金属材料高温拉伸试验控制模式及试验速率的选择

对GB/T 228.2—2015金属材料高温拉伸试验标准中的方法A和方法B从控制模式、试验速率要求两方面进行了分析解读,选用不同方法和速率从应力-应变曲线、应变速率-时间曲线、屈服强度三方面分析,并对分析设定不同试验速率进行验证。结果表明,采用引伸计反馈控制实施方法A1,实际应变速率波动超差,应力-应变曲线易发生畸变,对Rp0.2的测试结果造成误判;采用横梁位移反馈控制实施方法A2和方法B,选择合适的试验速率,测定参数的应变速率能够满足标准要求,可以获得稳定可靠的应力-应变曲线和较为一致的试验结果。

深海空间站耐压壳体用金属材料研发现状及发展趋势

介绍了国内外深海空间站的发展历程,以各海洋强国研发的可用于深海空间站耐压壳体的金属材料为例,对深海空间站耐压壳用金属材料的研发现状、研究中的技术问题进行了梳理,分析了未来技术发展趋势。

海洋工程装备用焊接结构高强钢研究现状及存在问题

介绍了海洋工程装备用焊接结构高强钢的研究与开发进展,阐述了TMCP高强韧焊接结构高强钢、析出强化型焊接结构高强钢和节Ni型焊接结构低温钢等具有优异焊接性能的高强钢的物理冶金原理,并分析了该类高强钢存在的典型焊接问题。

海洋污损细菌分离纯化及金属离子抑菌研究

为了研究海洋生物污损对船体和海洋工程的影响,作者将热喷涂镀钴基、镍基及含铜氧化钛基膜的船用厚钢板试样片放置在海水中,利用振荡培养箱模拟海洋环境,进行晃片培养。分离纯化镀膜钢片表面上的细菌,研究早期污损细菌的生长规律,通过革兰氏染色、生理生化实验对细菌进行鉴定,伯杰氏系统细菌学手册查证。采用纸片法测定抑菌圈,研究铜、钴、镍3种金属离子对污损细菌的影响,观察不同离子浓度的抑菌圈。研究结果表明:早期海洋污损细菌有G+芽孢杆菌属(Bacillus)、G^+芽孢乳杆菌属(Sporolactobacillus)、G^+无芽孢杆菌(Bacilli)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、G^+无芽孢丝状菌、假单胞菌属(Pseudomonas)6类;其中G^+细菌首先吸附;Cu^2+的最佳抑制质量浓度为30 g/L, Co^2+的最佳抑制质量浓度为80 g/L, Ni^2+的最佳抑制质量浓度为110 g/L。

Minitab软件在分析合金元素对耐候钢耐海洋大气腐蚀影响中的应用

采用四因素两水平一个中心点正交试验设计合金成分,实验室冶炼轧制耐候钢,采用户外喷淋试验和Minitab软件研究了模拟海洋大气环境中合金元素(Cu、Ni、Mo和Mn)含量对耐候钢耐蚀性影响的显著性。结果表明:模拟海洋大气环境户外喷淋初期,Ni和Mo含量是具有显著性影响的因素,户外喷淋后期,Ni和Mn含量是具有显著性影响的因素;并且Ni和Mo含量之间,Ni和Mn含量之间均无明显交互作用;最优合金元素含量(质量分数)搭配为3.15%Ni,1.7%Mn。仅添加对耐蚀性具有显著性影响的合金元素并且控制其添加量以降低成本是可行的。

高性能海洋用钢智慧研发之二——钢铁材料基因与显微组织数字化表征

材料基因的识别及显微结构的数字化表征在科技创新、工业制造以及国家安全建设等方面的作用尤为重要。基因结构数据的高质量提取不但关系到重大工程的服役安全,也关系到材料智慧设计及产品终端质量与成本。如何高质量、高效率地提取和分析材料大数据已成为当前制约新材料智慧研发的关键。综合分析数字化时代下材料研发的特点及今后发展方向,针对材料基因库的构建提出了可视化及数字化表征的方法,建立了材料微观基因结构与宏观力学性能的数字化关联。

