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高性能金屬結(jié)構(gòu)材料激光增材制造技術(shù)研究進(jìn)展

王華明, 王玉岱

2024, 45(6): 1-6. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.001

摘要(1063) HTML (189) PDF(108)

摘要:
高性能金屬構(gòu)件激光增材制造技術(shù)在重大高端裝備制造中展現(xiàn)出巨大發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景，北京航空航天大學(xué)在大型金屬構(gòu)件激光增材制造方面開展了深入研究，取得了許多突破性研究成果。文中綜述了該團(tuán)隊在高性能金屬結(jié)構(gòu)材料激光增材制造技術(shù)方面的研究進(jìn)展，揭示了激光增材制造非平衡凝固形核生長機(jī)理，建立了鈦合金和鎳基高溫合金晶粒形態(tài)主動控制方法，提出了激光增材制造材料強(qiáng)韌化新機(jī)理，開發(fā)出高性能增材制造鈦合金和超高強(qiáng)度鋼。未來研究熱點(diǎn)仍聚焦于激光/金屬交互作用行為、材料凝固相變規(guī)律等基礎(chǔ)問題研究，以及基于激光增材超常冶金的高性能全新金屬結(jié)構(gòu)材料設(shè)計與開發(fā)，以進(jìn)一步發(fā)揮激光增材制造技術(shù)在國家重大裝備大型金屬構(gòu)件制造方面的變革性潛力。

基于CH₄-H₂體系的氫還原技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

張潤, 譚鈔文, 黨杰

2024, 45(6): 7-18. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.002

摘要(338) HTML (160) PDF(30)

摘要:
在“雙碳”目標(biāo)與“雙高”限制的雙重挑戰(zhàn)下，火法冶金領(lǐng)域正面臨能耗與碳排放的雙重壓力，對清潔能源的需求愈發(fā)迫切。氫能，作為一種可再生清潔能源，為火法冶金帶來了節(jié)能低碳、綠色轉(zhuǎn)型的新曙光。基于CH₄-H₂體系的氫還原技術(shù)，憑借其優(yōu)良的還原能力和低碳無污染的特性，已成為冶金領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。闡述了CH₄-H₂體系的還原熱力學(xué)與動力學(xué)原理，以及國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)及研究進(jìn)展，總結(jié)了該技術(shù)在還原金屬礦物（鐵、鈦、鎳、鋅、鈷、鉻、錳）方面的研究成果與發(fā)展方向，并針對尚未解決的問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析?；贑H₄-H₂體系的氫還原技術(shù)有巨大的應(yīng)用潛力，這些探討將有助于推動該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

從提釩尾液制備磷酸錳鐵鋰正極材料的研究

李智宇, 湯婷, 王正豪, 陳良, 朱英明, 吳可荊, 羅冬梅

2024, 45(6): 19-27. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.003

摘要(621) HTML (129) PDF(66)

摘要:
以釩渣提釩過程中產(chǎn)生的富含鐵錳的浸出液為原料，通過共沉淀法制備了二水草酸鐵錳Mn_0.5Fe_0.5C₂O₄?2H₂O，以此為前驅(qū)體，通過高溫固相法成功合成了磷酸錳鐵鋰LiFe_0.5Mn_0.5PO₄正極材料，實(shí)現(xiàn)了釩渣浸出液中鐵錳資源的綜合利用。結(jié)果表明，在初始pH值為3.5，溫度25 ℃，反應(yīng)時間90 min，草酸銨加料量為理論值的1.1倍，加料方式為正加的條件下，鐵和錳的沉淀率分別為99.5%和99.4%，與其他雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)深度分離，Mn_0.5Fe_0.5C₂O₄·2H₂O的純度達(dá)99.97%，且粒徑較小，分散性良好?？蓪⑵渥鳛楹铣闪姿徨i鐵鋰正極材料的前驅(qū)體，為磷酸錳鐵鋰的工業(yè)化生產(chǎn)提供了思路。

活化劑強(qiáng)化鈦精礦酸浸過程研究

王海波, 龍濤, 向龍, 李禮, 田從學(xué)

2024, 45(6): 28-33. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.004

摘要(310) HTML (100) PDF(22)

