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高强度不锈钢应用及研究进展

高强度不锈钢应用及研究进展

摘要：高强度不锈钢因其优异的综合性能及成熟的生产工艺，已成为航空、航天、海洋、石化工程等高端制造业领域的重要材料。系统回溯高强度不锈钢的发展及应用历程，总结此类钢的强韧化机理及最新研究进展，并详细梳理了影响该钢的氢陷阱行为及氢脆抗力的主要因素。结合现有研究成果，提出了采用多种类纳米级第二相颗粒复合析出强化突破高强度不锈钢强韧性匹配极限的思路；通过调控钢中析出相及逆转变奥氏体的交互析出行为，提高后者的机械、化学稳定性，使其作为钢中裂纹及可扩散氢的双重“陷阱”，从而提高钢的裂纹及氢脆抗力。最后指出未来新型高强度不锈钢的研发须重点关注以材料基因算法、人工神经网络、机器学习为代表的“人工智能化”合金设计理念。
钢铁 2024年04月25日
钢中界面科学研究进展（Ⅰ）

钢中界面科学研究进展（Ⅰ）

摘要：钢中界面包括晶界、相界等，在结构和化学组成上与体相均有明显的差异，在能量上也具有特殊性，对钢的相变机理、服役性能等具有十分重要的影响。近年来，有关材料分析和测试手段得到快速发展，结合第一性原理和有限元模拟等技术和方法，人们对钢中界面科学问题有了进一步深入的认识，也使得这方面的研究内容更加丰富多彩，取得了众多成果。综述了钢中的微观固－固界面调控的国内外研究动态，界面类型涵盖单相钢中的晶界和多相钢中的相界。简要概述了钢中各种界面的形成机理，探讨了不同界面类型的能量差异、取向差异以及应力分布等；重点关注了界面数量调控、界面结构调控和界面偏聚调控，探讨了热处理工艺、变形方式和成型方式等界面调控手段对最终界面结构形成和化学成分偏聚的影响，介绍了先进技术手段在表征界面结构和界面成分偏聚上的应用；同时对界面与位错之间的相互作用模型及其对不连续屈服和加工硬化的影响也进行了简述。最后从界面调控方式、计算机模拟、技术表征手段等方面对界面的未来发展趋势进行了预测。
钢铁 2024年04月25日
钢中界面科学研究进展（Ⅱ）

钢中界面科学研究进展（Ⅱ）

摘要：钢中界面的化学成分、晶体结构、电子结构及其在变形、加热等外部环境作用下的演变行为等都深刻影响着钢的力学和化学行为，主导控制钢的力学、化学和加工性能。钢中界面往往是钢中新相的核点、变形的结点、裂纹的起点、腐蚀的源点。在一定程度上讲，弄清钢中界面科学问题，也就知道了钢失效的本质和提高钢质量的方向。在钢中界面科学研究（Ⅰ）的基础上，以钢中界面为研究对象，详细综述了界面对钢相变行为和服役使用性能的影响。分析了相界及相界成分或析出物偏聚对奥氏体向铁素体转变、奥氏体向贝氏体转变和逆转奥氏体相变的影响；探讨了界面以及界面成分偏聚对强度、塑性和韧性的影响；阐述了孪晶界、相界以及夹杂物／基体之间的界面在疲劳裂纹萌生和扩展方面起到的作用；重点关注了晶界、孪晶界调控以及晶界偏聚调控提高耐腐蚀性能的机理以及应用；分析了各种界面类型对抗氢脆性能的影响并简述了界面在蠕变性能劣化中起到的作用。同时简单介绍了机器学习在界面研究方面的应用，并指出了钢在服役性能中面临的界面科学问题以及今后重点研究方向的建议。
钢铁 2024年04月25日
基于深度学习钢中非金属夹杂物图像识别

基于深度学习钢中非金属夹杂物图像识别

摘要:炼钢过程中钢水易和炉渣、耐火材料、气氛等相互作用形成非金属夹杂物,非金属夹杂物会破坏钢基体的连续性,增加钢组织的不均匀性,进而影响钢铁材料的塑性、韧性、抗疲劳强度等力学性能,成形过程中也易引起产品缺陷。夹杂物的定性检测一般通过扫描电子显微电镜(SEM)和能谱仪(EDS),但耗时较长、随机性也较大。因此,非金属夹杂物的快速检测和识别对改进炼钢工艺至关重要。近年来,随着计算机视觉技术的日渐成熟,基于区域的卷积神经网络(RCNN,region-basedconvolutionalneuralnetwork)算法经过多代演化,并添加了掩码分支网络,形成了Mask-RCNN。Mask-RCNN既能实现夹杂物边框的准确定位,也能实现图像分割和识别分类,可有效应用于夹杂物分割和识别。采用计算机视觉(CV)任务中Mask-RCNN目标检测算法,对低密度钢中典型AlN、Al2O3、MnS和AlN-MnS4类非金属夹杂物的SEM 图片进行训练,经过10000次的迭代训练后,对各类型夹杂物进行边框定位、图像分割及识别分类,并对测试集进行验证,实现了4类夹杂物边框的准确定位和图像分割。所选用模型对夹杂物检测识别效果较好,准确率高,4类目标夹杂物中,MnS和AlN-MnS夹杂物识别准确率达到100%,AlN夹杂物的识别准确率为95.91%,Al2O3夹杂物的识别准确率为83.33%。
钢铁 2024年06月11日
稀土元素在钢中的作用研究进展

