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直角突变式钢吊车梁疲劳性能及加固方法研究

工程力学 2024年第S1期41卷 275-281页

作者：郑云孙嘉伟赵欣崔涛中冶建筑研究总院有限公司北京100088 建研院检测中心有限公司北京100013 河北工业大学土木与交通学院天津300401 清华大学土木系北京100084

钢吊车梁疲劳破坏问题造成了众多工业建筑的安全事故,也成为工业建筑领域长期的热点问题之一。直角突变式吊车梁是最常见的吊车梁形式,为研究直角突变式吊车梁的疲劳损伤机理和加固方法,改善传统式直角突变支座钢吊车梁的抗疲劳性能,在... 详细信息

钢吊车梁疲劳破坏问题造成了众多工业建筑的安全事故,也成为工业建筑领域长期的热点问题之一。直角突变式吊车梁是最常见的吊车梁形式,为研究直角突变式吊车梁的疲劳损伤机理和加固方法,改善传统式直角突变支座钢吊车梁的抗疲劳性能,在明晰吊车梁支座应力集中位置的基础上,提出三腹板构造的加固措施。采用有限元仿真分析与试验研究相结合的方法,探究了开孔设置方法和三腹板构造对带裂纹支座的加固效果;分析支座处加固前后应力集中部位沿焊缝长度方向的结构应力分布,验证了三腹板构造的工程实际加固效果。结果表明:相比于传统式直角支座,三腹板式支座各位置结构应力最大值下降了约60%,裂纹处应力强度因子下降了约50%;在无裂纹和带裂纹两种工况下,均大可大幅度提升吊车梁疲劳寿命。

关键词：工业建筑吊车梁疲劳性能疲劳寿命疲劳加固

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440 MPa级高强钢焊缝金属的断裂韧性

材料研究学报 2024年第2期38卷 151-160页

作者：曾道平安同邦郑韶先代海洋曹志龙马成勇钢铁研究总院焊接研究所北京100081 兰州交通大学材料科学与工程学院兰州730070

使用自研的Si-Mn-Ni气保护实心焊丝对440 MPa级高强钢进行MAG焊,并在系列温度下进行冲击试验、疲劳裂纹扩展速率试验和裂纹尖端张开位移试验,研究了焊缝金属的断裂韧性和显微组织对断裂韧性的影响。结果表明:焊缝金属的韧脆转变温度约为... 详细信息

使用自研的Si-Mn-Ni气保护实心焊丝对440 MPa级高强钢进行MAG焊,并在系列温度下进行冲击试验、疲劳裂纹扩展速率试验和裂纹尖端张开位移试验,研究了焊缝金属的断裂韧性和显微组织对断裂韧性的影响。结果表明:焊缝金属的韧脆转变温度约为-48.4℃;随着恒幅载荷(13~17 kN)的增大载荷循环次数N减小、疲劳寿命降低,且在应力强度因子范围ΔK相同的情况下疲劳裂纹扩展速率da/d N总体上随着恒幅载荷的增大而减小;焊缝金属的CTOD值δ为0.481~0.781 mm,有效特征值δ_(0.2BL)为0.5103 mm,CTOD值δ的离散系数仅为16.5%,表明焊缝金属的良好断裂韧性满足海洋工程的技术要求;阻碍裂纹扩展能力较强的针状铁素体使断裂韧性提高,而阻碍裂纹扩展能力较弱的准多边形铁素体和易诱发微裂纹的M-A组元使断裂韧性降低。

关键词：金属材料 440 MPa级高强钢焊缝金属断裂韧性显微组织

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难熔金属钼和钨的微合金化研究进展

稀有金属 2024年第5期48卷 695-704页

作者：张婉婷周增林李艳何学良惠志林陈文帅中国有研科技集团有限公司智能传感功能材料国家重点实验室北京100088 有研工程技术研究院有限公司北京101407 北京有色金属研究总院北京100088

微合金化技术作为一种先进的材料设计调控理念,已在钢铁和有色轻金属领域开展了大量研究与应用,具有广阔的发展前景。由于难熔金属钼和钨存在室温脆性、高温易氧化和变形抗力大等问题,限制了其在更极端环境中的应用。微合金化可在保持... 详细信息

