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硫含量对无取向硅钢夹杂物特性及磁性能的影响

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钢铁研究学报 2024年第11期36卷 1429-1439页

作者：郑晓娜朱诚意刘玉龙朱榕李光强省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心湖北武汉430081 武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室湖北武汉430081

无取向硅钢中微米级和纳米级硫化物对钢的磁性都有较大的影响。为了掌握钢液深度脱硫对成品无取向硅钢夹杂物特性和磁性能的影响机制,借助SEM/TEM-EDS和图像分析软件,研究了硫含量不同的成品钢中夹杂物和析出相的组成、数量和尺寸变化,... 详细信息

无取向硅钢中微米级和纳米级硫化物对钢的磁性都有较大的影响。为了掌握钢液深度脱硫对成品无取向硅钢夹杂物特性和磁性能的影响机制,借助SEM/TEM-EDS和图像分析软件,研究了硫含量不同的成品钢中夹杂物和析出相的组成、数量和尺寸变化,并检测了成品的磁性能。结果表明,实验钢中主要的夹杂物是单独的AlN、(Al, Si)_(x)N_(y)、MnS及AlN/(Al, Si)_(x)N_(y)-MnS复合夹杂物,存在少量MgO·Al_(2)O_(3)为主的复合氧化物或氧化物-MnS的复合夹杂物和以Cu_(x)S和MnS-Cu_(x)S复合物为主的析出相。钢中硫含量降低,硫元素在凝固前沿的偏析减少,钢中氮-硫复合夹杂物数量减少。硫含量越低的试样,钢中铝和氮含量相对更高,氮化物数量增加。脱氧充分的实验钢中硫含量变化对钢中氧化物、硫化物、氧-硫复合夹杂物数量影响较小。在钢液凝固过程中,MnS的析出量随着钢中硫含量降低依次减少,改变了含MnS类夹杂物的析出数量和尺寸,导致夹杂物总量减少,夹杂物尺寸分布不均匀。MnS夹杂物含量的差异主要来源于钢液凝固分率高于0.7以后钢液中[S]在凝固前沿的偏析。当钢中的硫质量分数降低到15×10^(-4)%及以下后,硫元素在钢液凝固前沿的偏析差异很小。硫质量分数为10×10^(-4)%的钢中夹杂物和析出相的数量较少,主要为2.0μm左右的小夹杂物和平均尺寸为52 nm的细小析出物,对应的成品钢的磁性能最好,B_(50)=1.751 T,P_(1.5/50)=4.16 W/kg。钢中硫质量分数降低到5×10^(-4)%后,钢的铁损反而升高了0.27 W/kg,磁感减小了0.040 T,一定程度上与钢液深度脱硫导致钢中铝和氮含量及3μm以上夹杂物增加有关。冶炼工序过度降低无取向硅钢的硫含量反而劣化了钢的磁性能。

关键词：无取向硅钢硫含量夹杂物析出物磁性能

高温高压下合金碳化物Fe_(3)Mo_(3)C热力学性质的第一性原理计算

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原子与分子物理学报 2023年第3期40卷 102-108页

作者：郑鹏侯廷平林恒福李钰刘伍明吴开明冶金工业过程系统科学湖北省重点实验室武汉430081 湖北省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心武汉430081 中国科学院物理研究所北京100190

基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理与准谐德拜模型结合的方法研究了高温高压下合金碳化物Fe_(3)Mo_(3)C的热力学性质.在压强范围为0~40 GPa和温度范围为0~1200 K的条件下,Fe_(3)Mo_(3)C的体积比V/V_(0)、体弹性模量B和德拜温度θ... 详细信息

基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理与准谐德拜模型结合的方法研究了高温高压下合金碳化物Fe_(3)Mo_(3)C的热力学性质.在压强范围为0~40 GPa和温度范围为0~1200 K的条件下,Fe_(3)Mo_(3)C的体积比V/V_(0)、体弹性模量B和德拜温度θ受压强的影响比温度更大.温度一定时,体弹性模量和德拜温度随压强的增大而迅速增大.Fe_(3)Mo_(3)C的热容C_(v)、熵S以及热膨胀系数α受温度的影响较压强更大.压强一定时,材料的热容、熵以及热膨胀系数均随温度升高单调增大,其中,热容和热膨胀系数随温度先快速上升后趋于平缓,最后热容接近于Dulong-Petit极限.

