提升理工专业青年教师教学能力的研究与实践——以苏州大学沙钢钢铁学院为例

本文针对青年教师缺少对本科教学意识的深入理解,在教学经验和工程实践训练上缺乏磨练等问题,结合苏州大学沙钢钢铁学院校企合作办学的优势,借鉴与融合国内外先进的教学理念,以冶金工程专业"卓越工程师"教育培养计划的要求为导向,以提升本科教学质量为驱动环节,以实践教学和现场教学为载体,系统设计和构建了一套完整的青年教师培养体系,最终达到实现有效提升青年教师教学和工程实践能力的目标。

两相区淬火温度对Ni-Cr-Mo-V系高强船体钢组织及性能的影响

为改善高强船体钢高屈强比、回火区间窄的问题,研究了两相区二次淬火温度对Ni-Cr-Mo-V系高强船体钢组织及性能的影响。通过改变二次淬火温度,研究实验钢冲击拉伸性能和显微组织的变化规律,并通过OM、TEM、XRD衍射等方法进行表征。结果表明,在淬火温度区间内,材料的性能表现出两种变化趋势。当淬火温度在640~700℃时,实验钢的强度随着二次淬火温度的上升而增加,而韧性下降。在该淬火温度范围内,实验钢的机械性能由铁素体+马氏体的双相组织和逆转变奥氏体的含量决定。随着二次淬火温度的上升,双相组织中铁素体的比例从40%降至10%,逆转变奥氏体的含量从11%下降至1%。当二次淬火温度从700℃增加到780℃时,实验钢的强度和韧性变化不明显,原因是二次淬火的温度已经超过了A3温度,实验钢组织转变为单一的马氏体组织,奥氏体晶粒尺寸变化不大(7.3~8.5μm)。综上,在680℃下进行两相区二次淬火可以获得最佳的强度和韧性匹配。

Mg处理Nb-Ti微合金钢中非金属夹杂物演变机理研究

在工业生产条件下,对Nb-Ti微合金钢进行Mg处理试验,分析了Mg处理条件下,微合金钢中非金属夹杂物的演变规律。结果表明,微合金钢经过铝脱氧产物主要为Al_(2)O_(3)夹杂,进行Ca处理后,Al_(2)O_(3)夹杂减少,转变为CaO-Al_(2)O_(3)夹杂,且部分MnS夹杂转变为CaS夹杂;精炼阶段将Ca处理改为Mg处理后,可将铝脱氧产物Al_(2)O_(3)夹杂变性为MgO-Al_(2)O_(3)夹杂。Mg处理前,夹杂物在LF主要是Al_(2)O_(3)夹杂,进行Mg处理和Ti合金化后,钢中主要夹杂物变为MgO-Al_(2)O_(3)夹杂、MgO夹杂和TiN夹杂,最终在铸坯中的夹杂物为MgO-Al_(2)O_(3)外包裹CaS/MnS和(Nb、Ti)N复合夹杂。对Ca处理和Mg处理的夹杂物尺寸进行对比,夹杂物尺寸主要分布在5μm以内,Mg处理形成的2μm以内的夹杂物占比高于Ca处理工艺,表明镁处理可以较好地细化夹杂物,形成大量弥散分布的细小夹杂,有助于提升钢的综合力学性能。

中锰低温钢富氩混合气体保护焊工艺研究

较高的锰含量给中锰低温钢焊接带来了挑战,这在一定程度上限制了中锰低温钢在工业生产中的应用。采用富氩混合气体保护焊对中锰低温钢进行焊接试验,研究不同焊接热输入条件下,焊接接头显微组织和力学性能的变化规律。结果表明:除焊缝及母材外,焊接接头各区域均为局部硬化区,且硬化程度随热输入的增加而增大;当热输入由12 kJ/cm增加到22 kJ/cm时,焊接接头的屈服强度由820 MPa降至775 MPa,抗拉强度由983 MPa降至925 MPa;当热输入为12 kJ/cm和16.8 kJ/cm时,其焊接接头在-40℃条件下均有着良好的冲击韧性,且后者焊接接头各区域冲击吸收功较为均匀,在45 J左右;焊缝区细小的夹杂物及针状铁素体提供了高密度的大角度晶界,减缓了裂纹扩展速率。热影响区稳定性较低的残余奥氏体在受到冲击载荷作用时发生相变诱导塑性(TRIP)效应,提高了焊接接头的低温冲击韧性。