微合金化技术作为一种先进的材料设计调控理念,已在钢铁和有色轻金属领域开展了大量研究与应用,具有广阔的发展前景。由于难熔金属钼和钨存在室温脆性、高温易氧化和变形抗力大等问题,限制了其在更极端环境中的应用。微合金化可在保持纯钼和纯钨基体原有特性的基础上,通过掺杂微量溶质元素对材料的组织和性能进行调控,改善其低温脆性、再结晶温度和力学性能等。根据微合金元素的种类,将其分为非金属元素和金属元素两大类,总结了难熔金属钼、钨的微合金化研究现状。概述了非金属元素Si,C,B对改善基体界面结合和力学性能的作用,及Ti,Zr,Re,Hf,K和Ⅷ族金属元素对钼、钨韧脆转变温度和力学性能的影响,梳理了其他金属元素Mg,Sn,Y和W的微量添加对钼材韧塑性的改善。分析了微合金元素在钼、钨中固溶软化、固溶强化和第二相强化机制,并对今后难熔金属钼和钨的微合金化研究与发展前景进行展望。

关键词：微合金化难熔金属固溶软化固溶强化第二相强化

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W元素在新型镍基粉末高温合金中的强化作用

材料导报 2024年第15期38卷 50-55页

作者：贾建罗俊鹏张浩鹏闫婷侯琼张义文钢铁研究总院有限公司高温材料研究所北京100081 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081 中国航发南方工业有限公司湖南株洲412002

通过真空感应熔炼(VIM)棒料+电极感应熔炼氩气雾化(EIGA)制粉+热等静压(HIP)成形+热处理(HT)工艺制备三种W含量(质量分数4.1%、6.1%和8.1%)的新型镍基粉末高温合金实验锭坯。以此锭坯为对象,结合金属材料相图计算及材料性能模拟软件JMat... 详细信息

通过真空感应熔炼(VIM)棒料+电极感应熔炼氩气雾化(EIGA)制粉+热等静压(HIP)成形+热处理(HT)工艺制备三种W含量(质量分数4.1%、6.1%和8.1%)的新型镍基粉末高温合金实验锭坯。以此锭坯为对象,结合金属材料相图计算及材料性能模拟软件JMatPro 6.5计算,利用SEM、EBSD和XRD分析W含量对热处理态锭坯显微组织(如晶粒尺寸、退火孪晶、γ′强化相及错配度)的影响,测试分析不同温度下合金的拉伸性能,通过经验公式量化分析各强化机制对合金室温屈服强度的贡献情况。结果表明,随着W含量增加,γ基体层错能明显降低,热处理态退火孪晶界Σ3数量增多;W促使晶内一次γ′强化相由立方状加速粗化为固态枝晶状,对γ′总量和二次、三次γ′的影响不大;W进入γ基体产生晶格畸变的程度大于γ′强化相,使得γ′/γ错配度呈下降趋势;W有助于提高室温和650~800℃拉伸强度,但略微降低塑性;W主要起固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化作用,其中固溶强化贡献相对最低,固溶强化时以强化γ基体为主,γ基体固溶强化和γ/γ′共格应变强化效果随W含量增加而减弱,W含量为6.1%时晶界强化效果最大;固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化贡献值总和不足室温屈服强度实测值的50%,合金以γ′相沉淀强化为主,测试值和计算值较为吻合。

关键词：粉末高温合金退火孪晶错配度层错能固溶强化共格应变强化晶界强化沉淀强化

20CrMnTiH齿轮钢在BOF-LF-RH-CC流程中的夹杂物演变

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中国冶金 2024年第1期34卷 36-43,60页

作者：苑一波杨利彬赵进宣汪成义钢铁研究总院有限公司冶金工艺所北京100081

某厂生产的20CrMnTiH齿轮钢在冶炼过程中产生大量的CaS类夹杂物,影响了铸坯质量。为研究20CrMnTiH齿轮钢氧化物夹杂的演变规律,提出合理的钙处理工艺,以减少CaS类夹杂物的析出,对某厂BOF-LF-RH-CC流程生产的20CrMnTiH齿轮钢进行精炼全... 详细信息