摘要:
針對硫酸法鈦白生產(chǎn)中反應(yīng)酸濃度較高導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)硫酸平衡的問題，通過引入活化劑強(qiáng)化酸解反應(yīng)過程，降低反應(yīng)酸濃度。研究了活化劑對鈦精礦低濃度酸浸的強(qiáng)化作用，考察了反應(yīng)酸濃度和活化劑加量對反應(yīng)溫度和鈦浸出率的影響。結(jié)果表明：活化劑的加入，可以增加反應(yīng)放熱量，提高反應(yīng)溫度，并改善固相物的疏松度，浸出活性更高；活化劑加量為0.5%、酸礦比為1.56∶1，反應(yīng)酸濃度為80%的條件下，鈦精礦的鈦浸出率達(dá)到93.47%；酸浸殘渣主要成分為TiFeO₃、Ca(Fe, Mg)Si₂O₆和SiO₂，表明原料中的鈦大部分被轉(zhuǎn)移到液相中。

鈦的吸氫制備及其能量分析

賴奇, 彭富昌, 陳映志, 張靜, 趙曦光, 陳今良, 吳毅, 董英杰

2024, 45(6): 34-38. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.005

摘要(323) HTML (170) PDF(19)

摘要:
以海綿鈦為原料，在不同溫度、不同時間下制備出氫化鈦。根據(jù)重量變化分析其反應(yīng)原理，用X射線衍射儀（XRD）進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，掃描電鏡（SEM）進(jìn)行形貌分析。結(jié)果顯示：隨反應(yīng)溫度升高，氫化鈦質(zhì)量增加率增大，脆性也變大。當(dāng)溫度高于500 ℃之后，質(zhì)量增長率變化不大。熱力學(xué)計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度從300 ℃增加到700 ℃時，平衡常數(shù)顯著下降，表明反應(yīng)溫度過高不利于反應(yīng)進(jìn)行。氫化過程的吸附能量計算表明其較優(yōu)吸附位位于其中心點(diǎn)位。固溶能量分析表明氫原子更傾向于占據(jù)八面體間隙。

功能性離子液體靶向萃取提釩研究進(jìn)展

項(xiàng)新月, 葉國華, 項(xiàng)朋志, 榮一陽, 張云, 宋昌溆

2024, 45(6): 39-49. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.006

摘要(439) HTML (110) PDF(25)

摘要:
溶劑萃取法是提釩最常用的分離富集方法。傳統(tǒng)的工業(yè)萃釩方法存在萃取效果不理想、選擇性差以及環(huán)境和安全方面等問題。離子液體具有寬液程、低蒸汽壓不易揮發(fā)、物化性質(zhì)可調(diào)、易于功能性設(shè)計、電化學(xué)窗口寬、導(dǎo)電性好、熱穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)釩的靶向高效萃取。綜述了離子液體萃取回收釩的研究進(jìn)展，重點(diǎn)關(guān)注了咪唑類離子液體和季銨鹽類離子液體的物化性質(zhì)、合成方法與萃釩機(jī)理。釩的萃取機(jī)理主要包括陰離子交換和中性絡(luò)合等機(jī)制，通過不同離子液體的特性，釩的萃取效率和選擇性得以優(yōu)化。通過對離子液體在提釩過程中的機(jī)理分析和應(yīng)用案例的揭示，以期為釩提取領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供參考。同時，也指出了離子液體萃取劑在成本、大規(guī)模應(yīng)用等方面面臨的一些挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的研究和發(fā)展。

釩鈦磁鐵礦提釩尾渣綜合利用工藝研究進(jìn)展及展望

王新宇, 趙海泉, 齊淵洪, 王鋒

2024, 45(6): 50-58. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.007

摘要(497) HTML (147) PDF(67)

摘要:
釩鈦磁鐵礦提釩尾渣是轉(zhuǎn)爐釩渣提釩的副產(chǎn)品，因含有多種有價元素而極具回收價值。但因目前缺乏有效的利用工藝而大量填埋或堆積，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。根據(jù)釩渣提釩工藝和化學(xué)成分對釩鈦磁鐵礦提釩尾渣進(jìn)行了分類，闡述了采用氧化法（包括氧化焙燒、電場耦合H₂O₂+CaF₂浸出法）、直接浸出法（包括酸浸和亞熔鹽法）、還原法（包括熔融還原和直接還原）對提釩尾渣中有價元素提取的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，以及作為功能材料用于制備蓄熱材料的研究現(xiàn)狀。認(rèn)為酸浸工藝是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，但熔融還原能夠同時回收鐵、釩、鉻、鈦，具有綜合回收率高、工藝流程短的特點(diǎn)，應(yīng)用前景較廣。指出了當(dāng)前綜合利用工藝存在的問題，提出了火法冶金+濕法冶金+物理分離的耦合技術(shù)以及作為熱能蓄熱材料使用的研究方向，并應(yīng)加強(qiáng)終渣、廢液排放的監(jiān)管力度和毒性檢測的研究，為釩鈦磁鐵礦提釩尾渣的高值化、無害化綜合利用提供參考。

