钢的高性能化理论与技术进展
摘要：高强度化始终是钢的发展主题，同时还需要解决高强度化后导致的韧塑性降低、疲劳破坏和延迟断裂敏感性增加等问题。在获得高的力学性能之后，实际应用时还需要材料具有良好的工艺适应性与服役性能，达到合适的材料生产-零件制造-服役评价的技术匹配。本文以耐候钢、合金结构钢、紧固件用钢、高氮奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢为案例，回顾并展望了与耐腐蚀、高强度、高品质等相关的材料发展动向。
钢中典型残余元素危害及其控制技术的研究进展
摘要:随着中国“碳达峰、碳中和”战略的提出与实施,冶金行业面临着巨大的碳减排压力。相比于传统高炉-转炉炼钢,电炉炼钢碳排放更低,是近零碳排放炼钢的重要途径之一。电炉炼钢的主要原料是废钢,其含有的残余有害元素,如铜、锡、砷、锑等对生产流程的顺利进行以及钢铁产品的最终性能有着重要影响。综述了典型残余元素的来源及控制标准、危害机制、脱除及减害控制方法等方面的研究进展。残余元素在钢液凝固过程中产生溶质凝固偏析容易产生内部裂纹,在晶界的偏聚行为使晶界强度下降会导致钢的热塑性变差,或造成第二类回火脆性,此外在钢基体和氧化层之间的富集也会造成表面热脆。配料稀释法作为工业生产中控制残余元素危害的主要手段,成本高且不能从根本上解决残余元素问题。而添加抑制元素如硼、稀土等可以生成残余元素化合物上浮去除,或形成竞争偏聚,降低残余元素危害。
极地钢铁材料的腐蚀与防护面临新挑战
摘要：随着极地的开发和利用，其所需的极地钢铁材料的腐蚀与防护问题越来越受到研究者的关注。本文以传统海洋环境腐蚀分区为参照，对极地特色的腐蚀环境进行了系统的分析，并将其归纳整理为极地大气区、极地冰水磨蚀区、极地海洋全浸区、极地海底泥土区等4个腐蚀区域。在对极地钢铁材料腐蚀与防护的研究进展进行梳理的基础上，从合金化、涂层技术和阴极保护技术3个方面介绍了极地钢铁材料的防护技术，并指出了极地钢铁材料未来研究的方向。
高性能紧固件用A286高温合金的组织与力学性能
摘要：利用金相显微镜、硬度计及电子万能试验机，研究了固溶及时效处理后高性能紧固件用国产A286高温合金的显微组织、晶粒度、硬度及室温、高温拉伸性能，并与进口A286合金的组织与性能进行了对比。结果表明：不同批次国产A286合金平均晶粒度等级分别为8.5级、9.5级和9.5级，相较进口合金的晶粒度7.7级更细，满足标准要求；不同批次国产A286合金固溶态硬度平均值为186～189HBS，时效后的硬度平均值达到36.4～38.3HRC，高于进口A286合金；随着测试温度的升高，不同批次国产A286合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率逐渐降低，断面收缩率保持在48%～52%之间，拉伸性能优于进口A286合金，有利于保证高性能紧固件产品的质量。
基于改进的MOGWO高强度钢辊弯成形工艺的多目标优化
摘要: 为了探究成形参数对高强度钢辊弯件成形质量的影响, 并对工艺参数进行优化, 提出了一种辊弯成形工艺优化方法。首先, 应用LS-DYNA 有限元软件模拟LG700 高强度钢U 型辊弯件的成形过程。然后, 通过Box-Behnken 响应面设计对高强度钢U 型辊弯件进行仿真试验, 分析辊弯道次、过弯角、辊站间距和辊缝间距等成形工艺参数以及厚度、法兰高度、圆角半径等几何参数对辊弯件偏差角和纵弓高度的影响, 并通过拟合得到偏差角和纵弓高度二者的二阶响应模型。最后, 采用改进的多目标灰狼优化(MOGWO) 算法对特定尺寸辊弯件进行工艺优化, 并通过实例进行验证。结果表明, 将优化后的工艺参数用于高强度钢辊弯成形过程中导致其偏差角由0. 78°降至0. 24°, 纵弓高度由1. 58 mm 降至1. 20 mm, 成形质量得到提高, 满足相关产品的装配精度要求。
