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含Mo、Sn海工钢动态再结晶行为实验研究及数值模拟

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含Mo、Sn海工钢动态再结晶行为实验研究及数值模拟

作者：席仕平燕山大学

学位级别：硕士

海工钢作为海洋工程装备的关键材料,广泛应用于海洋石油平台、油气输送管道以及海洋船舶等海工装备。在恶劣的海洋工况下,海工装备在服役过程中会同时承受海流、风浪、海底地震、低温等自然力的侵蚀和破坏。随着海洋资源的勘探和开发逐... 详细信息

海工钢作为海洋工程装备的关键材料,广泛应用于海洋石油平台、油气输送管道以及海洋船舶等海工装备。在恶劣的海洋工况下,海工装备在服役过程中会同时承受海流、风浪、海底地震、低温等自然力的侵蚀和破坏。随着海洋资源的勘探和开发逐渐迈向深海和极地地区,研制高强度、厚规格、易焊接、并具有良好耐蚀性能的海工钢显得尤为重要。为提高海工钢力学性能,本文采用实验与数值模拟相结合的方法研究了Mo、Sn海工钢热变形过程中的动态再结晶规律,并通过热加工图和显微组织分析确定了合理热加工工艺制度。本文主要研究内容及获得的结果如下:(1)参考现有标准及相关文献资料,设计并冶炼了三种不同成分的海工钢。采用单道次热压缩实验,分别研究了实验钢在变形温度850-1150°C,应变速率0.01-10 s范围内的热变形行为,获取了相应的流变应力曲线。结果表明:流变应力随变形温度的升高和应变率的降低而减小;反之,流变应力增大。相同变形条件下,Mo和Sn元素提高了实验钢的流变应力,且抑制了动态再结晶软化行为的发生。(2)基于流变应力数据建立了实验钢的Arrhenius型双曲正弦本构模型(预测精度>99.2%)和Avrami动态再结晶动力学模型(预测精度>97%),分析了变形温度、应变速率以及合金元素对于实验钢动态再结晶体积分数的影响规律;基于动态材料模型和Murty失稳判据分别建立了3种实验钢不同应变下的热加工图,通过热加工图分析获取了各实验钢的最佳热加工工艺参数;此外,分析发现Mo和Sn元素在不同程度上扩大了加工失稳区。(3)将各实验钢材料数据及动态再结晶动力学模型导入DEFORM有限元数值仿真软件中进行等温热压缩数值模拟,模拟结果在宏、微观上与实验结果匹配良好,验证了动态再结晶动力学模型的准确性。在此基础上,结合热加工图建立了轧制数值模拟模型,通过实际轧制实验,验证了轧制模型的准确性;并通过模拟轧制分析了不同轧制温度、轧制速度和变形量条件下实验钢的动态再结晶组织演变规律,从而获取了各实验钢的合理轧制工艺参数。

关键词：海工钢热变形动态再结晶显微组织热加工图数值模拟

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钇元素掺杂海工钢耐腐蚀机理研究

钇元素掺杂海工钢耐腐蚀机理研究

作者：李光讯河北科技大学

学位级别：硕士

电化学腐蚀和物理腐蚀等问题严重的影响了海洋资源开采平台等大型海工钢结构的使用寿命。如何低成本、高效率提高开采平台等器件的耐蚀性是当今学者一直热衷于研究的问题。当下的有效策略即海工钢中掺入稀土元素,这相对于表面涂层等其... 详细信息

