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Fe-Mn系无镍低温钢研究进展

塑性工程学报 2024年第5期31卷 11-22页

作者：赵鑫磊周华生章小峰林方敏邢梅杨永安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243002

随着能源消耗和环境污染问题日益严峻,液化天然气等清洁能源得到广泛关注。低温钢作为这类能源存储和运输的材料,其应用和研发愈显迫切。Ni钢是低温结构钢的主流选择,但近年来,由于Fe-Mn系钢的经济性和性能的优良性,“以锰代镍”新型低... 详细信息

随着能源消耗和环境污染问题日益严峻,液化天然气等清洁能源得到广泛关注。低温钢作为这类能源存储和运输的材料,其应用和研发愈显迫切。Ni钢是低温结构钢的主流选择,但近年来,由于Fe-Mn系钢的经济性和性能的优良性,“以锰代镍”新型低温钢成为科研热点,该类钢通常通过添加Mn、Al和Cu等合金元素调控力学性能,并通过工艺调控达到使用标准。重点阐述了外力参数-变形对力学性能的影响、经典强化机制和变形对强韧性机制的影响;综述了裂纹萌生、溶质偏析、相间强度差和能量吸收等低温断裂的理论原理;系统归纳了韧性的评价指标和试验方法。最后,总结了Fe-Mn系低温钢的相关研究成果,对未来的研究进行了展望。

关键词：无镍低温钢成分工艺强韧化机制断裂机理

高强TA18钛管微观织构对拉伸力学性能与弯曲成形性能影响研究

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精密成形工程 2024年第7期16卷 182-190页

作者：魏栋项豪特陈玉莹李恒马俊岭南师范学院机电工程学院广东湛江524048 西北工业大学材料学院西安710072 挪威科技大学机械与工业工程系挪威特隆赫姆7491

目的揭示高强钛管微观织构强度与宏观各向异性指标CSR值的定量关系,阐明微观织构对钛管拉伸力学性能与弯曲成形性能的影响,为高强钛管冷轧微观织构及性能精确调控奠定重要基础。方法选取不同轧制工艺条件下获得的高强钛管进行单向拉伸... 详细信息

目的揭示高强钛管微观织构强度与宏观各向异性指标CSR值的定量关系,阐明微观织构对钛管拉伸力学性能与弯曲成形性能的影响,为高强钛管冷轧微观织构及性能精确调控奠定重要基础。方法选取不同轧制工艺条件下获得的高强钛管进行单向拉伸测试及EBSD表征,分析微观织构对管材拉伸力学性能的影响;选取具有典型微观织构分布状态和CSR值的高强钛管进行数控绕弯试验及成形质量测试。结果单向拉伸力学性能测试结果表明,当CSR值为0.65~2.43时,随着CSR值的增大,颈缩阶段管材的应变与整体伸长率不断增大;数控绕弯试验结果表明,当高强钛管CSR值从1.27提高到1.48时,其断裂前最大弯曲角度从20°提高到110°,当CSR值增大到1.71时,可以成功实现120°的弯曲,并且随着CSR值进一步增大到2.14,弯管件的截面畸变率和壁厚减薄率不断减小。结论建立了可以准确描述宏观CSR与微观织构强度指标之间定量关系的双曲函数表达式,高强钛管径向织构强度的增强会提升高强钛管变形过程中抗壁厚减薄的能力,并有利于管材弯曲成形质量的提升。

关键词：高强钛管微观织构各向异性拉伸力学性能弯曲成形性能

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高炉炉体冷却壁渣皮物相特征及综合调控技术

钢铁 2024年

作者：马恒保张建良安徽工业大学冶金工程学院北京科技大学冶金与生态工程学院

炉腰、炉腹及炉身下部区域是高炉高效长寿运行的限制环节之一，形成稳定的渣皮是保障该区域冷却壁运行安全的关键。为了探明渣皮的本质特征，首先通过多座高炉解剖及冷却壁破损调查，获得了炉腰、炉腹及炉身下部区域的渣皮试样，其次通... 详细信息

