高性能管线钢落锤撕裂试样断裂性能的试验研究

对不同缺口形式的X70管线钢试样进行了准静态三点弯曲断裂和示波落锤撕裂试验，详细研究了加载速度和缺口形式对管线钢断裂的影响，分析了高性能管线钢落锤撕裂试验中出现异常断口的原因．研究表明：异常断口常出现在韧脆转变温度附近，温度较低和较高均不易产生异常断口；管线钢动态断裂扩展是由许多裂纹扩展、止裂、重新起裂过程组成的，裂纹在整个韧带上的扩展速度变化幅度很大；裂纹扩展速度改变引起的裂尖应力状态变化、断裂的扩展方向和韧脆状态改变也可产生异常断口，仅通过改变试样缺口形式来减小试样起裂载荷和起裂功，并不能完全避免异常断口的产生．     

15MnVN钢层状撕裂敏感性研究

本文作者着重研究了夹杂物形态、分布和基体金属性能在１５ＭｎＶＮ钢层状撕裂形成过程中所起的重要作用。研究了焊接过程中促使材料变脆的各种因素对层状撕裂敏感性的影响，主要包括：模拟焊接热循环；不同应变及不同温度下时效脆化。此外，利用Ｚ向拉伸和弯曲模拟层状撕裂过程，在光学及电子显微镜下直接观察了夹杂物的开裂和裂纹在基体中的扩展过程。     

管线钢连铸板坯的半宏观偏析和凝固组织

研究了不同凝固组织下管线钢的中心偏析情况.低倍组织腐蚀结果表明,连铸板坯的中心偏析由相对独立的、大小不一的半宏观偏析点组成,且不同凝固组织的半宏观偏析特征有所差别.化学成分分析表明,中心等轴晶时板坯中心为负偏析,且贯穿于整个等轴晶区中,而中心为柱状晶时则表现为正偏析.通过对比化学成分和半宏观偏析面积比发现,板坯的半宏观偏析面积比随C和Mn最大偏析度的增加而增加,由于化学成分分析只能反应局部位置的偏析情况,因此半宏观偏析面积比的方法对生产实践更具有指导意义.对不同过热度下不同凝固组织的半宏观偏析面积比的统计结果显示,在合理使用轻压下技术的前提下,中心为柱状晶更有利于减轻半宏观偏析面积比,进而改善管线钢连铸板坯的中心偏析.     

温度对全再生混凝土三轴受压性能及破坏准则影响

为研究温度对全再生混凝土三轴受压力学性能及破坏准则的影响,设计制作了30个经不同温度后的全再生混凝土试件进行了三轴受压试验.研究表明:单轴应力条件下,随着温度上升,试件裂缝破碎带变宽;三轴应力条件下,随着温度上升,试件破坏形态由斜面剪切破坏向层状劈裂破坏转变.其次,随着温度上升,抗压强度、弹性模量均呈逐渐下降趋势,但峰值应变则呈逐渐上升的变化趋势;相对于单轴受压状态,温度影响明显减小.最后,根据过镇海模型和M-C理论,分别给出了峰值应力、峰值应变及弹性模量与温度之间的相互关系式,以及M-C理论包络曲线方程.     

一种[011]取向镍基单晶合金的蠕变断裂

研究了[011]取向的镍基单晶高温合金在750~980℃温度范围和200~680 MPa应力下的蠕变断裂特征。在扫描电镜上对各种实验状态下的蠕变断口和纵向剖面进行了详细观察。研究发现：在低温750℃和中温870℃不同初始蠕变应力条件下,枝晶间区亚晶界处不规则γ＇/γ界面是裂纹主要萌生场所,这些已萌生的裂纹在与外加应力轴垂直的(011)面上沿＜110＞和＜100＞两个方向扩展;980℃不同初始应力条件下,裂纹主要在合金中显微疏松孔洞处萌生,沿与外应力轴垂直的方向扩展。观察750℃和870℃不同应力状态蠕变试样的纵向剖面,对亚晶界区不规则γ＇相面积分数的测量和计算表明,用面积分数表征该合金[011]取向在中低温状态下的蠕变损伤程度是可行的。     

X100高强度管线钢冲击韧性分析

采用冲击试验方法、扫描电镜方法和微观组织分析法对不同温度下X100管线钢管不同位置的冲击韧性进行分析,结果表明,不同位置沿厚度方向上存在不同程度的合金元素偏析,使得不同位置的冲击韧性有较大差异,在钢管90°位置处试样沿厚度方向中间部位有较严重的合金元素偏析,并存在许多非金属夹杂物和微裂纹.     