水解偏鈦酸沉降高度影響因素分析

吳健春

2024, 45(6): 59-63, 150. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.008

摘要(274) HTML (148) PDF(18)

摘要:
以某鈦白粉廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，統(tǒng)計分析了水解偏鈦酸沉降高度對粒度分布和初品質(zhì)量的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨著水解偏鈦酸沉降高度增加，水解偏鈦酸D₅₀呈現(xiàn)增加趨勢，相應(yīng)獲得初品Tcs和Scx均呈現(xiàn)下降趨勢，初品平均粒徑呈現(xiàn)增加趨勢，控制偏鈦酸沉降高度在130 mm以下可以獲得顏料性能較好的鈦白粉。試驗(yàn)研究表明，水解鈦液的TiO₂濃度、F值、水解晶種加量和水解判灰時間均對水解偏鈦酸的沉降高度和D₅₀有較大影響。隨水解鈦液濃度增加，水解偏鈦酸沉降高度呈下降趨勢，隨F值增加，水解偏鈦酸沉降高度和D₅₀呈現(xiàn)增加趨勢，隨水解晶種加量的增加，水解偏鈦酸沉降高度呈下降趨勢，隨判灰時間的延長，水解偏鈦酸沉降高度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。

雙相鈦合金Ti-6Al-4V拉伸行為的晶體塑性有限元研究

張龍, 常樂, 林鴻運(yùn), 周昌玉

2024, 45(6): 64-73. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.009

摘要(854) HTML (165) PDF(55)

摘要:
通過晶體塑性有限元方法探究了α/β相含量和晶粒尺寸對Ti-6Al-4V雙相鈦合金拉伸力學(xué)性能的影響，通過滑移相對分?jǐn)?shù)定量化評估不同滑移系對塑性變形的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明：Ti-6Al-4V鈦合金拉伸變形過程中應(yīng)力應(yīng)變分布不均勻，應(yīng)力集中在β相變體晶粒及晶界處，應(yīng)變集中在α相晶粒附近。隨β相含量升高，應(yīng)力集中區(qū)域更多，三叉晶界處越易產(chǎn)生應(yīng)變集中，β相$ \left\{110\right\} $滑移系對塑性變形的貢獻(xiàn)大幅提高。隨著α相、β相或兩相晶粒尺寸同時擴(kuò)大，塑性段應(yīng)力應(yīng)變曲線下降，且初始變形都主要由柱面滑移系主導(dǎo)，錐面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系貢獻(xiàn)次之。增大α相晶粒尺寸，錐面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系活性下降，導(dǎo)致塑性階段應(yīng)力值降低。增大β相晶粒尺寸，塑性階段應(yīng)力的降低與β相中$ \left\{110\right\} $滑移系活性下降有關(guān)。同時增大α及β相晶粒尺寸時，會同時影響柱面滑移系和$ \left\{110\right\} $滑移系的相對分?jǐn)?shù)，應(yīng)力值的下降與界面數(shù)量的顯著下降有關(guān)。

TA18鈦合金管慣性摩擦焊接頭組織與性能

成培鑫, 席錦會, 劉姣, 石立超, 張健健

2024, 45(6): 74-79. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.010

摘要(288) HTML (157) PDF(21)

摘要:
對TA18鈦合金管材開展慣性旋轉(zhuǎn)摩擦焊接（IRFW）研究，采用光學(xué)顯微鏡與掃描電鏡觀察了TA18鈦合金管摩擦焊接頭各個區(qū)域的組織形態(tài)，結(jié)合焊接過程分析了組織的特征與演化機(jī)制，根據(jù)拉伸試驗(yàn)、室溫沖擊試驗(yàn)、顯微硬度試驗(yàn)等測試結(jié)果分析了焊接接頭的力學(xué)性能。結(jié)果表明，由于短時間內(nèi)焊接接頭處發(fā)生了強(qiáng)烈的塑性變形，IRFW接頭焊縫處的組織為針狀α′相；熱影響區(qū)的組織為等軸α相、部分針狀α′相和殘余β相。TA18鈦合金管材IRFW接頭的抗拉強(qiáng)度與母材相當(dāng)，且斷裂位置均位于遠(yuǎn)離焊縫中心的位置。IRFW接頭顯微硬度較均勻，各區(qū)域硬度匹配性好，接頭具有良好的沖擊韌性，達(dá)到母材的96.85%。

V_1-xTb_xO₂(x=0,1,2,3,4)(M)薄膜的制備及其性能研究

杜金晶, 劉景田, 朱軍, 林海洋, 翟芮潼, 左恒, 馬嘉藝, 王東博

2024, 45(6): 80-86. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.011

摘要(216) HTML (108) PDF(15)

