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Nb含量和均质化处理对奥氏体不锈钢铸态组织和力学性能的影响

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金属学报 2024年

作者：谢昂陈胜虎姜海昌戎利建中国科学技术大学材料科学与工程学院中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室

奥氏体不锈钢中添加Nb会造成铸态组织中出现大尺寸初生NbC，不利于后续二次NbC的析出控制，是制约含Nb奥氏体不锈钢发展的重要因素。本工作采用OM、SEM、TEM和单轴拉伸等研究了Nb含量和均质化处理对奥氏体不锈钢铸态组织和力学性能的影... 详细信息

奥氏体不锈钢中添加Nb会造成铸态组织中出现大尺寸初生NbC，不利于后续二次NbC的析出控制，是制约含Nb奥氏体不锈钢发展的重要因素。本工作采用OM、SEM、TEM和单轴拉伸等研究了Nb含量和均质化处理对奥氏体不锈钢铸态组织和力学性能的影响。结果表明，Nb含量的变化改变了晶界初生NbC和M23C6碳化物的析出行为，未添加Nb的合金在晶界处析出了连续分布的M23C6碳化物；Nb含量为0.30%时，形成了初生NbC+奥氏体的共晶组织，但晶界仍析出M23C6碳化物；Nb含量进一步提高到0.90%可完全抑制M23C6析出，但共晶组织数量显著增加。随着Nb含量增加到0.90%，合金的屈服强度提高，这是由于M23C6析出被抑制而使Cr元素固溶强化、Nb的固溶强化、晶粒细化带来的细晶强化以及二次NbC的沉淀强化作用提高。然而，初生NbC与奥氏体间较差的变形协调性易诱发微裂纹的萌生，裂纹沿网状分布的NbC快速扩展而造成了沟壑状的脆性断裂，显著降低了延伸率。1250℃均质化处理后，初生NbC由长棒状转变为球状或椭球状，提高了NbC与奥氏体界面处微裂纹形成所需的临界应力，抑制了微裂纹的萌生；同时初生Nb C由网状分布转变为断续分布，避免了微裂纹沿初生NbC的扩展，在基本不影响奥氏体不锈钢强度的基础上，大幅度提高了延伸率。

关键词：奥氏体不锈钢 Nb含量均质化处理碳化物析出力学性能

预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐Pb-Bi腐蚀性能的影响

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金属学报 2024年第5期60卷 639-649页

作者：潘霞张洋鹏董志宏陈胜虎姜海昌戎利建中国科学院金属研究所沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

针对液态Pb-Bi共晶(LBE)冷却快堆开发了一种新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢,为进一步增强其耐Pb-Bi腐蚀性能,提升燃料组件的安全性,采用预氧化法对其进行了表面防护处理,表征了预氧化膜的结构,分析了预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐55... 详细信息

针对液态Pb-Bi共晶(LBE)冷却快堆开发了一种新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢,为进一步增强其耐Pb-Bi腐蚀性能,提升燃料组件的安全性,采用预氧化法对其进行了表面防护处理,表征了预氧化膜的结构,分析了预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐550℃饱和氧LBE的腐蚀性能的影响。结果表明,该钢在720℃、1%O_(2)+99%N_(2)气氛中预氧化1 h时形成的氧化膜主要是(Fe,Cr)_(2)O_(3)和MnCr_(2)O_(4)氧化物,此氧化膜可有效阻止钢中Fe元素的向外扩散和LBE中O元素的向内扩散,进而提升了材料的耐LBE腐蚀性能。但由于Mn较高的扩散速率和在LBE中较高的溶解度,预氧化膜中的Mn元素会逐渐扩散和溶解至LBE,导致部分氧化膜失效并形成局部腐蚀区,当LBE腐蚀1000 h后,合金表面的局部腐蚀区可达60%。本工作揭示了新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢中预氧化膜的微观结构、保护效果和失效机制,为进一步提升其预氧化膜的有效性和稳定性指明了方向。

关键词： Pb-Bi共晶冷却快堆铁素体/马氏体钢表面处理 Pb-Bi腐蚀预氧化膜

Si对一种9Cr铁素体/马氏体钢显微组织和力学性能的影响

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金属学报 2023年

作者：张乾坤胡小锋姜海昌戎利建中国科学技术大学材料科学与工程学院中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室