X70管线钢热变形奥氏体的静态再结晶行为

通过双道次压缩实验,在Gleeble 1500热模拟试验机上研究了X70管线钢在不同变形工艺下奥氏体的软化行为,分析了不同变形温度、间隔时间、应变速率、变形量及初始奥氏体晶粒尺寸等参数对静态再结晶行为的影响规律,采用应力补偿法计算了不同变形条件下的静态再结晶百分率. 根据实验数据,计算出X70管线钢静态再结晶激活能为435.3kJmol-1,建立了其静态再结晶动力学模型.     

烧结气流布料的力学原理

通过理论分析和气流布料实验研究气流布料改善烧结料偏析状态的力学原理。研究结果表明:气流布料能够改变具有不同物化性质的颗粒下落速度及运动轨迹,使混合料沿烧结料层达到有序堆积,进而使烧结料产生较好的粒度偏析及固体燃料偏析;在最佳喷吹角度为10·的条件下,当气流速度达到34m/s时,物料开始发生有效偏析;当气流速度达到50m/s时,偏析效果最优。     

爆炸衬砌过程中流态砂浆内应力变化规律的数值模拟

应用DYNA-2D有限元程序,对爆炸衬砌过程中流态砂浆内的应力变化进行了数值模拟研究。研究表明,流态砂浆进入应力振荡阶段后,应力振荡的特征是砂浆内各单元不仅沿径向呈层状振荡,而且还沿切向呈团状振荡。在应力振荡初期,以沿径向层状振荡为主;在炸药爆炸并达到最大压力的同时,砂浆内部各单元受到最大压应力的冲击作用。     

X60管线钢的本构关系及失效判据

X60管线钢是石油、天然气输送用的主要钢种,在外界载荷作用下,易发生局部变形或应力集中,而导致屈曲甚至拉裂失效。对其进行力学研究,评价其力学安全性已成为管道风险管理的重要内容之一。其中,本构关系方程是力学研究的基础内容,失效判据则决定了管道生命的周期。通过对比X60管线钢的静力拉伸实验应力应变关系和Ramberg-Osgood本构关系,发现ε≤εP0.2时,Ramberg-Osgood本构方程能够比较准确地反映X60管线钢的拉伸应力应变关系;但当ε＞εP0.2时,基于Ramberg-Osgood模型所得理论本构曲线与实验结果有较大的误差。基于此,笔者根据X60管线钢静力拉伸弹性阶段和塑性阶段的不同力学特征,采用插值法对Ramberg-Osgood本构模型做出了修正,提出了X60管线钢在单向拉伸状态下的全局二段式应力应变关系式,该关系式更加准确地表达了X60管线钢的拉伸应力应变关系。考虑到焊缝及热影响区对管道强度和刚度的影响,结合塑性材料基于应力的失效判据和基于应变的失效判据,笔者提出了焊缝影响因子及X60管线钢的应变控制失效准则,建立了基于第四强度理论的管道失效时的临界应力计算方程。     

Centerline Segregation in Continuous Casting Billets

Centerline segregation is of practical significance since it affects the material properties. Centerline segregation in continuous casting billets was studied by solving the fluid flow, solidification, and solute transport equations from the initially liquid steel to the completely solid state using the finite difference method with the SIMPLER algorithm. The results show that the centerline segregation is induced by both the fluid flow in the mushy zone and the accumulation of solute-rich liquid near the solidification front. The species concentration in the center of the strand rises quickly in the mushy region to a maximum at the end of solidification. The most serious segregation occurs along the billet centerline.     

超快冷工艺对钢板心部异常带状组织的抑制作用

采用OM、TEM和EMPA方法对比研究了超快冷工艺及终轧温度对355 MPa级钢板心部异常带状组织的影响.结果表明,950℃高温终轧及超快冷钢板(UC1钢)心部带状组织完全消失,900℃终轧及超快冷钢板(UC2钢)心部则形成了微弱带状组织,而轧后15℃/s层流冷却钢板(LC钢)心部则形成了包括马氏体/奥氏体低温相的严重带状组织.热力学计算显示,钢板心部偏析降低铁素体相变温度144℃,从而提高消除带状组织所需临界冷速到8℃/s.温度计算得到UC1和UC2钢板心部冷速分别达12.1和13.4℃/s,而LC钢板心部冷速只有5.5℃/s,表明超快冷足以抑制心部带状组织,但降低终轧温度削弱了这个效果,而层流冷速则无法抑制带状组织.     