炉腰、炉腹及炉身下部区域是高炉高效长寿运行的限制环节之一，形成稳定的渣皮是保障该区域冷却壁运行安全的关键。为了探明渣皮的本质特征，首先通过多座高炉解剖及冷却壁破损调查，获得了炉腰、炉腹及炉身下部区域的渣皮试样，其次通过XRF、XRD及SEM-EDS等分析方法研究了渣皮的成分、物相组成及微观形貌的演变规律，并基于渣皮的成分特征建立了渣皮的类别体系，重点比较了不同炉容和不同冷却壁材质下高炉炉体冷却壁渣皮的物相及形貌特征，最后制定了冷却壁渣皮调控措施。结果表明，冷却壁渣皮主要分为2大类，以渣铁成分为主的冷却壁渣皮和以有害元素ZnO、碳为主的有害元素黏结物，其中，有害元素黏结物热稳定性差，易于脱落，不利于冷却壁运行安全；渣皮中渣相的碱度随着高度下降先增加后降低，同一冷却壁材质下不同炉容高炉冷却壁渣皮的成分差异不大，而不同冷却壁材质高炉炉体渣皮相差较大；铜冷却壁渣皮存在明显分层结构，其渣相成分呈现高铝低镁渣系特征，主要析出相为钙铝黄长石相(Ca2Al2SiO7)，而铸铁冷却壁渣皮无分层结构，Al2O3和MgO含量略低于高炉渣，主要析出相为Ca3MgSi2O8；最后明确炉体冷却壁渣皮的形成调控应从边缘煤气流温度及渣相成分等方面采取操作措施，以保障冷却壁表面挂渣的结晶动力学条件，为高炉炉体冷却壁长寿运行提供理论基础。

关键词：高炉炉体冷却壁长寿渣皮调控

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不锈钢酸洗污泥对氧化球团质量的影响

烧结球团 2024年第3期49卷 89-96页

作者：汤正怡刘国栋钟林涛安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243002

针对不锈钢酸洗污泥存在难以大宗量、资源化处理等问题,本文提出了采用氧化球团工序处理不锈钢酸洗污泥的技术思路,系统研究了添加不锈钢酸洗污泥对氧化球团生球质量、预热焙烧球团质量和化学成分的影响。结果表明:添加少量不锈钢酸洗... 详细信息

针对不锈钢酸洗污泥存在难以大宗量、资源化处理等问题,本文提出了采用氧化球团工序处理不锈钢酸洗污泥的技术思路,系统研究了添加不锈钢酸洗污泥对氧化球团生球质量、预热焙烧球团质量和化学成分的影响。结果表明:添加少量不锈钢酸洗污泥可以显著改善生球落下强度和抗压强度,提高预热球团和焙烧球团的抗压强度;加入酸洗污泥后,污泥中的CaF_(2)会降低球团内部多元系熔点,强化Fe_(2)O_(3)再结晶。确定最佳工艺参数:配加4%酸洗污泥,预热温度为1050℃,预热时间为15 min,焙烧温度为1250℃,预热时间为15 min。

关键词：不锈钢酸洗污泥资源化利用氧化球团抗压强度

新型Fe-22Cr-25Ni奥氏体耐热钢的热变形和动态再结晶行为

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锻压技术 2024年第6期49卷 227-238页

作者：魏海莲邓笑举蔡勇彭浩东王健端强潘红波安徽冶金科技职业学院冶金工程系安徽马鞍山243000 安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002 安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室安徽马鞍山243002

采用等温压缩实验研究了一种新型Fe-22Cr-25Ni奥氏体耐热钢在950~1150℃、0.01~10s^(-1)条件下的热变形和动态再结晶行为。结果表明:新型奥氏体耐热钢的动态再结晶程度随着变形温度的升高明显增大。在0.01~1s^(-1)应变速率范围内,动态... 详细信息

采用等温压缩实验研究了一种新型Fe-22Cr-25Ni奥氏体耐热钢在950~1150℃、0.01~10s^(-1)条件下的热变形和动态再结晶行为。结果表明:新型奥氏体耐热钢的动态再结晶程度随着变形温度的升高明显增大。在0.01~1s^(-1)应变速率范围内,动态再结晶程度随着应变速率的增大而减小;而在1~10s^(-1)应变速率范围内,动态再结晶程度随着应变速率的增大而增大。建立了新型奥氏体耐热钢的峰值应力本构模型和应变补偿本构模型,其热变形激活能Q为624.253kJ·mol^(-1),高于传统的奥氏体耐热钢。利用应变补偿本构模型预测了新型奥氏体耐热钢的热变形流变应力,计算的相关系数r值为0.985,平均绝对相对误差AARE值为6.07%,表明该本构模型能够准确描述耐热钢的热变形行为。

