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基于交流电磁场的高铁钢轨表面裂纹无损检测研究及展望

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中国铁道科学 2024年第2期45卷 15-29页

作者：申嘉龙侯艳萍张晨王飞刘萌孟征兵尹武良桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室广西桂林541004 桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心广西桂林541004 曼彻斯特大学电子电气工程学院英国曼彻斯特M139PL

针对高铁钢轨表面产生滚动接触疲劳(RCF)裂纹导致对钢轨带来危害的问题,本文分析了钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的形成机理及扩展规律,系统归纳了高铁裂纹的无损检测与表征方法。聚焦于交流电磁场检测(ACFM)技术,重点研究了ACFM技术发展及... 详细信息

针对高铁钢轨表面产生滚动接触疲劳(RCF)裂纹导致对钢轨带来危害的问题,本文分析了钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的形成机理及扩展规律,系统归纳了高铁裂纹的无损检测与表征方法。聚焦于交流电磁场检测(ACFM)技术,重点研究了ACFM技术发展及研究现状、理论研究成果以及存在的问题,综述了ACFM技术的特点及应用,通过与其他无损检测方法进行分析比较,阐述了ACFM测量法对钢轨表面裂纹的精准量化表征的优势。结果表明:ACFM探针传感器沿45°方向扫描,通过结合ACFM信号补偿量算法可将非均匀裂纹口袋深度误差降到5.5%,垂直深度误差降到7.1%,裂纹簇误差减小到7.1%;经过人工神经网络训练对钢轨RCF裂纹尺寸进行精准表征,最终计算的误差在10%以内。进一步讨论了融合人工智能技术的钢轨表面裂纹无损检测技术的发展趋势,为后续ACFM技术对钢轨表面RCF裂纹的检测和表征研究提出相关建议和展望。

关键词：高铁钢轨滚动接触疲劳交流电磁场表面裂纹尺寸表征无损检测

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海洋工程高抗蚀筋材研究进展

材料导报 2022年第6期36卷 154-160页

作者：秦芳诚亓海全孟征兵陈平黄玉鸿桂林理工大学材料科学与工程学院广西桂林541004 广西盛隆冶金有限公司广西防城港538004

随着国家海洋强国建设和“向海经济”发展战略的实施,北部湾、南海区域和东盟沿海重大海洋工程建设进入高速发展阶段。海工钢筋混凝土作为海洋建设的重要基础材料,在近海岸港口码头、跨海桥梁、海底隧道、人工岛屿以及海上钻井平台等领... 详细信息

随着国家海洋强国建设和“向海经济”发展战略的实施,北部湾、南海区域和东盟沿海重大海洋工程建设进入高速发展阶段。海工钢筋混凝土作为海洋建设的重要基础材料,在近海岸港口码头、跨海桥梁、海底隧道、人工岛屿以及海上钻井平台等领域已有广泛应用,为海工筋材的开发提供了极大的市场推动力。由于处于高温、高湿、高盐雾等复杂的海洋环境,海工筋材普遍存在锈蚀、涂料脱落、开裂以及功能性快速失效等突出问题,其耐蚀性直接关系到混凝土和海洋工程结构的耐久性与服役寿命,以上问题对传统海洋工程材料也提出了新挑战。因此,迫切需要开展提高海工筋材耐蚀性的研究。近年来国内外学者在海工钢筋锈蚀行为和结构耐久性方面开展了大量有益研究,取得了丰硕成果。普通低碳钢筋以大面积整体均匀腐蚀为主,耐蚀能力有限,会降低钢筋握裹力,诱发混凝土结构锈胀开裂和剥落;不锈钢筋临界Cl-浓度高,以局部点蚀为主,锈蚀速率低,但Cr、Ni总含量高达20%,前期成本较高;涂/镀层钢筋可以防止混凝土及其外围环境中侵蚀介质对钢筋的锈蚀,但随着混凝土强度提高和保护层厚度加大,开裂倾向也增加;低合金化钢筋的耐Cl-腐蚀能力较强,具有双层钝化膜结构,Cr和Ni增大了其钝化区间,锈层稳定性高,其腐蚀速率远低于普通低碳钢筋。因此,具有高抗蚀性的合金化海工筋材在向海港口码头、跨海大桥等重大工程中的应用不断加大。本文综述了海洋工程用钢筋材料的研究进展,从钢筋特点、组织结构、耐蚀行为与性能以及耐蚀机理等方面着重进行阐述,并阐明了海洋腐蚀条件下钢筋锈蚀组织变化规律,揭示了低合金化钢筋材料的耐蚀机理,指出高抗蚀筋材耐蚀性研究中存在的问题,最后提出低合金化海工筋材体系开发的必要性及其耐蚀性研究的重点,以期为高抗蚀钢筋的研发及推广应用提供理论依据。

关键词：海工钢筋不锈钢低合金化组织性能耐蚀机理

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双金属复合构件离心铸造技术

材料导报 2022年第11期36卷 174-182页

作者：王于金秦芳诚齐会萍李永堂亓海全孟征兵桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室广西桂林541004 太原科技大学金属材料成形理论与技术山西省重点实验室太原030024