基于ASME标准成分的P91钢,设计了一种Si增强型的9Cr铁素体/马氏体钢(记为H-Si钢)。利用OM、FESEM、TEM、EBSD、拉伸和冲击等分析和检测技术,对P91和H-Si合金钢铸态、均质化态、回火态和时效态(550℃时效3000 h)的显微组织和力学性能进... 详细信息

基于ASME标准成分的P91钢,设计了一种Si增强型的9Cr铁素体/马氏体钢(记为H-Si钢)。利用OM、FESEM、TEM、EBSD、拉伸和冲击等分析和检测技术,对P91和H-Si合金钢铸态、均质化态、回火态和时效态(550℃时效3000 h)的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,Si增强后会在合金钢中引入体积分数为3.9%的δ铁素体,但通过均质化处理可以将其完全消除。回火处理后,H-Si钢因含有较高的Si含量,会形成富Si层包裹M23C6的现象,该富Si层阻碍了M23C6的粗化长大,使M23C6的尺寸小于P91钢中M23C6的尺寸。与此同时,在550℃时效处理时该富Si层同样会减缓M23C6的长大,同时还促进了Laves相的形核和生长,造成时效态H-Si钢具有较细的M23C6和较粗的Laves相。回火态H-Si钢因较高的Si含量和较细的M23C6,强度明显高于P91钢,而时效处理后因Laves相的析出,强度进一步提高。回火态P91和H-Si合金钢具有相近的冲击功(约210 J),断裂模式均为韧性断裂。时效处理后由于Laves相的析出,导致P91和H-Si合金钢的冲击功下降。因H-Si钢中Laves相的尺寸较大、数量较多,使H-Si钢出现了一定比例的解理区,从而冲击功下降更明显。

关键词： Si M C Laves相 δ铁素体力学性能

铸态Al-Mg-Sc-Zr合金退火过程中的硬化行为

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金属学报 2011年第3期47卷 311-316页

作者：杜刚杨文闫德胜戎利建中国科学院金属研究所沈阳110016

采用透射电镜、电子探针、拉伸和硬度测试等方法对铸态Al-6Mg-0.2Sc-0.15Zr(质量分数,%)合金在等温退火过程中的硬化行为进行了研究.结果表明,退火过程中Mg分布的变化对合金强度影响不大,细小、弥散的Al_3(Sc,Zr)沉淀相的析出产生了显... 详细信息

采用透射电镜、电子探针、拉伸和硬度测试等方法对铸态Al-6Mg-0.2Sc-0.15Zr(质量分数,%)合金在等温退火过程中的硬化行为进行了研究.结果表明,退火过程中Mg分布的变化对合金强度影响不大,细小、弥散的Al_3(Sc,Zr)沉淀相的析出产生了显著的沉淀强化作用.合金在300℃下退火,Al_3(Sc,Zr)沉淀相粗化速率较慢,经过24 h处理后其直径为5 nm,合金屈服强度相对退火前提高约90 MPa;随着退火温度的升高,Al_3(Sc,Zr)相在退火过程中发生不同程度的粗化.450℃/24 h处理后沉淀相直径增大至约30 nm,Al_3(Sc,Zr)相引起的沉淀强化作用下降至30 MPa.铸态Al-6Mg-0.2Sc-0.15Zr合金经过300℃/3 h退火处理后可获得最大的沉淀强化效果.

关键词： Al-Mg-Sc-Zr合金退火沉淀强化显微组织

Cu的析出及其对FeCrMoCu合金阻尼性能和力学性能的影响

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金属学报 2017年第5期53卷 601-608页

作者：胡小锋杜瑜宾闫德胜戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

采用扫描透射电镜(STEM)和动态机械分析仪(DMA)研究了FeCrMoCu合金(Cu添加量为1.0%和2.0%,质量分数)在不同冷速条件下Cu的析出行为及其对阻尼性能和力学性能的影响。结果表明:1.0Cu合金中Cu主要以过饱和的形式固溶在基体,当冷速较慢(炉... 详细信息