电化学腐蚀和物理腐蚀等问题严重的影响了海洋资源开采平台等大型海工钢结构的使用寿命。如何低成本、高效率提高开采平台等器件的耐蚀性是当今学者一直热衷于研究的问题。当下的有效策略即海工钢中掺入稀土元素,这相对于表面涂层等其他措施具有更显著的理论效益。稀土元素的掺入表现出了良好的脱硫脱氧特性,并进一步提高了样品的耐蚀性。稀土中的Y元素较La和Ce等元素具有半径小、低密度等优点,会对提高海工钢的耐腐蚀性能更有利。本文通过在海工钢铸坯中掺入不同含量的Y元素,进行热处理试验和电化学腐蚀试验,对掺入Y元素后海工钢的微观和宏观形貌以及耐蚀性的变化进行探究,具体研究内容如下:1.通过第一性原理对海工钢与人工海水中的Cl的吸附能进行了计算,以此分析Y元素掺入后对试样耐蚀性的影响。结果表明,整个腐蚀过程中Cl只会在Fe(100)面上发生顶位吸附现象。当Y元素掺入量为0.2wt%时,耐蚀效果最佳,继续增大掺入量,试样的耐蚀效果明显降低。基于工业生产的预加热制度,在特定的热处理时间内,研究不同Y元素掺入量以及不同热处理温度对海工钢铸坯中夹杂物的影响以及最后样品的耐蚀性变化。结果表明,所有掺入Y元素的样品中都会有球形或椭球型的含Y夹杂物生成,同时硫化锰的析出受到抑制。试样在热处理过程中,样品的夹杂物尺寸随着温度的升高而增大。在800℃时,试样中晶粒的晶面间距最小,组织最为致密。通过电化学腐蚀测试对试样的耐腐蚀性行为进行了进一步分析。Y元素的掺入进一步抑制了腐蚀层的开裂现象,降低了腐蚀速率。Y元素的掺入不仅充分提高了试样自身的结构稳定性,而且增大了基体的吸附能,提高了耐蚀性。2.基于国际标准配比的人工海水溶液作为电化学腐蚀试验的介质,通过对0.2wt%海工钢进行电化学测试及腐蚀产物形貌表征和成分分析,以此探究不同条件下样品的电化学腐蚀行为。结果表明,所有样品的浸泡腐蚀速率都会先增加后变缓。溶液中p H值的降低会导致试样的腐蚀速率增大,原本与基体紧密联系的腐蚀层产生裂缝,导致更多海水进入,腐蚀程度加剧,耐腐蚀性能减小。试样的腐蚀电位(E)从-0.704V增加到-0.685V,腐蚀电流密度(I)从5.93±0.02×10A/cm增加到8.37±0.02×10A/cm。当实验环境温度升高时,腐蚀层的厚度与成分发生改变,部分Mn元素和Fe元素向外扩散,Cl元素逐渐在腐蚀内层富集。试样的E由-0.841V升高至-0.825V,I从4.59±0.02×10A/cm增加到6.83±0.02×10A/cm。在整个实验中验证了两种腐蚀产物(α-Fe OOH和α-FeO)的存在,且α-Fe OOH和α-FeO的占比会随着p H值的变化而有所波动。

关键词：海工钢稀土掺杂耐蚀性电化学腐蚀第一性原理

微合金化海工钢在模拟海洋大气环境下的腐蚀动力学研究

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微合金化海工钢在模拟海洋大气环境下的腐蚀动力学研究

作者：童安琪辽宁科技大学

学位级别：硕士

作为典型工程装备材料,高强度海工钢在冶金、军工、海工各工业都得到了广泛应用。深入认识其在服度役环境下腐蚀行为和耐蚀特性,对于新型钢种设计、优化和量化生产具有重要指导意义。本论文选取海洋装备用钢AH36钢及添加微合金元素（Nb-... 详细信息