关键词：第一性原理德拜模型合金碳化物热力学性质

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ZG40Cr25Ni20奥氏体耐热钢的烧损研究

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材料热处理学报 2017年第2期38卷 77-82页

作者：梁伟成徐光戴方钦巫嘉谋胡海江武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 湖北省高性能钢铁材料协同创新中心湖北武汉430081 黄石山力大通热工设备有限公司湖北黄石435003

采用光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、高温显微镜原位观察等实验手段,分析了ZG40Cr25Ni20奥氏体耐热钢烧损原因。结果表明,随着温度升高,奥氏体晶粒不断长大,碳化物Cr23C6不断形成和长大,碳化物中的Cr含量和碳化物硬度... 详细信息

采用光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、高温显微镜原位观察等实验手段,分析了ZG40Cr25Ni20奥氏体耐热钢烧损原因。结果表明,随着温度升高,奥氏体晶粒不断长大,碳化物Cr23C6不断形成和长大,碳化物中的Cr含量和碳化物硬度不断增加,奥氏体基体中的Cr含量不断减少。温度过高,碳化物溶解,形成孔洞,促进微裂纹沿晶界的扩展,奥氏体晶粒间的结合力逐渐减弱,基体发生过烧,钢的结晶组织遭到破坏,失去金属原有的塑性和强度,造成高温耐热管失效,孔洞和微裂纹的形成及扩展是材料失效的主要原因。此外,高温显微镜原位观察和热处理实验结果表明,ZG40Cr25Ni20耐热钢中碳化物的溶解温度为1030~1250℃。高温显微镜原位观察为碳化物溶解观察和耐热钢失效分析提供了一种新的方法。

关键词：奥氏体耐热钢碳化物孔洞裂纹失效

合金碳化物M_(23)C_(6)对CLAM钢晶界拉伸性能的影响机理研究

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武汉科技大学学报 2023年第6期46卷 409-417页

作者：谢亚飞侯廷平于涛程石陈梦军吴开明武汉科技大学冶金工业过程系统科学湖北省重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心湖北武汉430081 江汉大学光电材料与技术学院湖北武汉430056

低活化马氏体-铁素体钢是目前核聚变反应堆的首选结构材料之一,钢中纳米级碳化物析出相对其韧塑性能起关键作用。本文以CLAM钢为研究对象,利用SEM、TEM对其显微组织、碳化物析出相M23C6(M=Fe,Cr)相及断裂微区进行表征与分析。结果表明,M... 详细信息

低活化马氏体-铁素体钢是目前核聚变反应堆的首选结构材料之一,钢中纳米级碳化物析出相对其韧塑性能起关键作用。本文以CLAM钢为研究对象,利用SEM、TEM对其显微组织、碳化物析出相M23C6(M=Fe,Cr)相及断裂微区进行表征与分析。结果表明,M_(23)C_(6)主要分布在马氏体板条边界,在拉伸过程中会造成位错缠结堆积,促发微裂纹的萌生和扩展。为了从原子尺度上探究碳化物对晶界变形行为的影响,采用分子动力学方法模拟了拉伸变形过程中晶界(∑5(031))上碳化物和位错的交互作用。模拟结果显示,晶界的塑性变形以位错滑移和非晶化塑性变形为主。随着碳化物尺寸增大和数量增多,非晶化塑性变形程度增强,位错运动受阻,造成局部结构应力集中并产生微裂纹。

关键词： CLAM钢碳化物 M_(23)C_(6) 晶界分子动力学塑性变形

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锰对贝氏体钢中残余奥氏体回火稳定性的影响

钢铁 2023年第2期58卷 113-125页

作者：张绍龙周雯胡锋吴开明潘先明武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心湖北武汉430081 武汉科技大学冶金工业过程系统科学湖北省重点实验室湖北武汉430081 材谷金带(佛山)金属复合材料有限公司广东佛山528000 大冶特殊钢有限公司高品质特殊钢湖北省重点实验室湖北黄石435001