热成形钢激光局部软化组织与性能研究

为了降低热成形钢连接位置的硬度,提高塑性,采用高斯激光光束快速扫描试样表面,利用高温回火原理使材料的强度、硬度降低,成功实现了局部区域的材料软化。结果表明,软区组织为回火索氏体,扫描速率越慢,软区硬度越低;温度为800℃、扫描线速率为2 mm/s时,软区硬度为230 HV,是母材硬度的47.92%,软区抗拉强度降低767 MPa,是母材的50.53%,其断后伸长率17.36%,是母材的188.08%;软化拉伸试样为韧性断裂,杯锥状断面;软化后点焊不会改变焊核的硬度,可以加宽热影响区,避免其硬度骤降骤升的情况,改善热影响区应力集中的情况,防止焊点出现界面断裂,软化后能提高焊点断裂最大位移60%,最大能量吸收功提升了10.14%。本研究证明了激光软化热成形钢具有可行性,对热冲压汽车零件局部软化有一定指导意义。

激光3D打印制备多孔结构不锈钢的组织及压缩性能研究

采用316L不锈钢粉末基于激光3D打印技术（Laser 3D printing，L3DP）制备多孔结构试样与致密试样，研究其微观组织结构及压缩性能。首先对两种试样进行显微组织分析及显微硬度测量；随后进行压缩试验，获得两种试样工程应力．应变曲线并比较其压缩性能；最后利用有限元数值模拟动态再现两种试样的压缩过程，分析变形过程中金属流动与宏观工程应力．应变曲线的内在联系。结果表明：L3DP成型多孔结构不锈钢部件内部组织具有典型的层带结构，主要由沿不同方向生长的柱状晶构成，晶粒尺寸由中心白亮组织向外逐层递增，各层带成分分布均匀且显微硬度在170～190HV之间变化；L3DP成型多孔不锈钢部件的屈服强度为380MPa，压缩弹性模量为23．0GPa，具有良好强塑性匹配；压缩仿真试验显示多孔结构部件内部孔隙在应力作用下逐渐弯曲，最终由流动金属压合填充，由此导致整体空间体积减小，所以相同工程应力下多孔结构部件的工程应变较大。

带钢表面缺陷在线检测系统的设计

针对带钢表面缺陷人工检测方法效率低下的问题,设计了一套在线自动检测系统.首先,提出了带钢表面缺陷在线检测系统的总体设计方案,包括系统的硬件结构、软件结构以及图像采集系统.随后,着重研究了在线检测系统中所涉及的图像预处理方法、图像分割方法、特征提取选择和缺陷分类方法.通过缺陷区域频率域图像特征的提取和缺陷的人工神经网络分类,提高了分类结果的准确性.最后,采用常见缺陷的样本对该系统进行测试,实验结果验证了算法的有效性.

激光增材制造H13钢及回火处理的组织和性能

利用激光增材制造技术成功制备了H13钢,并研究了回火处理对其显微组织和性能的影响。通过光学显微镜、SEM以及XRD衍射仪对各试样进行分析。结果表明,激光增材制造H13钢显微组织主要为马氏体、残余奥氏体以及细小碳化物,回火处理使得马氏体向回火马氏体转变,同时有细小合金碳化物析出。当回火温度超过550℃时,碳化物开始粗化。随回火温度升高,显微硬度呈先升后降的趋势。550℃回火后,试样硬度达到峰值600 HV_(0.3)。摩擦磨损测试结果表明,不同处理状态下各试样主要以粘着磨损为主,同时包含轻微氧化磨损。与沉积态试样相比,550℃回火后,试样耐磨性提高了2倍;650℃回火2 h后,由于基体软化,试样的耐磨性能最差。拉伸测试表明,当回火温度低于550℃时,断口主要以解理断裂为主,550℃回火时抗拉强度最大,为1 928.2 MPa,延伸率为6.4%;当回火温度升高到600~650℃时,断口呈现出韧性断裂,抗拉强度降低,延伸率增大。

热处理温度对纳米析出强化钢组织性能的影响

开展了一系列热处理(500~750℃保温30 min后空冷)实验,分析了热处理温度对新型纳米析出强化钢组织性能的影响。结果表明:未热处理钢板的屈服强度和抗拉强度分别为510 MPa和620 MPa,显微组织为铁素体+珠光体;热处理温度在500~660℃之间时,屈服强度上升幅度在20~45 MPa之间;而热处理温度在700~750℃之间时,由于形成典型双相钢组织(铁素体+M/A岛),屈服强度仅为350 MPa。热处理温度在500~660℃之间时发生了(Nb,Ti)C的二次析出,且原有的析出物具有很好的热稳定性,宏观上表现为实验钢屈服强度提高。