采用扫描透射电镜(STEM)和动态机械分析仪(DMA)研究了FeCrMoCu合金(Cu添加量为1.0%和2.0%,质量分数)在不同冷速条件下Cu的析出行为及其对阻尼性能和力学性能的影响。结果表明:1.0Cu合金中Cu主要以过饱和的形式固溶在基体,当冷速较慢(炉冷)时会析出少量的富Cu相,该相尺寸较小(<5nm),Cu含量较低(3.7%);Cu增加到2.0%后,随着冷速的下降(从水冷到空冷,最后到炉冷),合金中先析出数量较少、尺寸较小的富Cu相,随后析出数量较多、尺寸稍大的球状第二相(10~15nm),最后析出相粗化成圆棒状(100~400nm)但数量显著减少,后2种析出相的Cu含量明显增加(30%~40%)。含Cu第二相的析出,明显增加合金平均内应力,使合金的阻尼性能显著下降,因此有第二相析出的2.0Cu合金阻尼性能明显低于1.0Cu合金。与此同时,合金的强度随着富Cu相的析出而明显提高,其中尺寸较小的富Cu相析出强化效果较好,且对塑韧性的影响相对较小。含1.0%Cu的FeCrMoCu合金可以同时获得较好的阻尼性能和力学性能。

关键词： FeCrMoCu合金 Cu 冷却速率析出相阻尼性能

含3%Cu低碳马氏体不锈钢0Cr13Ni4Mo的显微组织及耐腐蚀性能

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金属学报 2023年

作者：杨彬彬宋元元郝龙姜海昌戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室太原科技大学材料科学与工程学院

采用SEM、XRD、TEM、APT以及电化学测试等手段研究了添加3%Cu (3Cu)对低碳马氏体不锈钢0Cr13Ni4Mo显微组织及耐腐蚀性能的影响,并与不含Cu不锈钢进行了对比分析。结果表明,经过1050℃固溶处理后,Cu均匀地分布在板条马氏体基体上;400℃... 详细信息

采用SEM、XRD、TEM、APT以及电化学测试等手段研究了添加3%Cu (3Cu)对低碳马氏体不锈钢0Cr13Ni4Mo显微组织及耐腐蚀性能的影响,并与不含Cu不锈钢进行了对比分析。结果表明,经过1050℃固溶处理后,Cu均匀地分布在板条马氏体基体上;400℃回火后,Cu形成了极小的纳米团簇,其中偏聚了大量的Fe原子等;500℃回火后,Cu纳米团簇长大为尺寸为5～10 nm的富Cu析出相,核心处主要偏聚Cu原子,且与基体处于共格关系,而碳化物则由富Fe的纳米团簇生长成富Cr的析出相。3Cu低碳马氏体不锈钢经过500℃回火后表现出优异的耐腐蚀性能,这是因为富Cu析出相长大过程中伴随着向周边基体排出Cr原子,减少了由富Cr碳化物造成的贫Cr区,从而降低了3Cu低碳马氏体不锈钢的腐蚀敏感性。

关键词： 0Cr13Ni4Mo 富Cu析出相耐腐蚀性能原子探针层析技术

超细晶铁素体-马氏体钢的高温氧化成膜特性及其对Pb-Bi腐蚀行为的影响

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金属学报 2021年第8期57卷 989-999页

作者：陈胜虎戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

利用SEM、XRD、EPMA和XPS等研究了冷旋锻变形对9Cr_(2)WVTa铁素体-马氏体钢在650℃空气中氧化膜形成过程的影响,在此基础上考察了预氧化制备氧化膜对9Cr_(2)WVTa铁素体-马氏体钢在饱和氧液态PbBi共晶(LBE)中腐蚀行为的影响。结果表明,... 详细信息

利用SEM、XRD、EPMA和XPS等研究了冷旋锻变形对9Cr_(2)WVTa铁素体-马氏体钢在650℃空气中氧化膜形成过程的影响,在此基础上考察了预氧化制备氧化膜对9Cr_(2)WVTa铁素体-马氏体钢在饱和氧液态PbBi共晶(LBE)中腐蚀行为的影响。结果表明,冷旋锻变形量的增加可提高样品的抗氧化性能,63%变形处理使抗氧化性能略有提高,94%变形处理可显著提高抗氧化性能。相较于回火态样品,63%变形处理样品形成的氧化物仍主要为(Fe,Cr)_(2)O_(3),只是氧化物颗粒尺寸略有下降;94%变形获得的超细晶样品中,不仅氧化物颗粒尺寸显著减小,而且促进了富Mn氧化物(MnCr_(2)O_(4)和Mn_(2)O_(3))的形成。超细晶样品中大幅度提高的空位浓度和位错密度、以及增加的晶界数量,显著提高了元素的扩散速率,Mn的异常快速扩散促进了富Mn氧化物的形成,稳定性好的富Mn氧化物提高了氧化膜的致密性。650℃空气中预氧化处理20 h后,超细晶样品表面获得致密性良好的富Mn氧化膜,在550℃饱和氧LBE中腐蚀500 h后,预氧化制备氧化膜可有效阻止LBE对铁素体-马氏体钢的侵蚀,并抑制了Fe的外扩散。Mn在LBE中较高的溶解度会加快富Mn氧化膜的溶解,随着Mn的不断溶解和LBE的持续侵蚀,预制备氧化膜的致密性不断下降而最终破裂,腐蚀2000 h后,样品表面形成了连续的Pb-Bi腐蚀产物。

