碳排放;替代不锈钢结构可以在减碳的同时具有良好的经济性。

侧向冲击荷载作用下CFRP型材-方钢管混凝土柱的动力响应

为了研究CFRP型材-方钢管混凝土固简柱的抗侧向冲击性能,采用水平撞击装置对3个CFRP型材-方钢管混凝土柱进行侧向冲击试验.根据柱的破坏模式、局部变形、整体变形及冲击力分析柱的动力响应,研究了CFRP型材、边界条件、冲击能量与冲击冲量对试件动力响应的影响规律.结果表明,CFRP型材-方钢管混凝土固简柱呈现弯曲破坏,具有良好的抗冲击性能,且随着支座约束能力的增大,抗侧向冲击性能增大.增加单位冲击冲量可使悬臂试件的峰值位移下降7%,而两端固支试件峰值位移仅变化1%.随着支座约束能力的下降,冲击冲量对试件变形的影响程度增大.在钢管混凝土固简试件中内置CFRP型材可使冲击位置处峰值位移下降9%,且降低程度随着支座约束能力的下降而增加.