板坯连铸中心线偏析的预测模型

采用混相理论建立板坯连铸中心线偏析的数学模型,将能够描述各向异性结晶过程的枝晶渗透率公式引入模型中·通过对一典型板坯连铸过程的模拟分析,表明该模型能够合理地预测板坯连铸中心线偏析过程     

超低硫钢生产工艺的实践

在济钢生产X80、X100管线钢为平台的超低硫钢的工艺基础上,对LF深脱硫控制技术进行了分析研究,结果表明LF深脱硫主要取决于精炼渣系配比、钢包底吹氩工艺、钢水温度和钢水中[Als]含量。通过工艺调整,使生产X80、X100管线钢时LF炉终点w[S]可稳定控制在15ppm以内,平均控制在10ppm。     

High-temperature mechanical properties of near-eutectoid steel

The high-temperature mechanical properties of near-eutectoid steel were studied with a Gleeble-1500 simulation machine. Zero strength temperature (ZST), zero ductility temperature (ZDT), hot ductility curves, and strength curves were measured. Two brittle zones and one plastic zone were found in the temperature range from the melting point to 600℃. Embrittlement in zone I is caused by the existence of liquid film along dendritic interfaces. Ductility loss in zone III mainly results from precipitates and inclusions as well as S segregation along grain boundaries. Pearlite transformation also accounts for ductility deterioration in the temperature range of 700–600℃. Moreover, the straightening temperature of the test steel should be higher than 925℃ for avoiding the initiation and propagation of surface cracks in billets.     

凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响

基于ANSYS软件建立了310mm×360mm断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,并采用窄面射钉试验及铸坯表面测温试验对模型的准确性进行了验证.通过模型研究了过热度、拉速和二冷比水量对铸坯中心固相率以及凝固坯壳分布的影响,并结合高碳耐磨球钢BU的高温拉伸试验结果,确定了最佳的拉速以及最优轻压下压下区间要求.通过工业试验对理论模型进行了验证,并分析研究了拉速对采用凝固末端电磁搅拌(F-EMS)以及凝固末端17mm大压下量的轻压下技术生产310mm×360mm断面大方坯高碳耐磨球钢BU铸坯的偏析和中心缩孔的影响.结果表明:采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术,通过调整拉速优先满足轻压下压下区间要求,可显著降低中心偏析、V型偏析及中心缩孔,但如果仅达到凝固末端电磁搅拌位置要求时,则铸坯中心质量不会得到明显改善.拉速为0.52m·min-1且轻压下压下区间铸坯中心固相率为0.30~0.75时,偏析和中心缩孔有很大程度的改善,不合理的压下量分配会引起铸坯出现内裂纹以及中心负偏析.     

铈和磷对锰钢脆性的影响

利用冲击试验，扫描电镜，透射电镜，俄歇谱仪等方法，研究了铈和磷对含锰钢脆性转化温度的影响。结果表明，磷在奥氏体晶界偏聚提高了含锰钢脆性转化温度，加入铈可减轻磷的偏聚程度，从而降低了脆性转化温度。     

微量硼对微量硫引起的纯铁高温脆性断裂的影响

硫引起的高温脆性断裂是制约钢铁材料生产和使用的核心问题之一,针对此问题,利用高温拉伸试验和SEM断口观察研究了微量硼对含微量硫(质量分数为0.006%)的纯铁高温塑性及断裂方式的影响,在利用扫描俄歇电子谱仪对界面偏析定量分析的基础上,讨论了微量硼影响的原因.结果表明,微量硼的添加能明显提高含微量硫的纯铁的高温塑性,抑制硫界面偏析造成的高温脆性断裂.微量硼的这种影响是由于硼沿界面偏析,显著降低硫的界面偏析倾向,抑制硫界面偏析引起的高温沿晶孔洞形成.     

提高 3Cr24Ni7 钢热疲劳性的研究

指出３Ｃｒ２４Ｎｉ７钢高温失效的原因是由于高温下组织变化造成的碳化物平均间距过大,高温强度低于承载应力而引起的,其热疲劳是一种低周高应力疲劳,氧化裂纹在横向应力作用下沿晶界的扩展导致还原镁罐的最终开裂或漏气而报废．利用Ｎ,ＲＥ和Ｂ的微量合金化净化并强化了晶界,使得改性后的该钢种抗热疲劳性大幅度提高．     

AISI304/低碳钢真空扩散焊接头组织和性能

采用真空扩散焊接方法连接AISI304奥氏体不锈钢和低碳钢异种材料.在焊接温度和焊接压力恒定的条件下,研究焊接时间对ASTM304/低碳钢异种材料扩散焊接头组织和性能的影响.研究结果表明:在焊接温度850℃,焊接压力10 MPa,焊接时间60 min条件下AISI304奥氏体不锈钢/低碳钢异种材料实现了良好的扩散结合,其强度和韧性均超过低碳钢母材水平.接头抗拉强度达到440 MPa,拉伸断裂发生在低碳钢一侧.在扩散焊高温环境下,界面附近有碳化物偏析现象,析出相为脆硬的Cr23C6,脆硬相的出现导致界面韧性下降,延长焊接时间可有效避免有害化合物Cr23C6的析出,冲击韧性达到120.5 J/cm2,冲击断口在低碳钢一侧.