摘要:
主要研究了重稀土鋱元素(Tb)摻雜對二氧化釩薄膜V_1-xTb_xO₂(x=0,1,2,3,4)(M)相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、相變溫度、光學(xué)及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：V_1-xTb_xO₂(x=0,1,2,3,4)(M)樣品的衍射峰尖銳，未出現(xiàn)其他雜質(zhì)峰，具有較高的結(jié)晶度和純度。Tb元素?fù)诫s能明顯影響二氧化釩的微觀結(jié)構(gòu)特征，隨著Tb摻雜量的增加，相變溫度呈下降趨勢，在4% (原子分?jǐn)?shù)，下同)的摻雜水平下，相變溫度降至59.01 ℃。紫外-可見-近紅外光譜分析表明，在1%～4%的Tb摻雜水平下二氧化釩薄膜的光學(xué)性能增強(qiáng)。在2% Tb摻雜時太陽光調(diào)制能力(ΔT_sol)達(dá)到9.1%，可見光透過率(T_lum)為61.5%；在4% Tb摻雜時可見光透過率達(dá)到72.5%。力學(xué)性能表明，Tb摻雜對二氧化釩薄膜的力學(xué)性能具有增強(qiáng)作用。當(dāng)摻雜量為2%時，VO₂薄膜的力學(xué)性能顯示出最大值，彈性模量及硬度分別為83.6065 GPa和8.0026 GPa。

V含量對激光熔覆鐵鉻合金涂層組織結(jié)構(gòu)及性能的影響

張雪峰, 卿光洋, 周浩然, 翁劉, 陳敏, 趙海泉, 吳博濤, 張鑫

2024, 45(6): 87-93. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.012

摘要(256) HTML (138) PDF(15)

摘要:
采用激光熔覆技術(shù)制備了不同V含量的鐵鉻合金涂層，結(jié)合金相觀察、SEM & EDS、X-射線衍射等分析方法研究了V含量變化時激光熔覆鐵鉻合金涂層的顯微組織與性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明，V含量較低時鐵鉻合金涂層以樹枝晶生長模式為主，涂層界面的樹枝晶生長過程中Cr元素來不及完全固溶到基體中，引起基體衍射峰向高角度處偏移。增加V含量能夠促進(jìn)樹枝晶向胞狀晶轉(zhuǎn)變，有效改善了Cr元素在基體中不能完全固溶的現(xiàn)象。VC的形成促進(jìn)了凝固過程中γ-Fe向馬氏體的轉(zhuǎn)變，涂層硬度提升，但當(dāng)V含量增加到2%時，原料中高熔點(diǎn)釩鐵含量增加，導(dǎo)致涂層中氣孔缺陷增加，引起涂層耐磨性能降低。當(dāng)V含量為1%時涂層性能最佳。

預(yù)置TiCuZnSn的鈦表面攪拌摩擦改性層組織與摩擦磨損性能

黨杰, 李杰, 周鵬, 史洪源, 惠媛媛

2024, 45(6): 94-99. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.013

摘要(237) HTML (103) PDF(12)

摘要:
為了獲得表面綜合性能良好的生物醫(yī)用鈦金屬，在TA2純鈦表面預(yù)置等物質(zhì)的量的Ti、Cu、Zn、Sn金屬粉末，采用攪拌摩擦加工技術(shù)對純鈦進(jìn)行表面改性。通過掃描電鏡、能譜儀、電子背散射衍射對鈦表面改性層微觀組織進(jìn)行觀察和分析，利用納米壓痕、摩擦磨損試驗(yàn)測試改性層機(jī)械性能。結(jié)果表明：攪拌摩擦加工技術(shù)可獲得內(nèi)部無缺陷、與TA2純鈦基體結(jié)合良好的表面改性TiCuZnSn合金層，改性層最大深度約2.5 mm；合金元素Cu、Zn、Sn提高了改性層的楊氏模量和硬度，特別是對改性層硬度的提升效果更顯著；TiCuZnSn改性層對TA2鈦摩擦系數(shù)的影響不顯著，但改性層的平均磨損率會大幅降低，與TA2鈦相比，TiCuZnSn表面改性層平均磨損率降低約28.95%。

釩摻雜鈷鐵水滑石的制備及其析氧性能研究

曾澤華, 張東彬, 尹翔鷺, 代宇, 雍玲玲, 辛亞男, 滕艾均

2024, 45(6): 100-107. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.014

摘要(376) HTML (161) PDF(19)