作为典型工程装备材料,高强度海工钢在冶金、军工、海工各工业都得到了广泛应用。深入认识其在服度役环境下腐蚀行为和耐蚀特性,对于新型钢种设计、优化和量化生产具有重要指导意义。本论文选取海洋装备用钢AH36钢及添加微合金元素（Nb-V）的EH36钢;添加Nb-V-Cu-Ni的FH36钢和添加Nb-V-Cu-Ni-Cr的VL4-4钢作为研究对象,采用室内周浸模拟加速实验,以浓度分别为0.5wt%、2.0wt%、3.5wt%和5wt%的Na Cl溶液模拟海洋腐蚀环境,周浸实验分别为48h、120h、216h、360h和720h。利用腐蚀失重法,分析了4种海工钢在模拟海洋环境下腐蚀速率、境腐蚀形貌、物相组成,并利用幂指数方程分析了海工钢模拟海洋环境腐蚀动力学。论文主要研究结果如下:周期性浸渍加速实验研究表明,4种海工钢的腐蚀速率均随实验时间的延长呈现下降趋势,海工钢模拟海洋环境腐蚀行为分为3个阶段。初始阶段（干湿交替48-120 h后）,海工钢表面腐蚀产物厚度随时间增加,腐蚀速率在此阶段下降趋势明显;稳定阶段（216-360h）,材料表面发生腐蚀鼓泡以及破裂后的腐蚀坑,腐蚀速率变化趋势较小,腐蚀表面呈暗铜绿色亚稳态;终止阶段（360-720h）:腐蚀表面整体由暗转明,腐蚀速率继续缓慢下降,腐蚀失重达到最大。通过幂函数动力学模型和动电位极化曲线的拟合,对4种海工钢腐蚀动力学分析结果表明,微合金化使海工钢使反应动力学方程中,代表海工钢腐蚀趋势的n值均小于1;同时,相较于AH36钢,3种微合金化海工钢自腐蚀电流密度一定程度负移。利用扫描电镜对海工钢腐蚀表面和截面形貌分析,并结合XRD分析腐蚀产物组成的结果表明,4种海工钢腐蚀产物均由保护性较好的α-Fe OOH和FeO以及腐蚀初期存在的少量不稳定γ-Fe OOH和β-Fe OOH构成。AH36的腐蚀锈层结构相对来说较粗糙、空洞、疏散与基板间的粘附性较差;EH36和FH36钢腐蚀产物中大片团絮状Fe3O4中穿插有针状α-Fe OOH;VL4-4钢截面厚度和致密性稍弱于前两种合金化试样,但平整度好于AH36钢。

关键词：腐蚀动力学腐蚀产物海洋大气环境海工钢耐蚀性

700MPa级海工钢组织调控及低温韧性研究

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700MPa级海工钢组织调控及低温韧性研究

作者：张翔云辽宁科技大学

学位级别：硕士

海洋资源的开发和利用越来越受到世界各国的重视,这促使性能更加优异的海洋工程用钢的开发。传统海工钢TMCP+调质处理(QT)的生产方式在强度上满足性能指标,但是韧性指标较差。尤其作为海洋工程用钢,受服役环境温度低和海洋昼夜温差大的... 详细信息

海洋资源的开发和利用越来越受到世界各国的重视,这促使性能更加优异的海洋工程用钢的开发。传统海工钢TMCP+调质处理(QT)的生产方式在强度上满足性能指标,但是韧性指标较差。尤其作为海洋工程用钢,受服役环境温度低和海洋昼夜温差大的影响,对低温韧性要求非常苛刻。因此急需制备一款具有优异低温韧性的高强度海工钢。本研究在保证海工钢钢板高强度(700 MPa)的同时,通过添加适量的奥氏体稳定元素Mn及少量的微合金元素,制备出一种具有优异低温韧性的全新型海工钢。分别研究了不同热处理参数下,此海工钢的性能变化,逐步优化热处理工艺参数。最终采用淬火+两相区退火+回火(QIAT)三步热处理工艺,对此海工钢显微组织进行调控,以达到改善其低温韧性的目的。利用SEM、XRD、EBSD、TEM技术,对QT、QIAT工艺后及QIAT工艺下不同回火温度后此海工钢的显微组织和逆转奥氏体进行表征。采用常温拉伸、低温冲击和示波冲击试验,测试和研究相应状态下此海工钢的力学性能及其变化规律。分析讨论不同热处理工艺下,组织演变与低温韧性变化之间的本征关系,揭示低温韧性变化的机理。结果表明,QIAT热处理后此新型海工钢的微观结构是由回火贝氏体/马氏体、临界铁素体及薄膜状逆转奥氏体构成的复相组织,薄膜状逆转奥氏体厚度仅为0.1μm。屈服强度为716 MPa,抗拉强度812 MPa,-40℃低温韧性达到150 J;塑性和低温韧性相比于传统QT工艺有明显提升。Mn元素在逆转奥氏体生成区域的富集致使逆转奥氏体界面迁移耗散自由能激增,阻碍了逆转奥氏体晶粒的长大,使其呈一维薄膜状扁平生长。薄膜状逆转奥氏体本身优异的稳定性、其生成区域大量小角度晶界及高密度局部取向差是本海工钢获得优异低温韧性的原因。QIAT工艺下,贝氏体/马氏体和临界铁素体随着回火温度的升高而逐渐分解,呈颗粒状或短棒状分布。同时,逆转奥氏体的体积分数增加,此海工钢的屈服强度和抗拉强度降低,塑性和低温韧性增强。其原因是逆转奥氏体含量越多,其在断裂时裂纹稳定扩展阶段的吸收能越大。这得益于回火对海工钢内位错塞积的改善,使得其史密斯因子分布均匀,小角度晶界增加,部分晶粒发生二次结晶,这些都为低温韧性的改善做出贡献。