某厂生产的20CrMnTiH齿轮钢在冶炼过程中产生大量的CaS类夹杂物,影响了铸坯质量。为研究20CrMnTiH齿轮钢氧化物夹杂的演变规律,提出合理的钙处理工艺,以减少CaS类夹杂物的析出,对某厂BOF-LF-RH-CC流程生产的20CrMnTiH齿轮钢进行精炼全过程的取样,并通过电镜、夹杂物自动扫描分析系统结合热力学计算,研究了氧化物夹杂的演变规律及机理。研究结果表明,在LF精炼后期的喂硫线工序,钢液存在二次氧化现象;精炼过程氧化物夹杂的演变规律为,纯Al_(2)O_(3)夹杂物→镁铝尖晶石和部分Al_(2)O_(3)-MgO-CaO复合夹杂物→钙处理后转变为Al_(2)O_(3)-MgO-CaO和Al_(2)O_(3)-CaO复合夹杂物→喂硫线后产生大量Al_(2)O_(3)-MgO-CaO-CaS和Al_(2)O_(3)-CaO-CaS类复合夹杂物。通过试验及热力学计算发现,现阶段的钙处理过程中钙含量略低于12CaO·7Al_(2)O_(3)(C12A7)的析出条件。为将Al_(2)O_(3)夹杂物尽可能变性成C12A7夹杂物,达到理想的钙处理效果,同时节约成本,钙处理过程所需钙质量分数应控制在0.00226%~0.00300%。喂硫线之后的钢液成分很容易满足CaS夹杂物的析出条件,生产过程应延长喂钙线与喂硫线之间的时间,在钙含量降低后再喂入硫线,后序可将喂硫线工序移至RH精炼中,以减少CaS夹杂物的生成。本研究为工业生产过程中提高含硫齿轮钢的洁净度提供了理论基础。

关键词： 20CrMnTiH齿轮钢非金属氧化物夹杂精炼全过程钙处理演变

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Cr、Ni对耐蚀钢组织及性能的影响

钢铁钒钛 2024年第2期45卷 149-155页

作者：王宝山张宏亮王卫卫马健冯光宏钢铁研究总院冶金工艺研究所北京100081

以Q345GNH钢为基础,制备了不同Cr(质量分数为0.5%、2%、3%、4%和5%)和Ni(质量分数分别为0.5%和1%)含量的试样,通过系列试验对性能进行了比较,并通过热力学计算分析了Cr和Ni的作用机理。结果表明,由于贝氏体的生成,当Cr含量从2%增加到3%... 详细信息

以Q345GNH钢为基础,制备了不同Cr(质量分数为0.5%、2%、3%、4%和5%)和Ni(质量分数分别为0.5%和1%)含量的试样,通过系列试验对性能进行了比较,并通过热力学计算分析了Cr和Ni的作用机理。结果表明,由于贝氏体的生成,当Cr含量从2%增加到3%时,屈服强度和抗拉强度分别提高了83 MPa和122 MPa。当Cr超过4%时,大于80%的贝氏体使得的钢的断后伸长率小于10%。与Q345GNH钢相比,添加2%以上的Cr才能使得耐蚀钢在120 h盐雾腐蚀后的相对腐蚀率小于70%。耐蚀钢的耐蚀性能提高是由于稳定的含Cr腐蚀产物的形成和Ni引起的自腐蚀电位正移,综合各项指标,Cr的最佳添加量为2%,Ni的最佳添加量为1%。

关键词：耐蚀钢 Cr Ni 力学性能中性盐雾腐蚀电位-pH图

纤维增强环氧/乙烯基树脂复合材料性能优化与劣化机制研究进展

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1179-1191页

作者：曹银龙于桢琪冯鹏李荣张鹏张少杰鲍玖文青岛理工大学土木工程学院青岛266000 清华大学土木水利学院北京100084 中冶建筑研究总院有限公司北京100000

纤维增强聚合物(FRP)复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、经济效益高的优势,在基础建设施设中表现出巨大潜力,但在复杂环境下长期服役后,FRP复合材料的力学性能下降超过50%,限制了其在工程中的应用。基于此,针对FRP复合材料各组分优化设计... 详细信息