关键词：超细晶铁素体-马氏体钢冷旋锻变形预氧化 Pb-Bi腐蚀扩散

Sc含量对Al-Mg-Sc-Zr合金铸态组织及时效强化的影响

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稀有金属材料与工程 2013年第12期42卷 2530-2535页

作者：杨文闫德胜戎利建中国科学院金属研究所辽宁沈阳110016

用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及显微硬度仪研究了Sc含量对Al—5．5Mg．0．5Mn-XSc-0．1Zr（质量分数，％）（0．05≤x≤0．50）合金铸态显微组织和时效处理后二次析出相的形貌及其强化作用的影响。结果表明：... 详细信息

用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及显微硬度仪研究了Sc含量对Al—5．5Mg．0．5Mn-XSc-0．1Zr（质量分数，％）（0．05≤x≤0．50）合金铸态显微组织和时效处理后二次析出相的形貌及其强化作用的影响。结果表明：当Sc含量少于0．09％（质量分数，下同）时，凝固过程中无含Sc相析出，铸锭组织为柱状树枝晶，时效后强化作用有限；当Sc含量在0．16％～0．23％时，凝固过程中析出少量初生及共晶A13（So，Zr）相，这既能够细化晶粒，又不影响时效后二次析出相的热稳定性，时效后合金的硬度也较高；而Sc含量过高（Ⅳ≥0．23）时，合金中初生和共晶A1s（So，Zr）相的含量增多，虽然也能够细化晶粒，但凝固后基体中固溶的Zr含量也会随之降低，导致二次A13（So，Zr）相的热稳定性降低，450℃时效24h后二次析出相粗化严重，强化作用很弱。

关键词： Al-Mg-Sc-Zr合金 A13(Sc Zr) 晶粒细化沉淀强化

淬火冷却速率对海洋平台用Ni-Cr-Mo-B钢性能的影响

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材料研究学报 2022年第4期36卷 250-260页

作者：张守清胡小锋杜瑜宾姜海昌庞辉勇戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 舞阳钢铁有限责任公司平顶山462500

使用热膨胀仪、SEM电镜、EBSD、硬度、拉伸和冲击等观察和检测手段,研究了淬火冷却速率对海洋平台用Ni-Cr-Mo-B钢的显微组织、有效晶粒尺寸(EGS)和力学性能的影响。结果表明,不同冷却速率的合金钢,其显微组织包括板条马氏体(LM)、板条... 详细信息

使用热膨胀仪、SEM电镜、EBSD、硬度、拉伸和冲击等观察和检测手段,研究了淬火冷却速率对海洋平台用Ni-Cr-Mo-B钢的显微组织、有效晶粒尺寸(EGS)和力学性能的影响。结果表明,不同冷却速率的合金钢,其显微组织包括板条马氏体(LM)、板条贝氏体(LB)、粒状贝氏体(GB)和F(铁素体)。随着淬火冷却速率的降低合金钢的显微组织分别为LM(>20℃/s)、LM/LB(20~2℃/s)、LB(2~1℃/s)、LB/GB(1~0.2℃/s)、GB/F(0.2~0.02℃/s),其硬度由100℃/s时的393HV逐渐降低至0.02℃/s时的291HV。回火后合金钢的屈服强度由水冷的836 MPa降低至炉冷的726 MPa,而延伸率几乎不变,约为20%。油冷合金钢的-60℃冲击功最高(199 J),水冷次之(54 J),空冷和炉冷合金钢的最低(<30 J)。其原因是,油冷合金钢具有LM_(T)/LB_(T)混合组织,较小的EGS(1.6μm)对解理裂纹的阻碍作用较强;而空冷、炉冷合金钢的组织分别为GB_(T)/LB_(T)、GB_(T)/F,其EGS较大(分别为2.4和2.8μm),对解理裂纹的阻碍作用较弱。

关键词：金属材料 Ni-Cr-Mo-B钢显微组织冷却速率有效晶粒尺寸冲击功