关键词：奥氏体耐热钢热变形动态再结晶流变应力本构模型

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Mg-Gd系合金析出相形貌的相场法研究

Mg-Gd系合金析出相形貌的相场法研究

作者：任睿卓郑州轻工业大学

学位级别：硕士

镁稀土合金作为一种新型轻质合金,因其优异的强度和力学性能,在冶金、航空航天等应用金属材料领域的应用日益广泛。近年来,相场法已成为一种强有力的数值模拟工具。通过模拟仿真技术和相场法的结合,可以直观地了解镁稀土合金微观组织演... 详细信息

镁稀土合金作为一种新型轻质合金,因其优异的强度和力学性能,在冶金、航空航天等应用金属材料领域的应用日益广泛。近年来,相场法已成为一种强有力的数值模拟工具。通过模拟仿真技术和相场法的结合,可以直观地了解镁稀土合金微观组织演化过程和时效析出序列,及其影响析出相动力学的因素。这对于探究镁合金在时效析出过程中,合金元素含量、时效温度、相场参数等相场变量对其影响具有重要意义。研究结果可以为优化镁稀土合金的力学性能提供重要的工程指导。本文以Mg-Gd系合金为研究对象,通过利用相场法并结合CALPHAD热力学数据库,分别构建了Mg-Gd二元合金和Mg-Gd-Y三元合金时效析出过程的相场模型,模拟了Mg-Gd-（Y）合金在250℃等温时效过程析出相的形貌及微观组织演变,讨论了各向异性界面能和弹性应变能参数对析出相形貌的影响,研究了不同Gd含量对析出相动力学的影响,主要工作如下:（1）以Mg-Gd二元合金为研究对象。研究不同各向异性参数对析出相形貌的影响,发现析出相形貌是弹性应变能和界面能共同作用的结果,[010]长度方向代表各向异性弹性应变能的贡献,[100]宽度方向代表各向异性界面能的贡献,析出过程刚开始界面能起主导作用,随着时效析出进行,弹性应变能起主导作用。（2）以Mg-Gd二元合金为研究对象。研究不同Gd含量对析出相演化的影响,发现Gd含量的变化会影响Mg-Gd合金析出相形貌和析出机制,Gd含量的变化会改变析出相粒子的长宽比。随着Gd含量的增加,Mg-Gd合金析出相的体积分数越大,粒子的长宽比也越大,进而提升Mg-Gd合金的强度。（3）以Mg-Gd-Y三元合金为研究对象。研究析出相形貌演化过程,发现Mg-Gd-Y在250℃时效过程的析出相二维形貌为竹叶状,三维析出形貌为凸透镜形状。发现析出相形貌是弹性应变能和界面能共同作用的结果,[010]长度方向代表各向异性弹性应变能的贡献,[100]′宽度方向代表各向异性界面能的贡献,[010]′[100]′为长宽比,通过增加转换应变可以增加弹性能各向异性进而可以提高析出相的长宽比。（4）对于Mg-Gd-Y三元合金。Gd含量的变化会影响Mg-x Gd-3Y（x=3、6、10和12wt%）合金析出相形貌。Gd含量的增加,Mg-Gd-Y合金析出相晶粒被细化,析出相的体积分数和颗粒的长宽比也逐渐增大,进而提升Mg-Gd-Y合金的时效硬化响应。

关键词： Mg-Gd系合金相场模拟时效析出析出相

Ce_(2)O_(3)对CaF_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO电渣重熔渣系熔化行为的影响

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钢铁 2024年第3期59卷 117-128页

作者：李世森陈宇新臧喜民杨杰孔令种辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870

目前,采用电渣重熔(ESR,electroslag remelting)还原稀土渣是一种有效的稀土添加工艺,而稀土氧化物的加入势必会改变渣系熔化性质,进而影响ESR工艺顺行及稀土钢质量。基于分子离子共存理论(IMCT)建立了CaF_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-Ce_(... 详细信息