固溶处理对新型全奥氏体高锰低温钢微观组织、力学性能及摩擦性能的影响
摘要: 针对新型奥氏体高锰低温钢在LNG (Liquefied natural gas)储罐应用中的磨损问题，本文中研究了不同固溶处理温度对微观组织、力学性能和耐磨性能影响以及三者之间的关联性. 将25Mn高锰钢分别在950、1000、1050以及1100℃下固溶处理0.5h，并采用光学显微镜、白光干涉仪、扫描电子显微镜及能谱仪对试样的微观组织、磨损轮廓和磨痕形貌进行了表征. 结果表明：随着固溶处理温度的升高，高锰钢的表面硬度逐渐下降，1100℃固溶处理后钢材硬度降到最低，约为261 HV. 另外，钢材的抗拉强度随固溶温度升高先增大后减小，其中在1000℃下展现出最优的抗拉强度、屈服强度及应变硬化速率. 在摩擦性能测试结果中可以看出，高锰钢表面平均摩擦系数随着固溶处理温度先增大后减小再增大，在1000℃时因发生氧化摩擦而降到最低，约为0.39，磨损率为0.49‰，表现了最优的耐磨性能. 这主要是由于1000℃热处理后的高锰钢磨痕表面密布颗粒均匀的碳化物，导致磨损后的硬度增大近50.6%，磨损机理从颗粒磨损与疲劳磨损结合转变为黏着磨损为主，颗粒磨损为辅.
高钢级管道环焊焊材的研究现状及发展趋势
摘要：管线钢环焊缝作为管道运输的薄弱点,在富氢环境下服役极有可能发生氢脆从而影响运输安全。本文综述了高钢级管线钢焊接材料的发展现状,分别讨论了管线钢焊材的特点、管线钢环焊缝的强韧化机制和夹杂物对焊缝抗氢性能的影响机理。此外,还探讨了含稀土元素焊材的研究现状及其改善焊缝抗氢性能的作用机理,为新型环焊焊材的开发提供理论支撑。最后展望了防止管线钢环焊缝发生氢脆的研究方向,以期保障工程建设安全。
高强度桥梁缆索用钢研究现状和发展趋势
摘要：概述了国内外桥梁缆索用钢的发展历史；介绍了桥梁缆索用钢丝强度、扭转性能、耐腐蚀性等重要性能的研究现状；并从成分设计、盘条控冷工艺等方面论述了桥梁缆索用钢不同生产工艺的特点及未来发展的方向，为新型桥梁缆索用钢的研发提供借鉴。
高性能贝氏体钢中的马氏体对其组织性能影响的研究进展
摘要: 高性能贝氏体钢作为一种先进的钢铁材料,因其优异的强度、韧性、耐磨性及疲劳性能组合,在轨道交通、工程机械及国防安全等重大装备关键结构件领域展现出广阔的应用前景。目前高性能贝氏体钢的研究主要针对通过热处理工艺调控残留奥氏体和贝氏体铁素体两相的显微组织参数,达到提高性能的目的。但是,马氏体作为贝氏体钢中重要的组成部分,其存在形态、相变顺序及含量等均对高性能贝氏体钢相变与性能产生重要影响。因此,本文旨在通过综述高性能贝氏体钢中马氏体的热处理方案和分析手段,以及马氏体对贝氏体相变动力学、微观组织和力学性能的影响,为低成本高性能贝氏体钢的研发与应用提供理论支持。
高钢级管道焊缝材料应力应变本构关系确定方法
摘要:高钢级管道环焊缝作为油气管道关键薄弱环节一直受到工程界与科研界的关注,它作为一种典型的焊接结构具有明显的非均质性,这会导致环焊缝材料轴向力学性能无法准确测试,严重影响管道环焊缝安全评价的准确性。基于MATLAB-PYTHON-ABAQUS联合仿真提出了一种高钢级管道焊缝区材料应力应变本构关系优化反演方法。开展了4组不同缺口尺寸的单轴拉伸试验,得到了各试样的载荷位移曲线;利用贝叶斯正则化反向传播(BRBP)神经网络与灰狼优化算法(GWO)得到了焊缝区材料真实应力应变本构关系,并通过试验数据充分验证了本构关系的准确性,结果表明相对误差小于1%。所提出的反演思路同样适用于均质金属材料大应变范围应力应变曲线的测定。该反演方法的提出可为高钢级管道环焊缝安全评价提供准确的应力应变本构关系及强度匹配关系,进一步保障了油气管道的安全运行。