纤维增强聚合物(FRP)复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、经济效益高的优势,在基础建设施设中表现出巨大潜力,但在复杂环境下长期服役后,FRP复合材料的力学性能下降超过50%,限制了其在工程中的应用。基于此,针对FRP复合材料各组分优化设计方法进行了总结,并分析了热氧、紫外线、腐蚀介质环境中FRP复合材料的长期性能演化规律;根据化学结构及微观形貌分析,阐述了FRP复合材料在复杂环境中的劣化机制,进一步归纳了其在复杂环境下的长期性能预测模型,可为保证FRP复合材料在复杂环境中的长期使用性能提供理论依据,促进其在实际工程中的应用。

关键词： FRP复合材料材料组分优化劣化机制长期性能预测模型

计及金属化薄膜电容器与IGBT模块退化过程相关性的柔直换流阀组件可靠性评估方法

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电工技术学报 2024年第14期39卷 4508-4518页

作者：张午宇齐磊张翔宇崔翔郭宁明新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京100096 电力规划总院有限公司北京100120 中电普瑞电力工程有限公司北京102200

基于模块化多电平拓扑的换流阀是柔性直流输电系统的核心装备,随着柔直换流阀运行电压、功率密度以及运行场景的不断拓展,其运行可靠性成为突出问题。现有的柔直换流阀可靠性评估方法忽略了金属化薄膜电容器与IGBT模块性能退化的耦合关... 详细信息

基于模块化多电平拓扑的换流阀是柔性直流输电系统的核心装备,随着柔直换流阀运行电压、功率密度以及运行场景的不断拓展,其运行可靠性成为突出问题。现有的柔直换流阀可靠性评估方法忽略了金属化薄膜电容器与IGBT模块性能退化的耦合关系,致使评估结果不准确。为此,该文提出了计及金属化薄膜电容器与IGBT模块退化过程相关性的可靠性评估方法。IGBT模块寿命采用威布尔分布,考虑了换流阀运行过程中的任务剖面变化;基于Wiener过程对金属化薄膜电容器的可靠性进行了评估,利用Copula理论将容值退化程度与IGBT模块寿命之间的耦合关系进行了建模。所提可靠性评估方法修正了现有不考虑相关性方法对柔直换流阀可靠性评估结果,平均无故障时间从4.05年修正为5.20年,评估结果更加精确。

关键词：柔性直流换流阀可靠性评估金属化薄膜电容器 IGBT模块 Copula理论

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煤矿采动应力演化与围岩控制

岩石力学与工程学报 2024年第1期43卷 1-40页

作者：康红普高富强中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

应力是引起采矿工程地下空间围岩变形与破坏的根本驱动力,大范围、高集中应力是煤矿井下采动应力的显著特点。煤矿井下应力场包括原岩应力场、采动应力场及支护应力场,三者共同构成井下综合应力场。以应力为主线,论述煤矿井下围岩应力... 详细信息

应力是引起采矿工程地下空间围岩变形与破坏的根本驱动力,大范围、高集中应力是煤矿井下采动应力的显著特点。煤矿井下应力场包括原岩应力场、采动应力场及支护应力场,三者共同构成井下综合应力场。以应力为主线,论述煤矿井下围岩应力演化特征及围岩控制理论与技术。在原岩应力方面,基于大量现场地应力测量数据,详细分析我国煤矿井下地应力场分布特征及影响因素。在采动应力方面,采用理论分析、数值模拟、相似模拟和现场监测相结合的方法,从多个维度综合研究掘进工作面与巷道围岩应力的演变过程,分析采煤工作面周围的采动应力演化特征及主要影响因素。在支护应力方面,自主研发一系列巷道支护测试及模拟试验平台,系统开展锚杆及护表构件在多种复杂受力状态下的测试试验,揭示它们的力学响应特征及破坏机制。深入研究各种支护方式在支护结构自身及围岩中产生的支护应力场分布特征及演化规律。在研究原岩应力、采动应力及支护应力的基础上,分析围岩表面支护、锚固、改性、卸压及联合法的围岩控制机制、设计方法、支护加固材料及控制技术。应用实例重点介绍水力压裂卸压技术、支护+改性+卸压协同控制技术,井下试验与应用表明,基于采动应力演化的围岩控制技术显著提高了巷道围岩稳定性和安全程度,取得良好的围岩控制效果。最后,分析煤矿井下应力场研究及巷道围岩控制中存在的问题,并对未来围岩应力测试与分析、围岩控制理论与技术发展趋势进行展望。

关键词：采矿工程煤矿原岩应力采动应力支护应力应力演化围岩控制