耐腐蚀桥梁钢板超声波探伤缺陷分析及改进措施

利用金相、扫描电镜及金属原位统计分析等技术研究了某桥梁钢板超声波探伤缺陷区域,发现在钢板厚度中心区域存在严重的带状组织,C元素在带状组织中分布极不均匀,存在明显偏析。同时,在该区域还存在大量的非金属夹杂物。结果表明:钢板厚度中心区域C元素严重偏析及大量非金属夹杂物的耦合作用是引起钢板超声波探伤不合格的主要原因。

冷却路径对低成本热轧双相钢组织性能的影响

通过对轧后钢板采用传统的两段式(层流冷却+快速冷却)和连续式(快速冷却)两种不同方式的冷却,探究冷却路径对600MPa级热轧双相钢组织和性能的影响规律。结果表明,两段式层流冷却能够促进多边形铁素体的生成,铁素体基体纯净度较高,岛状马氏体细小弥散分布,试样的综合力学性能较好;连续式快速冷却能够细化组织,随着冷却速率的增大,马氏体束增多且呈细小狭长的片状混乱分布。采用连续式冷却需将终轧温度精确控制在两相区,控制难度相对较大,但能显著提高钢板的综合力学性能。

低碳钢表面Fe-Co合金层的热扩渗制备及腐蚀电化学行为

利用热扩渗方式,以Co_3O_4纳米粉体做钴源,在低碳钢表面制备了Fe-Co合金层。研究了处理温度对合金层表面状态和结构的影响,并在3.5%NaCl溶液中对合金层进行了腐蚀电化学研究。结果表明,处理温度高于800℃可在低碳钢表面形成厚度>25μm,表面钴含量>20%,并与基底形成冶金结合的Fe-Co合金层,合金层为单一铁固溶体相。通过在低碳钢表面制备Fe-Co合金层可以明显改善其在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性。

热轧780MPa级超高强大梁钢的热变形行为研究

针对我国载重汽车用大梁钢屈服强度低,影响汽车轻量化设计问题,利用MMS-300热力模拟试验机对780MPa级大梁钢进行了单道次压缩实验。结果表明,铌和钛的高温析出物对位错和晶界的钉扎作用和固溶铌的溶质拖曳作用是引起实验钢奥氏体难以发生动态回复和动态再结晶的主要原因,实验钢的动态再结晶激活能达到446.92kJ/mol。通过数据回归建立了实验钢的变形抗力数学模型,该模型具有良好的精度,为超高强大梁钢的稳定化工业生产提供了理论依据。

不锈钢粉尘中FeCr_(2)O_(4)还原过程分解行为研究

不锈钢粉尘还原过程中FeCr_(2)O_(4)分解对Cr的分离回收影响显著。对气体和固体碳还原FeCr_(2)O_(4)的热力学过程和分解特征进行研究,探讨Cr在还原过程中存在形式和还原分离条件。结果表明,CO气体和H_(2)在标准状态下不能还原FeCr_(2)O_(4),固体碳能将FeCr_(2)O_(4)还原为铬氧化物和铁氧化物,甚至还原成金属Cr和Fe。提高温度和降低体系总压可促进反应进行。温度1 000~1 200℃,配碳量为β=0.25~0.5时,还原产物主要为Cr_(2)O_(3)+Fe;温度>1 250℃,配碳量β>1.0时,还原产物主要为Cr+Fe;900℃时体系总压在0.01~0.001MPa还原产物主要为Cr_(2)O_(3)+Fe,低于0.5kPa时还原产物主要为Cr+Fe。

焊接速度对微合金钢激光焊接接头组织性能的影响

研究了激光焊接速度对800 MPa级Nb-Ti-Mo微合金钢焊接接头的组织和性能的影响。通过体式显微镜、扫描电镜和透射电镜观察其形貌组织,硬度、拉伸试验测试其力学性能。结果表明,焊接接头宽度随着焊接速度（0.78~1.8 m/min）增大而逐渐减小,低焊速（0.78 m/min）下接头下塌严重。焊缝区组织主要为板条马氏体,并且在低焊速（0.78-1.2 m/min）情况下会形成少量贝氏体和铁素体。粗晶区组织为板条马氏体,并随着焊接速度增大,原始奥氏体晶粒尺寸逐渐减小。细晶区和混晶区组织均为铁素体和M-A组元,但是细晶区的组织更为细小,而混晶区的组织均匀性不佳。焊接接头峰值硬度出现在粗晶区,且随着焊接速度增大而减小。高焊速（1.5~1.8 m/min）下的接头拉伸断裂位置均出现在母材区,抗拉强度达835 MPa。

带钢表面图像缺陷区域的分割方法

主要研究了一种适用于带钢表面图像的缺陷区域分割方法.首先,对传统的基于边缘检测和全局阈值的缺陷区域分割方法进行研究和比较,然后根据带钢表面缺陷图像的灰度特点,提出了一种基于灰度级形态学增强和自适应阈值的缺陷区域分割方法.采用本文方法对常见的带钢表面图像进行缺陷区域分割实验,结果表明本文方法的分割效果要优于传统的分割方法.因此,提出的基于灰度级形态学增强和自适应阈值的缺陷区域分割方法具有一定的实际应用价值.