摘要:
開發(fā)環(huán)境友好且毒性相對較低的析氧反應(yīng)（OER）電催化劑是目前水分解的最大困難之一。采用電沉積的方法在泡沫鎳（NF）上原位生長了鈷鐵層狀雙氫氧化物（CoFe LDH）和釩摻雜的鈷鐵層狀雙氫氧化物（V-CoFe LDH）納米片，并將其作為OER催化劑以探究其析氧性能。研究結(jié)果表明，在堿性介質(zhì)中，當(dāng)電流密度為100 mA·cm^?2時，CoFe LDH和V-CoFe LDH的過電位分別為396 mV和356 mV，CoFe LDH和V-CoFe LDH分別具有224 mV·dec^?1和210 mV·dec^?1的Tafel斜率。此外，相比于CoFe LDH，V-CoFe LDH電催化劑具有大的電化學(xué)比表面積和優(yōu)異的電解液潤濕性。這些結(jié)果均表明V的引入有助于增強(qiáng)材料的OER性能。結(jié)合密度泛函理論計算和試驗(yàn)結(jié)果證明，V的摻雜不僅優(yōu)化了材料的電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了導(dǎo)電性，同樣降低了吸附能，增強(qiáng)了催化劑與電解液的接觸。

富氧方式對高爐風(fēng)口回旋區(qū)狀態(tài)的影響研究

鄭魁, 趙鵬, 胡鵬, 黃云, 張建良, 徐潤生

2024, 45(6): 108-118. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.015

摘要(519) HTML (171) PDF(32)

摘要:
依據(jù)國內(nèi)某企業(yè)冶煉釩鈦磁鐵礦高爐的實(shí)際尺寸建立了三維物理模型，利用數(shù)值模擬的方法對比研究了不同富氧方式下煤粉在風(fēng)口回旋區(qū)內(nèi)的流動、燃燒行為。結(jié)果表明，減風(fēng)富氧與定風(fēng)富氧方式工況下，風(fēng)口氣流速度變化隨富氧率變化的整體趨勢一致，但變化幅度差距顯著，即富氧率增加1%，風(fēng)口截面速度分別增加4.25 m/s（定風(fēng)）和0.41 m/s（減風(fēng)）。兩種富氧方式下，回旋區(qū)內(nèi)的溫度、還原氣體含量及煤粉燃盡率與富氧率的變化趨勢一樣，即富氧率增加，溫度增加，高溫區(qū)域擴(kuò)大，還原氣體含量增加，煤粉的燃盡率上升。其中，減風(fēng)富氧時由于熱風(fēng)流量減小，帶入高爐的N₂量減少，煤氣中CO和H₂的含量變化較大，對高爐減少氮化碳和碳化鈦生成、改善鐵礦還原效果具有較好的幫助，建議高爐提高富氧率采用減風(fēng)富氧模式。經(jīng)計算，富氧率每增加1%，回旋區(qū)平均溫度增加34.22 K（定風(fēng)）和32.88 K（減風(fēng)）；減風(fēng)富氧條件下，富氧率每增加1%，熱風(fēng)帶入高爐的N₂量減少10 m³/min，煤氣中的CO質(zhì)量濃度上升8.61%。

未燃煤粉及其還原產(chǎn)物在高鈦型高爐渣中的行為研究

謝洪恩, 鄭魁, 胡鵬, 唐文博, 令新科

2024, 45(6): 119-126. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.016

摘要(232) HTML (129) PDF(16)

摘要:
采用旋轉(zhuǎn)柱體法對配加未燃煤粉的高鈦型高爐渣的黏度進(jìn)行了測量，結(jié)合試驗(yàn)樣品的宏觀形貌和不同部位微觀結(jié)構(gòu)的表征，對未燃煤粉及其還原產(chǎn)物在高鈦型高爐渣中的行為進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，未燃煤粉不可避免地會與渣中TiO₂反應(yīng)，殘余的未燃煤粉及其還原產(chǎn)物,如Ti(C,N)或TiC_xO_y等高熔點(diǎn)物相不均勻分布于渣中。隨著初始未燃煤粉含量從0增加至5.51%，渣中TiC和TiN含量之和從0.456%升高至2.515%，反應(yīng)生成的高熔點(diǎn)物質(zhì)向下沉降聚集，殘余的未燃煤粉則向上運(yùn)動，與上部爐渣中的TiO₂繼續(xù)反應(yīng)生成高熔點(diǎn)物質(zhì)或形成泡沫渣，并導(dǎo)致爐渣黏度顯著升高，波動顯著加劇，爐渣中部則幾乎沒有殘余未燃煤粉和高熔點(diǎn)還原產(chǎn)物。