中锰钢在690 MPa级高强韧海洋平台中的应用探索

介绍了国内外690 MPa级海洋平台用钢的研究现状及发展趋势,对传统690 MPa级海洋平台用钢的成分、工艺、组织和性能进行了分析。传统690 MPa级海洋平台用钢主要存在成本高、制备工序复杂、组织均匀性差、屈强比高等诸多问题。采用低碳中锰的成分设计思路,配合合适的轧制和热处理工艺,成功开发出屈服强度690 MPa级高强韧海洋平台用中锰钢板,并详细阐述了690 MPa级高强韧海洋平台用中锰钢的强韧化机理。

烧结处置含铬污泥实验

这是一篇冶金工程领域的论文。钢铁企业在钢板涂镀过程中产生的含铬污泥属于危险废物,其含有一定量的铁和氧化钙,可以通过烧结工艺对其进行资源化利用。本文以含铬污泥为研究对象,通过烧结杯实验探究了含铬污泥在烧结中的应用及影响,并对烧结完成后铬元素的分布情况进行了研究。烧结杯实验结果表明,该方案是可行的。含铬污泥的加入会促进烧结矿中复合铁酸钙相的形成,有利于改善烧结矿的性能。在含铬污泥配比不超过2.5%时,烧结矿的成品率、利用系数和转鼓指数均会有所提高,返矿率和平均粒径会有所降低。在烧结过程中,84%~90%的铬会被固定在烧结矿中,9%~14%会被固定在返矿中,仅不足1%进入烟尘。由此可见,烧结工艺协同处置含铬污泥不会产生二次污染,可以充分发挥钢铁企业的环保效能。

EH690超高强海洋装备用钢盐雾腐蚀前后疲劳性能研究

为了研究EH690超高强海洋装备用钢腐蚀前后疲劳性能的变化,采用淬火+回火工艺制备了50 mm厚EH690试验钢,观察了试验钢的金相显微组织和腐蚀前后表面形态,对比了盐雾腐蚀前后的疲劳性能,分析了腐蚀后疲劳试样典型断口形貌。结果表明,EH690试验钢组织为回火马氏体,晶粒度等级约为7.5级,盐雾腐蚀后的腐蚀产物主要是α-FeOOH、γ-FeOOH以及Fe_(3)O_(4)等。腐蚀后,材料的平均疲劳寿命大幅下降。断口分析显示,腐蚀导致的表面缺陷是材料疲劳性能下降的主要原因之一,腐蚀造成的表面点蚀坑会导致严重的应力集中,从而提升材料表面裂纹萌生的几率,降低海工钢的疲劳寿命。

高炉鼓风机稳定供风技术的应用

根据高炉鼓风机稳定供风技术原理,设计高炉鼓风机稳定供风控制程序。通过建立风机与热风炉之间的信号联络,新增稳定供风逻辑功能块,优化稳定供风操作画面,实现了热风炉换炉期间风机自动调整送风压力,及时补充换炉风量损失,减少了热风炉换炉引起的风压、风量波动,确保高炉稳定顺行。

热带海洋大气环境下不锈钢的腐蚀寿命评估

目的给出一种模拟万宁海洋大气环境的室内加速环境谱并对典型不锈钢材料进行寿命预测。方法采用失重法对4种不锈钢的耐蚀性进行宏观分析。采用X射线光电子能谱分析仪(XPS)对4种不锈钢的腐蚀产物类型进行分析。采用扫描电子显微镜(SEM)对4种不锈钢的腐蚀产物进行微观分析。采用腐蚀电化学法对4种不锈钢进行宏观电化学分析。采用灰色关联度分析法研究室内加速环境谱与万宁海洋大气环境下户外暴露试验的相关性。结果4种不锈钢的腐蚀失重速率都随着试验时间的增加而降低,其中430不锈钢腐蚀速率的减小程度最明显。4种不锈钢均在室内加速腐蚀试验中表现出较好的耐蚀性,耐蚀性由好到差依次为2205、316L、304、430不锈钢。XPS结果显示,304不锈钢与316L不锈钢的腐蚀产物主要为Fe_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4);2205不锈钢的腐蚀产物主要包括Fe_(2)O_(3)以及FeOOH或FeCr_(2)O_(4);430不锈钢的腐蚀产物属于典型不锈钢的腐蚀产物,主要由Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)和FeOOH组成。电化学分析表明,304、316L、2205不锈钢的容抗弧半径均在试验前期增大后期减小,430不锈钢的容抗弧半径随试验周期的增长不断减小。4种不锈钢的腐蚀电流密度和点蚀电位的变化趋势相同,腐蚀电流密度均为前期减小后期增大,点蚀电位不断升高,3周期后达到峰值随后降低。灰色关联度方法分析表明,室内加速试验环境谱与万宁户外暴露试验符合腐蚀动力学一致原则,并建立了腐蚀预测模型,各种不锈钢的预测模型为T_(304)=1030.499t ^(0.761524)、T_(316L)=1323.981t ^(0.712401)、T_(2205)=3451.543t ^(0.858627)、T_(430)=2813.697t ^(0.632819)。结论该种模拟万宁海洋大气环境的室内加速谱能够有效地模拟万宁海洋大气环境,并有效推断和评估典型不锈钢材料在海洋大气环境下的腐蚀行为和寿命。