轧辊、无缝管和环类零件等是核电火电、石油化工和大型轧机等高端装备的关键基础构件,具有承载、连接和传动等作用,品种多、用量大、用途广。单一金属材料轧辊、无缝管和环件在性能上越来越难以满足重大装备在极端严酷环境下的服役性能... 详细信息

轧辊、无缝管和环类零件等是核电火电、石油化工和大型轧机等高端装备的关键基础构件,具有承载、连接和传动等作用,品种多、用量大、用途广。单一金属材料轧辊、无缝管和环件在性能上越来越难以满足重大装备在极端严酷环境下的服役性能要求,如在高磨损、高腐蚀环境下不仅需要考虑构件材料本身的力学性能,还必须采用抗磨损、抗腐蚀合金提高构件的力学性能和延长其使用寿命。因此,将具有不同性质的两种材料复合在一起组成双金属复合构件,可以实现两种单一金属组元性能的优势互补。单侧性能要求较高时,双金属构件可以取代稀有、贵重金属,在深空探测、风电、石化和远洋船舶等领域应用广泛。由于双金属材料成分、结构和性能的差异,其复合界面形态与结合特点是该类构件制造的关键。经过多年的研究与发展,已实现了复合辊、复合管等双金属复合构件离心铸造技术生产。双金属复合辊为外层卧式离心铸造、内层重力填充铸造,双金属复合管内、外层均为典型的卧式离心铸造,双金属结合界面形态受外层浇注温度、内外层浇注间隔时间和铸型转速的影响,结合层厚度的影响因素主要为浇注温度和凝固方法,复合构件性能主要取决于结合界面的性能;在复合辊和复合管离心铸造过程中,加以电磁控制和多元合金变质处理,以及离心铸造复合后进行阶梯热处理,均能够改善结合界面形态与成分分布均匀性,从而提高其结合性能,离心铸造复合成形机理主要为冶金结合。本文综述双金属复合构件离心铸造技术的研究现状,以典型双金属复合辊和复合管为研究对象,分析其离心铸造工艺特点与成形规律,探讨工艺参数对结合界面和结合性能的影响规律,揭示离心铸造过程中的组织演变机理,指出双金属构件离心铸造中存在的问题。结合盘状类环形零件的特点,展望双金属离心铸造复合构件的发展趋势与重点研究内容。

关键词：双金属构件离心铸造复合管结合界面

赤泥掺杂的涂料提高钢坯表面高温抗氧化性机理研究

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热加工工艺 2023年第18期52卷 94-98页

作者：胡浩张鑫周颖喻亮孟征兵桂林理工大学材料科学与工程学院广西桂林541004

以赤泥、SiO_(2)、MgO和石墨粉为主要原料,通过湿磨制备了赤泥掺杂涂料。对涂层在钢坯表面的脱落性能、抗氧化性能及机理进行分析,利用SEM-EDX、XRD、TG-DSC分析涂层的显微结构、物相组成、热重性能。结果表明:涂料的脱落性能明显好于... 详细信息

以赤泥、SiO_(2)、MgO和石墨粉为主要原料,通过湿磨制备了赤泥掺杂涂料。对涂层在钢坯表面的脱落性能、抗氧化性能及机理进行分析,利用SEM-EDX、XRD、TG-DSC分析涂层的显微结构、物相组成、热重性能。结果表明:涂料的脱落性能明显好于市售涂料;涂料能够显著提高钢坯的高温抗氧化性能,有涂层的钢坯在900℃时的单位面积抗氧化烧损效果最佳,可降低80.5%;钢坯加热过程中涂层中石墨粉与O_(2)反应生成CO和CO_(2)混合气体层,阻挡外界O_(2)入侵,减缓钢坯的氧化速率;950℃时,原位生成的MgFe_(2)O_(4)尖晶石增强了涂层致密性,减缓了钢坯的氧化速率。

关键词：钢坯赤泥抗氧化性能尖晶石

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有关CSP连铸机漏钢的探讨

钢铁研究学报 2005年第B8期17卷 155-160页

作者：孟征兵涟源钢铁集团公司热轧板厂湖南娄底417009

探讨了CSP连铸机的各种漏钢形式及漏钢原因，同时具体分析了涟钢CSP投产以来18次漏钢原因，列举了预防漏钢需采取的有关措施。

关键词： CSP 连铸机漏钢

低成本Al-Ti-Cr高强耐海水腐蚀钢耐蚀性能研究

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材料导报 2021年第14期35卷 14084-14088页

作者：殷鑫孟征兵胡浩桂林理工大学材料科学与工程学院桂林541004

本工作以普碳钢为基体,添加Cr、Ti、Al等元素制备了新型低成本高强耐蚀钢,通过动电位极化、交流阻抗、周浸腐蚀实验和盐雾加速腐蚀实验研究了低成本Al-Ti-Cr高强耐蚀钢的耐海水腐蚀性能。结果表明:钢中的Cr能促进锈层向致密的α-FeOOH... 详细信息