固態(tài)脫碳過程中碳的擴(kuò)散行為研究

祝廣鵬, 艾立群, 洪陸闊, 孟凡峻, 聞莉, 孫彩嬌

2024, 45(6): 127-132. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.017

摘要(339) HTML (147) PDF(12)

摘要:
為研究Fe-C-Mn合金薄帶固態(tài)脫碳過程脫碳效果及Mn含量對C原子擴(kuò)散作用，以1 mm厚的Fe-2.7%C-(5%,12%)Mn合金成分薄帶為研究對象進(jìn)行固態(tài)脫碳試驗(yàn)，利用lammps軟件開展分子動力學(xué)模擬試驗(yàn)，探索Mn含量對C原子擴(kuò)散的定性規(guī)律。結(jié)果表明：分子動力學(xué)模擬結(jié)果同固態(tài)脫碳試驗(yàn)結(jié)果計算擴(kuò)散激活能基本一致，5%Mn在1223、1323 K和1363 K溫度下脫碳試驗(yàn)結(jié)果和分子動力學(xué)模擬理論結(jié)果得到的C原子的擴(kuò)散激活能分別為78.549 kJ·mol^?1和83.805 kJ·mol^?1。在1363 K進(jìn)行固態(tài)脫碳試驗(yàn)，5%Mn和12%Mn合金薄帶5～20 min主要限制性環(huán)節(jié)為內(nèi)部碳擴(kuò)散，12%Mn脫碳效果不如5%Mn，表明Mn含量增加對C擴(kuò)散起到抑制作用。分子動力學(xué)模擬結(jié)果表明Mn含量增加會降低C原子擴(kuò)散能力。

單流板坯中間包控流裝置優(yōu)化的數(shù)理模擬及應(yīng)用

黃磊, 謝旭琦, 張華, 李宇翔, 黃在京, 黃柯杰, 方慶

2024, 45(6): 133-141. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.018

摘要(339) HTML (138) PDF(15)

摘要:
合理的控流裝置結(jié)構(gòu)和布局是提升中間包內(nèi)鋼液潔凈度的關(guān)鍵。采用數(shù)值模擬與水力學(xué)模擬相結(jié)合的方法對某廠單流板坯中間包控流裝置不同組合方式及位置的鋼液流動行為、RTD曲線及夾雜物去除率進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在壩墻間距不變情況下，擋墻往長水口側(cè)移動適當(dāng)距離會延長鋼液平均停留時間9.9 ～17.9 s、死區(qū)體積比例減小0.45～0.85個百分點(diǎn)、中間包低溫區(qū)域減少，凈化鋼液的能力有所提升；在壩墻間距改變的情況下，壩墻間距過大可能會導(dǎo)致中間包澆注區(qū)鋼液的紊亂，鋼液平均停留時間延長不明顯，死區(qū)體積比例反而增大0.33個百分點(diǎn)，中間包低溫區(qū)域增大，夾雜物總?cè)コ噬仙?.18個百分點(diǎn)。因此，壩墻間距為473.5 mm及擋墻與長水口距離為720 mm是較為理想的控流裝置組合方式。采用優(yōu)化方案后，中間包內(nèi)鋼液潔凈度得到有效提升。

板坯連鑄浸入式水口及結(jié)晶器內(nèi)鋼液流態(tài)的研究現(xiàn)狀分析

田玉石, 仇圣桃, 朱榮, 徐李軍, 時朋召, 王旭

2024, 45(6): 142-150. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.019

摘要(414) HTML (132) PDF(24)

摘要:
通過系統(tǒng)分析連鑄水口及結(jié)晶器內(nèi)鋼液流態(tài)的研究現(xiàn)狀，深入探討了不同工況條件下流態(tài)的轉(zhuǎn)變規(guī)律、共性特征、影響因素及其對鑄坯質(zhì)量的影響，并著重分析了結(jié)晶器流動的非對稱性。認(rèn)為：①水口內(nèi)存在氣泡流、膜狀流、環(huán)狀流和段塞流等多種流態(tài)，流態(tài)受液體流量、氣體流量和中間包液位影響。其中，氣泡流相對穩(wěn)定，有利于連鑄生產(chǎn)。②當(dāng)板坯結(jié)晶器處于對稱的雙輥流狀態(tài)，且液面流速控制在0.26～0.43 m/s時，有助于顯著提高鑄坯質(zhì)量；同時，較高的拉速、較低的氬氣流量以及增大的水口浸入深度有助于形成雙輥流。③流動非對稱性會引發(fā)偏流，通過精準(zhǔn)的工藝操作可保障生產(chǎn)順行并提高鑄坯質(zhì)量。