Sb和Sn微合金化对低合金钢在模拟污染海洋大气中腐蚀行为的影响

目的:探究Sn与Sb在模拟污染海洋大气环境中对低合金钢耐蚀性的影响,为我国高性能低合金钢的设计、发展与投入使用积累腐蚀数据。方法通过微合金设计和真空冶炼制备了Sn和Sb微合金化的低合金钢,并利用周浸加速实验研究了低合金钢在模拟污染海洋大气环境中的腐蚀行为。结果 5种低合金钢都是贝氏体相,Sn与Sb以固溶态的形式分布在低合金钢中。添加Sn和Sb可以减缓低合金钢在模拟污染海洋大气中的腐蚀速率,含Sn钢在腐蚀前期的蚀坑较大,扩展较快,后期发展速度变缓。添加Sn可以使锈层中生成稳定的SnO_2,促进锈层中γ-FeOOH转化为α-FeOOH,提升锈层致密性。含Sb钢的蚀坑发展速度始终慢于未添加Sn和Sb的低合金钢,Sb可以使锈层中生成稳定的产物Sb_(2)O_(3),促进锈层中γ-Fe OOH转化为Fe_(3)O_(4),提升锈层稳定性。结论添加Sn与Sb对低合金钢的微观组织结构没有影响。添加Sn与Sb可以通过改善锈层相组成的方式,提升锈层的稳定性与致密性,防止腐蚀性离子进入钢基体表面,进而提升低合金钢在模拟污染海洋大气环境中的耐蚀性。

高性能耐候桥梁钢的开发及应用

采用低碳及合金化成分设计,利用TMCP+回火工艺,开发出HPS 485W耐腐蚀桥梁钢。利用拉伸、冲击、弯曲、扫描电镜和EBSD等手段,研究了钢板的组织和性能。结果表明,HPS 485W熔炼成分、钢板探伤、耐大气腐蚀指数(I值≥6.5)及力学性能均满足标准要求,组织为铁素体和贝氏体,铁素体含量达到62.7%,平均晶粒尺寸仅为2.95μm,保证钢板具有良好的抑制裂纹扩展的能力以及桥梁结构长期服役的安全性。

单气泡上浮运动的层析PIV实验研究

为了揭示上浮过程中的尾流涡结构及其与气泡之间的相互作用,分别采用阴影图像法和层析PIV技术,对单个气泡在静止水中自由Z字型上浮的过程进行了实验研究,得到气泡的形状、运动和三维的尾流速度场。采用λci涡判据和有限时间李雅普诺夫指数(Finite-time Lyapunov exponent,FTLE),从速度场识别出三维的尾流涡结构和二维的拉格朗日拟序结构。结果表明,Z字型上浮过程中,气泡周围环绕有涡环,涡环会沿运动路径脱落交替的、方向相反的发卡涡;单个发卡涡脱落过程中,气泡底部的FTLE脊线会形成一个位置不对称的流量窗口。由此可得到结论:发卡涡的周期性脱落,使涡环相对于气泡的对称性被周期性交替破坏,导致气泡形成Z字型周期运动;单个发卡涡脱落过程中,涡环两侧各自对发卡涡的流体输运存在差异。