关键词：海工钢两相区退火薄膜状逆转奥氏体低温韧性

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海工钢特厚板的质量控制

辽宁科技大学学报 2018年第1期41卷 7-13页

作者：李万明吴少鹏李德军王鹏臧喜民辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室辽宁鞍山114021

随着海洋平台和舰船的大型化发展,对海工钢特厚板的厚度和性能要求不断提高。本文主要介绍海工钢特厚板的生产方法和质量控制的研究进展,从应用前景角度介绍了未来海工钢特厚板的发展趋势。通过对比分析模铸、连铸以及电渣重熔生产的特... 详细信息

随着海洋平台和舰船的大型化发展,对海工钢特厚板的厚度和性能要求不断提高。本文主要介绍海工钢特厚板的生产方法和质量控制的研究进展,从应用前景角度介绍了未来海工钢特厚板的发展趋势。通过对比分析模铸、连铸以及电渣重熔生产的特厚板的质量,阐述了不同工艺方法生产的海工钢特厚板存在的表面和内部质量问题。结果表明,电渣重熔生产的海工钢特厚板能够同时解决表面质量和内部质量问题,使用电渣重熔法生产高品质海工钢特厚板是未来的必然趋势。

关键词：海工钢特厚板电渣重熔质量控制

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海工钢EQ460冶炼工艺研究

海工钢EQ460冶炼工艺研究

第十一届中国钢铁年会

作者：刘金刚李战军史志强王东柱初仁生首钢集团有限公司技术研究院绿色可循环钢铁流程北京市重点实验室北京市能源用钢工程技术研究中心秦皇岛首秦金属材料有限公司

通过对某100t转炉的中厚板炼钢厂采用"颗粒镁铁水脱硫-转炉炼钢-LF精炼-RH精炼-板坯连铸"工艺生产海工钢EQ460的冶炼过程分析,得出该生产工艺可以满足海工钢EQ460低碳、低磷、超低硫、低氢氮含量的要求,其中C%、P%、S%|、[N]、[H]分别... 详细信息

通过对某100t转炉的中厚板炼钢厂采用"颗粒镁铁水脱硫-转炉炼钢-LF精炼-RH精炼-板坯连铸"工艺生产海工钢EQ460的冶炼过程分析,得出该生产工艺可以满足海工钢EQ460低碳、低磷、超低硫、低氢氮含量的要求,其中C%、P%、S%|、[N]、[H]分别可以控制在0.058%、0.006%、0.0018%、0.0034%、0.00007%,铸坯质量良好,低倍检验中中心偏析达到C类1.0级,中间疏松为0.5级,夹杂物满足≤2.0级的要求,其中最大级别为B类粗系1.5级和DS类1.5级,其他类别平均≤0.69级,均小于1.0级。

关键词：海工钢 EQ460 成分控制铸坯内部质量夹杂物

来源： cnki会议评论

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海工钢在热带海域长尺试验腐蚀行为研究

装备环境工程 2017年第2期14卷 77-80页

作者：张彭辉王炜郭为民丁康康范林中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室山东青岛266101 宝钢研究院宝山钢铁股份有限公司上海201900

目的获得A517Q海工钢长尺试样在热带海域的腐蚀行为。方法通过贯穿海洋大气、飞溅、潮差和全浸区的长尺电连接试验进行研究。结果试样在飞溅区的腐蚀速率最高,潮差区高潮位部位的腐蚀速率大于低潮位。全浸区上部的腐蚀速率高于其下部。... 详细信息