稀土對Ni-Al系馬氏體時效鋼中夾雜物的改性作用

田方鋮, 高雪云, 曹悅, 邢磊, 華連庚, 王海燕

2024, 45(6): 151-158. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.020

摘要(281) HTML (143) PDF(18)

摘要:
鋼中的非金屬夾雜物對超高強(qiáng)度鋼的塑韌性具有重要的影響。在Fe-Ni-Al系馬氏體時效鋼中加入稀土La、Ce元素，通過掃描電子顯微鏡及能譜儀（SEM-EDS）與電子探針（EPMA）分析結(jié)合FactSage熱力學(xué)計算，研究了不同稀土元素對鋼中非金屬夾雜物的變質(zhì)機(jī)理。結(jié)果表明，馬氏體時效鋼中加入稀土元素后形成了含稀土的RE-O-S和RE-Al-O，抑制了Al₂S₃的形成，對AlN夾雜物的形成沒有明顯影響，夾雜物經(jīng)稀土改性后形狀由條狀和不規(guī)則的幾何形狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏驙?。熱力學(xué)計算結(jié)果表明，添加稀土元素后，鋼液中可能形成的夾雜物熱力學(xué)穩(wěn)定性大致為REAlO₃→Al₂O₃→稀土硫化物→AlN。加入稀土后，在高溫熔融態(tài)下鋼液中RE₂O₃和Al₂O₃就已穩(wěn)定存在，并且隨著冷卻溫度的降低，鋼中的夾雜物按REAlO₃→RE₂O₂S→RES的順序逐漸析出，且稀土La和Ce的夾雜物演化路徑基本相同。

U71Mn重軌鋼軋制后夾雜物分布行為研究

宋光潔, 王奕, 何建中, 張達(dá)先, 付建勛

2024, 45(6): 159-166. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.021

摘要(240) HTML (113) PDF(19)

摘要:
非金屬夾雜物的形態(tài)和分布對重軌鋼的性能具有顯著影響。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、夾雜物三維刻蝕儀、Thermo-calc軟件對某廠生產(chǎn)的U71Mn重軌鋼中的夾雜物進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，U71Mn重軌鋼中軌腰處夾雜物的平均等效直徑、長寬比最大，數(shù)量密度最小。軌頭、軌腰、軌底的夾雜物密度分別為18、12、14 個/mm²，平均等效直徑分別為2.5 、2.7、2.4 μm，平均長寬比分別為7.4、13.3、6.4。鋼中夾雜物以單獨(dú)存在的MnS和CaO·Al₂O₃·SiO₂·MgO復(fù)合夾雜物為主。軌頭和軌底處的MnS尺寸較小，集中分布在10～50 μm；軌腰處的MnS夾雜物尺寸較大，多在20～80 μm，且存在多條大尺寸的MnS被軋制在同一條水平線上。CaO·Al₂O₃·SiO₂·MgO復(fù)合夾雜物沿軋制方向普遍呈近球形和不規(guī)則形。

退火工藝對2Cr12Ni4Mo3VNbN葉片鋼組織和性能的影響

曹晨星, 信瑞山, 俞占揚(yáng), 李曉凱, 何玉東, 姚斌, 王利偉, 何毅

2024, 45(6): 167-171. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.022

摘要(338) HTML (138) PDF(23)

摘要:
針對2Cr12Ni4Mo3VNbN工業(yè)棒材退火硬度偏高問題，系統(tǒng)研究了不同退火工藝對2Cr12Ni4Mo3VNbN葉片鋼組織和硬度的影響。結(jié)果表明：相較于兩相區(qū)加熱退火和不完全退火的一段式退火，完全退火具有更好的退火效果，退火后硬度最低，且爐冷可使硬度進(jìn)一步降低。采用兩段式退火和三段式退火可改善組織均勻性，顯著降低硬度，而三段式退火工藝優(yōu)于一段式退火和兩段式退火工藝。

回火溫度對淬火后1500 MPa級熱成形鋼力學(xué)性能和組織的影響

王子健, 黃偉, 彭則, 梁肖, 鄧建林

2024, 45(6): 172-176. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.023

摘要(343) HTML (124) PDF(24)