为探索锰含量的变化(锰质量分数为0.1%(0.1Mn钢)和1.5%(1.5Mn钢))对无碳化物贝氏体钢中残余奥氏体(RA)回火稳定性的影响,利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)及透射电镜(TEM)等试验方法对残余奥氏体稳定性和力学性能的变化规律进... 详细信息

为探索锰含量的变化(锰质量分数为0.1%(0.1Mn钢)和1.5%(1.5Mn钢))对无碳化物贝氏体钢中残余奥氏体(RA)回火稳定性的影响,利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)及透射电镜(TEM)等试验方法对残余奥氏体稳定性和力学性能的变化规律进行研究。结果表明,0.1Mn钢的热轧态组织主要是由粒状贝氏体(GB)+板条贝氏体(LB)组成,而1.5Mn钢的热轧态组织主要以板条贝氏体为主,且1.5Mn钢中残余奥氏体含量较高,屈服强度和抗拉强度均优于0.1Mn钢。在经过300~500℃回火后,残余奥氏体体积分数逐渐下降至完全分解,屈服强度和抗拉强度均表现为先升高后降低,但伸长率逐步增加。300℃回火性能最佳,原因主要是由于残余奥氏体在300℃回火中,块状残余奥氏体分解为过饱和马氏体/贝氏体,碳从过饱和马氏体/贝氏体中扩散至邻近残余奥氏体中使其含量增加,热稳定性得到提高,在拉伸的过程中产生了TRIP效应,从而使试验钢的强塑性得到提升。1.5Mn钢的性能明显优于0.1Mn钢,因为锰可以与碳产生协同作用共同促进奥氏体的稳定,提高伸长率,另外锰含量的增加使碳当量也提高,强度增强。基于修正C-J模型对两试验钢在拉伸过程中的加工硬化行为进行表征,发现1.5Mn钢的应变硬化指数始终大于0.1Mn钢的应变硬化指数,且试验钢均表现3个阶段的应变硬化特性。

关键词：贝氏体钢残余奥氏体回火力学性能修正C-J模型

Q345FRE耐火钢SH-CCT曲线测定与分析

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金属热处理 2022年第10期47卷 88-93页

作者：刘攀王红鸿鄢文泽彭思远武汉科技大学理学院湖北武汉430065 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心湖北武汉430081

利用Gleeble-3500试验机对Q345FRE耐火钢进行了焊接热模拟,结合膨胀法、杠杆法、金相分析与硬度测试,测得了Q345FRE耐火钢焊接热影响区在不同t_(8/5)条件下的相变温度,并绘制了焊接热影响区连续冷却转变曲线(SH-CCT),研究了其焊接热影... 详细信息

利用Gleeble-3500试验机对Q345FRE耐火钢进行了焊接热模拟,结合膨胀法、杠杆法、金相分析与硬度测试,测得了Q345FRE耐火钢焊接热影响区在不同t_(8/5)条件下的相变温度,并绘制了焊接热影响区连续冷却转变曲线(SH-CCT),研究了其焊接热影响区在不同t_(8/5)条件下的组织变化规律。结果表明,当t_(8/5)为3~80 s时,Q345FRE耐火钢热影响区组织为贝氏体;当t_(8/5)为80~300 s时,其组织为贝氏体、铁素体和珠光体;当t_(8/5)为300~600 s时,其组织为铁素体和珠光体。随着t_(8/5)的增大,其焊接热影响区的组织硬度减小。为保持组织稳定性,Q345FRE耐火钢焊接线能量的适当选取范围为15~150 kJ/cm。

关键词： Q345FRE耐火钢 SH-CCT曲线显微组织硬度

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微纳结构超高强度钢的现状与发展

中国材料进展 2015年第7期34卷 595-604页

作者：胡锋周立新张志成张国宏吴开明武汉科技大学国际钢铁研究院耐火材料与冶金省部共建国家重点实验室、高性能钢铁材料及其应用湖北省协同创新中心湖北武汉430081 湖北新冶钢有限公司湖北黄石435001