高锰高铝钢凝固组织的实验研究

为研究高锰高铝钢的凝固组织,在实验室条件下采用真空感应炉冶炼了三种不同成分的高锰高铝钢。研究结果表明,高锰高铝钢的柱状晶组织比较发达,其晶体尺寸比较粗大;增加钢中的Al含量可以降低柱状晶区比例和晶体尺寸,随着钢中Al含量的增加,钢的热塑性也明显增强;在奥氏体晶界析出的铁素体会降低钢的热塑性,是诱发连铸坯角部裂纹的主要原因。

无氟型KR铁水脱硫剂脱硫效果实验分析

为开发无氟型KR铁水脱硫剂,对铁水脱硫反应进行了机理分析,得知脱硫剂中加入Al后能够促进脱硫反应进行。在此基础上配制了无氟型KR脱硫剂,并对搅拌时间、脱硫剂加入量、铝配比、石灰粒度及铁水温度对脱硫率的影响进行了实验研究,为工业无氟型KR脱硫剂的开发应用提供参考。

关键钢铁材料的智慧研发路线

从面向2035的新材料强国战略出发,针对现代交通、能源、海洋工程以及重大装备等领域,对其急需的关键钢铁材料在品种、规格、性能、质量、服役安全与寿命等方面均提出了明确的发展目标、应攻克的技术瓶颈和“卡脖子”问题。为适应未来先进钢铁材料的发展,应在钢铁材料知识与理论框架下,充分发挥集成计算材料工程及材料信息学的优势,创建新材料的智慧研发路线,实现中国先进钢铁材料的研发从跟随模仿跨越到基于人工智能创新引领的新高地。

淬火温度对620 MPa级海洋工程用钢组织及性能的影响

研究了不同淬火温度对620 MPa超高强海洋工程用钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:实验钢经两相区淬火+回火处理后的组织为板条状铁素体和回火索氏体,其强度较低,低温韧性较高,当使前驱体调整为马氏体时,导致铁素体板条束尺寸缩短和增宽,最终实验钢强度下降,低温冲击韧性变化不明显;实验钢经完全奥氏体相区淬火+回火处理后的组织为回火索氏体,其强度较高,低温冲击韧性较低,当调整前驱体为马氏体后,最终形成了更加细小均匀的回火索氏体组织,此时其强度变化不明显,但低温冲击韧性得到较大提升。

颗粒粒径对碳化钨/高强钢复合材料界面微观组织和元素扩散的影响

利用“冷压成型-真空烧结法”制备了碳化钨/高强钢复合材料。结合光学显微镜、扫描电镜、超高温激光共聚焦显微镜和显微硬度计等分析测试手段对不同碳化钨(WC)颗粒粒径下获得的复合材料以及界面的显微组织和硬度进行了分析。实验结果表明,WC粉末颗粒粒径越小,WC平均晶粒尺寸越小;同时,WC致密度越高,当WC粉末颗粒粒径为100 nm,致密度达到91.22%;WC粉末颗粒粒径越小,复合材料中WC一侧的硬度越高。当WC粉末颗粒粒径为100 nm,烧结温度为1320℃时,WC最高硬度值达1680HV0.1左右;且在靠近结合界面处WC硬度较其他位置更高;芯部的高速钢材料随WC颗粒粒径的变化不大,都在500HV0.1左右。当WC粉末颗粒粒径为200 nm时,碳化钨与高强钢在界面处形成了一定宽度的过渡层,复合材料的结合为冶金结合;高强钢基体中的铁元素扩散到接触的碳化钨组织中,产生了一定宽度的熔合层,复合材料界面结合相对较好。在过渡区域内,W、Fe和Co元素在界面处都发生了明显的扩散;随着碳化钨颗粒粒径的增大,元素扩散趋势减弱。当WC粉末颗粒粒径为500 nm时,在复合材料界面处Fe元素和W元素未发生明显扩散现象,只有Co元素发生了一定程度的扩散。

高性能海洋工程用钢的智慧研发之一

简要论述了海洋工程用钢铁材料的性能特点及发展方向,指出了目前海工钢产品在研发、生产、服役过程中存在的部分问题和不足。通过对钢铁材料研究现状的分析,提出基于钢铁材料基因组工程建立成分、工艺、组织及性能之间的内在联系,进而利用大数据建设建立定量化关系实现海工钢智慧化的有效研发。