摘要:
針對1 500 MPa級熱成形鋼進(jìn)行淬火和回火處理，利用金相顯微鏡、室溫拉伸檢測和掃描電鏡等方法研究回火溫度對材料顯微組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：Cr含量過高，會降低C的活度，抑制滲碳體的形成，因此鋼中主要碳化物為M23C6和M7C3類，隨著回火溫度提高到400 ℃左右，碳化物會由M23C6類轉(zhuǎn)化為M7C3類；抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度隨著回火溫度的升高逐漸降低，當(dāng)回火溫度超過400 ℃之后強(qiáng)度會顯著降低，延伸率隨著回火溫度的升高逐漸升高，而強(qiáng)塑積隨著回火溫度的升高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；板條馬氏體中存在的高密度位錯會隨著回火溫度的升高而下降，馬氏體板條會相互吞噬、合并，逐漸模糊，基體中出現(xiàn)鐵素體，此外碳化物也會析出并長大。

鎳基合金NS1402 TIG焊接頭組織力學(xué)性能與耐蝕性能研究

周廣濤, 崔黎林, 鄭淮北, 張洪濤

2024, 45(6): 177-183. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.024

摘要(244) HTML (114) PDF(20)

摘要:
采用TIG焊接方式，以鎳基焊絲ERNiFeCr-1作為填充材料對國產(chǎn)鎳基合金NS1402進(jìn)行焊接性研究，并與國外Incoloy825合金進(jìn)行對比，分析其接頭的顯微組織和力學(xué)性能。同時對比了普通低合金鋼焊絲ER50-6對國內(nèi)外兩種合金的焊接性的影響，并研究其接頭的耐腐蝕性能。結(jié)果表明，鎳基合金NS1402接頭成型良好，焊縫區(qū)組織由大片等軸晶和少量柱狀晶組成；拉伸試樣從NS1402焊縫處斷裂，焊縫接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到570 MPa，達(dá)到母材抗拉強(qiáng)度的89.1%，NS1402的強(qiáng)度及延伸率均略低于進(jìn)口825合金；對接頭拉伸后的斷口形貌進(jìn)行觀察和分析，發(fā)現(xiàn)鎳基合金NS1402焊接接頭斷口類型為延性斷裂，接頭斷口韌窩的尺寸較小、數(shù)量偏多；鎳基焊絲ERNiFeCr-1接頭的耐腐蝕性能優(yōu)于普通ER50-6焊絲接頭，腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明，國產(chǎn)鎳基合金NS1402接頭耐腐蝕性能與國外Incoloy825接頭相當(dāng)。

薄帶冷軋變形區(qū)特點(diǎn)及接觸壓力模型適用性研究

黃紫藤, 李偉, 羅許, 李俊洪, 于輝

2024, 45(6): 184-193. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.025

摘要(278) HTML (146) PDF(17)

摘要:
薄帶冷軋過程中軋輥會產(chǎn)生不同程度的彈性壓扁現(xiàn)象，而各變形區(qū)理論對該現(xiàn)象認(rèn)識的不同導(dǎo)致其計算精度和適用范圍存在顯著差異。為此采用有限元手段分析了薄帶冷軋過程中變形區(qū)特征的變化規(guī)律，并對比探究了Stone全滑移、Johnson全彈性和組合型三種接觸壓力模型的推導(dǎo)特點(diǎn)、成立的先決條件和適用區(qū)間。結(jié)果表明：變形區(qū)輪廓隨軋輥彈性壓扁程度的加劇依次經(jīng)歷了圓弧形、圓弧壓扁增大形、非圓弧形和近直線形，中性區(qū)的出現(xiàn)及其所占變形區(qū)比例的不斷增加是導(dǎo)致實(shí)際壓下率快減和變形區(qū)形狀系數(shù)快增的主要原因。通過對比變形區(qū)接觸壓力曲線的模擬值與理論值可發(fā)現(xiàn)，Stone模型、Johnson模型和組合型模型分別適用于道次壓下率大于10%、小于1%和1%～10%的軋制工況。

高牌號無取向硅鋼硫化物、氮化物析出的熱力學(xué)計算

馮國輝, 程傳良, 王旭, 喬家龍, 時朋召, 郭飛虎, 劉磊, 仇圣桃

2024, 45(6): 194-200. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.026

摘要(224) HTML (118) PDF(21)

摘要:
通過對高牌號無取向電工鋼 50W350硫化物、氮化物的熱力學(xué)計算，獲得了析出物的平衡濃度關(guān)系。液相線溫度以下，AlN在1700～1788 K溫度區(qū)間析出，TiN的析出溫度區(qū)間為1588～1788 K，MnS的析出溫度區(qū)間在1768～1788 K范圍內(nèi)，Cu₂S的析出溫度范圍為1420～1768 K，并通過實(shí)際檢測，證實(shí)了各溫度區(qū)間析出物的存在。

留言板

2024年第45卷第6期

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2024年 第45卷 第6期

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