微纳结构超高强度钢是兼具高强度、高塑性和高韧性的一类重要高性能钢铁结构材料。超细马氏体、贝氏体组织对于其强度起了决定性作用,对塑性和韧性起决定作用的为残留奥氏体。因此,如何通过调整化学成分和热处理工艺等手段调控残留奥氏... 详细信息

微纳结构超高强度钢是兼具高强度、高塑性和高韧性的一类重要高性能钢铁结构材料。超细马氏体、贝氏体组织对于其强度起了决定性作用,对塑性和韧性起决定作用的为残留奥氏体。因此,如何通过调整化学成分和热处理工艺等手段调控残留奥氏体微结构,来实现精细组织结构和优良综合力学性能,成为新一代钢铁材料研究领域重要的课题。首先从钢铁材料强韧化机制出发,指出微观组织的精细化及硬相与软相的合理调控,是发展新一代钢铁材料的重要途径。然后针对近年来发展起来的超级贝氏体钢、Q&P钢、Q-P-T钢等具有微纳组织结构的超高强度钢,从合金设计、热处理工艺及组织结构与力学性能、磨损性能和疲劳性能的关系等方面进行综述与分析,最后指出微纳结构超高强度钢有待进一步深入研究与开发的问题。

关键词：钢铁材料相变贝氏体马氏体残留奥氏体

S^(2-)对A710钢在NaCl溶液中腐蚀行为的影响

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中国腐蚀与防护学报 2018年第3期38卷 233-240页

作者：王玉昆刘静胡骞黄峰武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083

采用室内静态挂片失重实验方法、动电位极化法、FE-SEM表面微观观察和XRD物相分析等技术,研究了A710钢在高S^(2-)含量的3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:S^(2-)的加入能够增强钢基体表面的活性,导致维钝电流密度增大,钝化区间变窄,... 详细信息

采用室内静态挂片失重实验方法、动电位极化法、FE-SEM表面微观观察和XRD物相分析等技术,研究了A710钢在高S^(2-)含量的3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:S^(2-)的加入能够增强钢基体表面的活性,导致维钝电流密度增大,钝化区间变窄,均匀腐蚀速率增加;在含有S^(2-)的NaCl溶液中形成的腐蚀产物膜结构疏松,存在孔隙和裂纹,促进了膜下点蚀的发生。

关键词：高强钢 S^2- 海洋环境点蚀

电渣熔焊制备不锈钢/碳钢复合板的组织与性能研究

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武汉科技大学学报 2023年第5期46卷 330-337页

作者：李嘉维李光强曹玉龙马崇圣武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心湖北武汉430081 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081

本文提出了一种利用电渣熔焊技术制备不锈钢/碳钢复合坯的新方法,所制备复合坯经1200℃、60%压下率轧制后,依次进行固溶、淬火和回火热处理,并对轧态及不同固溶温度热处理后试样进行界面组织、元素过渡、耐蚀性及剪切性能测试。结果表明... 详细信息

本文提出了一种利用电渣熔焊技术制备不锈钢/碳钢复合坯的新方法,所制备复合坯经1200℃、60%压下率轧制后,依次进行固溶、淬火和回火热处理,并对轧态及不同固溶温度热处理后试样进行界面组织、元素过渡、耐蚀性及剪切性能测试。结果表明,热处理试样不锈钢侧主要为奥氏体,还伴随有少量铁素体组织,部分针状铁素体开始球化,这使得晶间腐蚀和晶粒内部点蚀现象得到缓解;碳钢侧则主要为回火索氏体和贝氏体组织,相较于轧态组织有所改善。此外,热处理促进了界面处C、Cr扩散,减少了其偏聚现象,然而由于热处理促进了C的扩散,试样的耐蚀性相比轧态有所降低。所有试样的界面剪切强度均大于320 MPa,其中990℃下固溶处理后试样剪切强度最大,达到439 MPa,充分表明双金属界面结合情况良好。

关键词：电渣熔焊不锈钢/碳钢复合板结合界面极化曲线剪切强度