钢包浇注过程中自由表面旋涡流动行为的物理模拟研究

连铸钢包浇注末期出现的旋涡卷渣现象对连铸钢水质量产生了重要的影响,为了有效控制生产中的旋涡卷渣现象,有必要对钢包浇注末期旋涡的产生机理开展详细研究。依据相似原理,构建了相似比为1:6的钢包物理模型,对钢包浇注过程中旋涡产生及卷渣过程进行研究,研究了初始液面高度、出水口尺寸与布置位置、出水口结构等因素对旋涡形成规律的影响。经研究得知:旋涡形成过程与初始液面高度无关;钢包出水口尺寸和布置位置对于旋涡形成过程影响显著。当偏心率小于1,2时,随着出水口直径的增大,旋涡临界高度逐渐降低;反之,当偏心率大于1/2时,随着出口直径增加,临界起旋高度增加。对于同一尺寸出口而言,随着偏心率的增加,旋涡临界高度逐渐降低,而且当偏心率大于1/2后临界高度显著降低。通过改变出水口内部结构可以有效降低旋涡临界高度。提出的三片挡块式出水口结构,可以显著降低钢包浇注末期的旋涡临界高度,降低高度达50%左右。

304奥氏体不锈钢与建筑视窗玻璃润湿规律

通过扫描电镜观察润湿角,针对影响建筑玻璃与304奥氏体不锈钢润湿性的主要因素开展研究。结果表明:由于液态玻璃边界与不锈钢表面接触的位置是峰顶谷底还是中间部分具有随机性,从而导致粗糙度对润湿角的影响呈现无规律变化;随保温温度由800℃增至900℃,玻璃在不锈钢表面的润湿角明显减小,而当温度达到950℃时,玻璃中则出现大量气孔且部分试样炸裂;当保温时间分别为5、20、40 min时,相对应的润湿角逐渐减小润湿过程逐渐趋于平衡;不锈钢经过预氧化处理表面生成氧化层,液态玻璃在氧化层表面的润湿性提高。因此在实际封接过程中,适当增加保温温度及时间、预先氧化处理不锈钢板能有效增强玻璃与不锈钢的润湿性,提高两者的封接质量。

P92钢表层纳米组织的热稳定性

本文通过表面纳米化处理(SMAT)在P92钢表层中形成纳米组织结构,研究了回火温度对表层纳米组织演化行为和析出行为的影响.结果表明:淬火态和回火态P92钢组织经过SMAT处理后沿深度方向依次是纳米层、剧烈变形层、最终过渡到正常组织.随后分别研究了淬火和回火态SMAT试样经不同温度回火后微观组织的再结晶及长大行为.经SMAT处理的铁素体纳米晶粒在550℃时仍能保持较好的纳米结构,甚至高达650℃时表层晶粒仍为纳米晶,当温度超过760℃时表层组织发生显著的再结晶和晶粒长大现象.纳米晶界能抑制淬火态P92钢在较低温度回火时M23C6碳化物的析出.纳米组织提高了高温回火过程中合金元素在铁素体中的扩散速率,加速了M23C6碳化物的长大过程.不同温度回火过程中SMAT纳米层中析出行为的变化将在本文中详细描述.

不锈钢粉尘气体还原过程中Fe_(2)NiO_(4)的分解行为研究

研究CO和H2气体还原Fe2NiO4的热力学过程和分解特征,探讨气体组成和温度对Fe2NiO4分解行为和还原产物的影响。结果表明,CO和H2气体能够将Fe2NiO4还原为镍氧化物和铁氧化物,以及铁氧化物逐级还原,甚至直接还原成金属Ni和Fe;CO-H2混合气体还原Fe2NiO4过程失重率随混合气体中H2含量和温度发生明显变化,当温度<820℃时,CO的还原能力比H2强,失重率随着混合气体中H2含量的增加而逐渐减小;当温度>820℃时,H2的还原能力比CO强,失重率随混合气体中H2含量的增加而逐渐增大;若将Fe2NiO4完全还原为金属Ni和Fe,所需混合气体量至少为理论值的4倍。