目的获得A517Q海工钢长尺试样在热带海域的腐蚀行为。方法通过贯穿海洋大气、飞溅、潮差和全浸区的长尺电连接试验进行研究。结果试样在飞溅区的腐蚀速率最高,潮差区高潮位部位的腐蚀速率大于低潮位。全浸区上部的腐蚀速率高于其下部。各区带试样的腐蚀形貌存在显著差异。结论三亚海域的海浪飞溅冲刷作用较大,水温和气温较高,导致A517Q长尺试样的飞溅区腐蚀严重。大量的海生物附着,Cr,Mo,Mn,Ni等合金元素的添加,减缓了全浸区的腐蚀。

关键词：海工钢长尺海洋环境腐蚀

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Al对超高强海工钢组织及力学性能的影响

鞍钢技术 2020年第3期 23-29页

作者：李德强吴宇新海装沈阳局驻鞍山地区军事代表室辽宁鞍山114009 鞍钢集团钢铁研究院辽宁鞍山114009

研究了Al对超高强船体钢相变点的影响以及不同冷速条件下组织的变化规律,分析了Al对马氏体组织时效过程中亚结构变化以及析出物结构的影响。结果表明,Al能提高试验钢的Ac3、Ac1、Ms和Mf相变温度点,降低超高强度钢的淬透性。时效过程中,A... 详细信息

研究了Al对超高强船体钢相变点的影响以及不同冷速条件下组织的变化规律,分析了Al对马氏体组织时效过程中亚结构变化以及析出物结构的影响。结果表明,Al能提高试验钢的Ac3、Ac1、Ms和Mf相变温度点,降低超高强度钢的淬透性。时效过程中,Al能显著抑制马氏体α相的回复,提高马氏体抗时效软化的能力。时效过程中析出细小的Ni3Al粒子,能够产生较强的沉淀强化效应。

关键词：海工钢超高强度合金元素相变析出强化

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模拟海洋全浸区环境下A517海工钢的腐蚀机理研究

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装备环境工程 2023年第1期20卷 65-75页

作者：方志刚曹京宜殷文昌郜阿旺韩卓孟凡帝刘莉王福会中国人民解放军92228部队北京100072 沈阳材料科学国家研究中心东北大学联合研究分部沈阳110819

目的探究 A517 海工钢在海洋全浸区环境下的腐蚀机理。方法通过模拟海洋全浸区腐蚀环境,利用失重法、SEM、EDS、XRD、电化学等测试技术,分析A517钢的腐蚀行为历程,并探讨其在全浸区的腐蚀机理。结果A517钢在厚度方向上的最大电位差为 ... 详细信息

目的探究 A517 海工钢在海洋全浸区环境下的腐蚀机理。方法通过模拟海洋全浸区腐蚀环境,利用失重法、SEM、EDS、XRD、电化学等测试技术,分析A517钢的腐蚀行为历程,并探讨其在全浸区的腐蚀机理。结果A517钢在厚度方向上的最大电位差为 13 mV,小于发生电偶腐蚀的最小电位差50mV,说明材料在厚度方向上的腐蚀敏感性一致。随浸泡时间的延长,腐蚀质量损失量逐渐增加,平均腐蚀速率先降低、后升高、最后趋于稳定,腐蚀速率约为 0.127 mm/a。结论腐蚀动力初期主要是由溶解氧的极限扩散控制,后期则是腐蚀产物的氧化还原电荷转移控制。腐蚀首先在 Al_(2)O_(3)、MgO 等夹杂物处萌生扩展,腐蚀产物出现明显的分层现象,外锈层主要是疏松易脱落的γ-FeOOH,内锈层主要是致密均匀的 Fe_(3)O_(4),同时锈层中还检测到了β-FeOOH和α-FeOOH的存在。锈层中存在大量微裂纹,削弱了产物膜的保护作用,促进了腐蚀的进行。

关键词：海工钢模拟海洋全浸区质量损失腐蚀产物 XRD 腐蚀机理

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