本工作以普碳钢为基体,添加Cr、Ti、Al等元素制备了新型低成本高强耐蚀钢,通过动电位极化、交流阻抗、周浸腐蚀实验和盐雾加速腐蚀实验研究了低成本Al-Ti-Cr高强耐蚀钢的耐海水腐蚀性能。结果表明:钢中的Cr能促进锈层向致密的α-FeOOH进行转变;Al和Ti提供阳极保护的同时,Al还能产生致密的Al_(2)O_(3)分散在锈层表面延缓腐蚀介质向基体的侵蚀,而Ti能够呈点状或者片状富集在锈层内部,对晶间腐蚀起到一定的保护作用,大幅度提高了耐蚀钢的耐蚀性能。

关键词：耐蚀钢电动极化交流阻抗盐雾试验

双相不锈钢二维微观组元的电磁响应机理及磁导率计算研究

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材料与冶金学报 2023年

作者：肖帅帅申嘉龙赵家宁张晨周春泉孟征兵桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心广西盛隆冶金有限公司桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室

基于Neper和Comsol有限元模拟软件，建立了双相不锈钢微观组织的有限元模型，通过电导率和磁导率定义了不同相和组织，对模型添加电磁场，划分网格并计算不同相组成、相分布和晶粒尺寸的双相不锈钢微观组织的磁导率，进一步解释了微观... 详细信息

基于Neper和Comsol有限元模拟软件，建立了双相不锈钢微观组织的有限元模型，通过电导率和磁导率定义了不同相和组织，对模型添加电磁场，划分网格并计算不同相组成、相分布和晶粒尺寸的双相不锈钢微观组织的磁导率，进一步解释了微观组元对材料电磁性能的影响，为建立钢铁材料的微观组织和电磁传感器输出信号的对应关系、搭建电磁无损表征的在线监测平台打下基础。结果表明，该模型可用于确定晶粒尺寸、铁素体-奥氏体相分数、相分布等因素对低频磁场下双相不锈钢相对磁导率的影响。在显微组织模型中，晶粒度从50变化到500，相对磁导率随着晶粒度的增大从29.77增大到53.27；铁素体相分数从30%变化到80%，随机分布模型的相对磁导率随着铁素体分数的增大从36.42增大到169.44，连通分布模型的相对磁导率随着铁素体相分数的增大从89.76增大到180.89。

关键词：双相不锈钢磁导率显微组织有限元

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基于电磁响应的钢轨表面脱碳层无损检测研究

中国测试 2023年

作者：董春鑫申嘉龙刘萌侯艳萍刘光穆孟征兵李义兵桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心广西盛隆冶金有限公司

高速铁路用钢轨在热轧成型过程中发生表面材料组织氧化，形成脱碳层。脱碳会降低钢轨基体强度、硬度和耐磨性，导致表面裂纹的萌生和扩展，极易引发钢轨服役期断裂。为了寻找一种钢轨脱碳层的无损检测方法，该文通过COMSOL有限元模拟与... 详细信息

高速铁路用钢轨在热轧成型过程中发生表面材料组织氧化，形成脱碳层。脱碳会降低钢轨基体强度、硬度和耐磨性，导致表面裂纹的萌生和扩展，极易引发钢轨服役期断裂。为了寻找一种钢轨脱碳层的无损检测方法，该文通过COMSOL有限元模拟与实验研究，通过热处理U71Mn钢轨试样后不同的保温时长得到不同的脱碳层厚度并采用多频电磁无损检测技术表征，研究钢轨铁素体和珠光体对电磁信号的响应机制，结果表明电磁传感器信号可以分辨钢轨脱碳层厚度，得到电磁传感器信号的特征值——过零频率与脱碳层厚度之间的关系，为钢轨表面脱碳层实时在线监测研究提供理论支撑。

关键词：无损检测电磁响应钢轨脱碳层有限元模拟

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N-Ti微合金化高强钢中的含Ti析出物

材料热处理学报 2014年第4期35卷 106-110页

作者：孟征兵吴光亮刘新彬周超洋邢凯中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083

利用Gleebe1500热模拟试验机,对氮钛微合金化高强钢在薄板坯连铸连轧工艺下进行了热模拟试验,对模拟各工序下的Ti(C,N)析出物形貌进行观察和分析,并通过热力学、动力学分析了其析出的原因和条件,研究了Ti(C,N)析出物在热轧工艺中变化的... 详细信息

利用Gleebe1500热模拟试验机,对氮钛微合金化高强钢在薄板坯连铸连轧工艺下进行了热模拟试验,对模拟各工序下的Ti(C,N)析出物形貌进行观察和分析,并通过热力学、动力学分析了其析出的原因和条件,研究了Ti(C,N)析出物在热轧工艺中变化的全过程。研究表明:连铸过程中主要有直径200 nm的液析TiN;铸坯均热后有直径为50~100 nm的固析TiN,在原始奥氏体晶界和枝晶偏析带析出直径为100~200 nm的TiC;连轧后主要有形变诱导析出分布均匀、直径为10~30 nm的TiC;卷取后在铁素体中析出直径为6~15 nm弥散分布的TiC。

关键词：微合金化钢高强钢薄板坯连铸连轧析出物