目前,采用电渣重熔(ESR,electroslag remelting)还原稀土渣是一种有效的稀土添加工艺,而稀土氧化物的加入势必会改变渣系熔化性质,进而影响ESR工艺顺行及稀土钢质量。基于分子离子共存理论(IMCT)建立了CaF_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-Ce_(2)O_(3)五元渣热力学模型,从热力学角度分析了渣中各组元对Ce_(2)O_(3)活度的影响规律。采用半球法测定了不同Ce_(2)O_(3)含量和w((CaO))/w((Al_(2)O_(3)))(C/A)条件下渣系熔点,结合SEM-EDS和XRD对渣系物相和微观形貌进行测试与分析。研究结果表明,当温度为1873 K时,C/A、MgO、Ce_(2)O_(3)含量增加均增加渣系中Ce_(2)O_(3)的活度,且影响顺序为Ce_(2)O_(3)>C/A>MgO;w((Ce_(2)O_(3)))≥18%、w((MgO))≥4%以及C/A≥1.1时,钢中的铈元素不再烧损。随着Ce_(2)O_(3)添加量由0增加到24%,渣系熔点呈先降低后增加的趋势,加入少量Ce_(2)O_(3)能够促进稀土渣系熔点降低。但过量的Ce_(2)O_(3)会导致渣系中生成较多高熔点相2CeAlO3,从而使得稀土渣系的熔点升高。随着C/A从1.1增加至1.4,渣系的熔点呈降低趋势,主要原因是高熔点物相减少,导致稀土渣系熔点降低。试验测得的平衡铈含量与理论计算值相差不大,且变化趋势一致。渣金平衡试验证明了w((Ce_(2)O_(3)))为18%~20%能够减少铈元素的烧损,进一步证明该热力学计算模型和根据该模型得到的五元渣系范围是正确的。抑制稀土元素烧损的最佳渣系配比范围为w((CaF_(2)))/w((Al_(2)O_(3)))=1.4、w((Ce_(2)O_(3)))=18%~20%、w((MgO))=4%~5%、w((CaF_(2)))=50%~60%,为稀土渣ESR提供理论指导。

关键词：电渣重熔渣系 Ce_(2)O_(3) 离子分子共存理论铈烧损熔点

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固态法制备颗粒增强铝基复合材料的研究进展

中国有色金属学报 2024年

作者：薛克敏张池田辙环王国涛石文超李萍合肥工业大学材料科学与工程学院

颗粒增强铝基复合材料具备优异的综合性能，可用作结构-功能一体化构件，在新能源汽车、航空航天、核电和兵器装备等领域应用潜力巨大。不同铝基体、颗粒增强体和制备方法对铝基复合材料的力学性能与物理性能的影响至关重要。近年来，... 详细信息

颗粒增强铝基复合材料具备优异的综合性能，可用作结构-功能一体化构件，在新能源汽车、航空航天、核电和兵器装备等领域应用潜力巨大。不同铝基体、颗粒增强体和制备方法对铝基复合材料的力学性能与物理性能的影响至关重要。近年来，科研工作者在颗粒增强铝基复合材料及其高性能制备方法上开展了大量工作，并取得一定进展。本文通过综述1xxx系、6xxx系等铝基体，氧化物、碳化物等颗粒增强体，粉末冶金法、大塑性变形法等固态法制备方法，力学性能、耐腐蚀性能等服役性能的最新研究进展，系统分析了不同制备方法的优势与目前存在的不足，以期为高性能颗粒增强铝基复合材料的选择、制备与应用提供参考。

关键词：铝基复合材料颗粒增强体粉末冶金大塑性变形

挤出成形3D打印仿生骨植入钛合金支架制备工艺及性能研究

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粉末冶金技术 2024年第4期42卷 367-373页

作者：刘浩石永亮党海青河北工业职业技术大学材料工程系石家庄050091 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150006

采用万能试验机和扫描电子显微镜研究了挤出成形3D打印Ti6Al4V钛合金支架的制备工艺、力学性能及微观结构,介绍了采用聚乙烯醇(PVA)水凝胶制备钛合金支架的方法,研究了浆料PVA含量、脱脂温度和烧结温度对制备工艺的影响规律,分析了钛合... 详细信息

采用万能试验机和扫描电子显微镜研究了挤出成形3D打印Ti6Al4V钛合金支架的制备工艺、力学性能及微观结构,介绍了采用聚乙烯醇(PVA)水凝胶制备钛合金支架的方法,研究了浆料PVA含量、脱脂温度和烧结温度对制备工艺的影响规律,分析了钛合金支架孔隙率与力学性能的关系。结果表明:采用PVA水凝胶制备钛合金支架可以获得分布均匀且高度互联的多孔结构,当浆料PVA质量分数为15%,脱脂温度和烧结温度分别设定为360℃和1300℃时,制备工艺最佳。孔隙率为59.8%的钛合金支架表现出与人体骨骼相匹配的力学性能,可避免应力遮蔽效应。

关键词：挤出成形 3D打印 PVA水凝胶钛合金支架孔隙率力学性能