稀土元素在钢中的作用研究进展

摘要:近年来稀土元素在钢中的作用被逐一发掘出来。通过对最新稀土钢相关文献的调研,梳理分析了稀土元素在钢中的作用机理与理论研究方法。结果表明:在钢中添加稀土元素,除了具有净化、夹杂物变质和微合金化作用外,还在催化表面渗氮和抑制氢扩散等方面起到积极作用,稀土钢的应用领域在逐渐扩大。当然,稀土钢的发展还受到多方面的制约,如稀土原材料、稀土加入技术、工艺顺行程度和组织性能调控方法等。一些先进表征方法能精确捕获钢中稀土元素的偏聚位置并准确鉴定稀土化合物等物相,但对稀土元素在钢中的作用机制及相关组织演变规律无法提供详细解释。因此,着重介绍了基于原子尺度模拟的先进研究理念,采用计算机计算与模拟技术,可以填补稀土原子微观作用机理的缺失,从而加快高品质稀土钢的研发。
钢铁 2024年10月31日
电子束熔炼对高速钢碳化物的影响

电子束熔炼对高速钢碳化物的影响

摘要：细小而弥散分布的碳化物是高速钢优良性能的保证，但复杂的合金成分导致铸态高速钢中碳化物粗大、偏析严重。为了探究电子束熔炼对铸态高速钢的影响，改善高速钢中的组织及碳化物状态，采用电子束熔炼技术制备M35高速钢，并对其成分、组织等进行了表征。结果表明，EBM-M35高速钢中平均枝晶间距为20μｍ，碳化物尺寸细小，在组织中均匀分布，主要类型为MC和M2C，且M2C型碳化物由层片状向纤维状转变。对铸态EBM-M35高速钢热处理时发现，在1180℃，保温30min后碳化物断裂球化，达到细化碳化物、使碳化物在组织中弥散分布的效果，并且可以利用较低的热处理温度或较短的保温时间完成碳化物的优化。为铸态高速钢后续锻造、轧制等变形细化提供更优异的组织基础。
钢铁 2024年04月26日
高氮钢连接技术研究进展

高氮钢连接技术研究进展

摘要：高氮钢具有高强度、高韧性、耐磨损和耐腐蚀等独特优势，相关连接件已广泛用于医疗仪器和采矿器械等领域。主要对近年来国内外有关高氮钢钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、激光焊与激光复合焊、搅拌摩擦焊和钎焊技术研究报道进行详细综述. 根据熔焊、固焊、钎焊3大分类，从保护气体、热输入、工艺参数等方面系统评述现有各类高氮钢焊接方法与工艺调控，并介绍了医疗器械、石油钻铤、装甲防护领域国内高氮钢材料的应用现状，最后指出现有高氮钢连接体系研究中存在的不足及展望，期望对高氮钢焊接、高强材料功能性连接等相关领域研究和应用提供参考信息和理论依据。创新点：(1) 系统梳理了高氮钢连接技术的研究现状，对比分析了高氮钢焊接技术的重要报道。(2) 指出现有高氮钢连接技术研究不足，对相关领域功能性连接具有理论指导意义。
钢铁 2024年06月13日
先进金属材料制备成形与质量管控理论技术研究

先进金属材料制备成形与质量管控理论技术研究

摘要: 为解决先进金属材料制备成形及表征基础理论研究薄弱的问题, 从先进金属材料制备成形基础理论以及金属材料服役全生命周期质量管控方面, 对先进金属材料本构关系、制备和疲劳理论等进行了分析阐述。为解决金属材料的强各向异性行为所导致的塑性成形问题, 研究了多向复合加载下强各向异性金属塑性流动规律、异构结构低碳超高锰低温钢的低温形变与相变机理, 提出了联系宏细微观损伤机理的多尺度应力场强理论, 吻合高周疲劳失效现象。建立了冲击作用下金属材料裂纹动态失效理论, 揭示了其损伤机理, 是新型应力场强理论的重要补充, 实现了复杂服役条件下结构件疲劳强度的高精度预测。对镍基单晶涡轮叶片在不同工况下的蠕变和疲劳损伤展开了研究, 揭示了镍基单晶合金晶体各向异性和晶体取向敏感性的微细观机理, 并且分析了结构对构件性能的影响。
钢铁 2024年06月13日
钢中过渡金属氮化物结构和物性的第一性原理计算

钢中过渡金属氮化物结构和物性的第一性原理计算

摘要: 钢中过渡金属氮化物(TiN、NbN、TaN、VN)的性质对于深入理解材料的微观结构和性能具有重要意义。采用第一性原理计算方法,深入分析了钢中过渡金属氮化物的晶体结构、力学性能和电子特性,揭示了这些氮化物的稳定性。研究发现,TiN 具有最大的形成焓绝对值,显示出最高的结构稳定性。能带结构分析表明,TiN、NbN、TaN 和VN 均为导体材料,呈现金属导电性质。弹性性能计算揭示了VN 的体积模量为315GPa,显示出较大的不可压缩性。此外,TiN 和VN 的剪切模量为184GPa,表明他们在抵抗剪切形变能力方面优于NbN和TaN。弹性各向异性计算说明TiN 比NbN 的微观结构更均匀,而VN 具有比TaN 更均匀的微观结构。电荷密度分析确认了Ti-N、Nb-N、Ta-N 和V-N 键的共价特性。布局数计算进一步揭示了TiN、NbN、TaN 和VN 中存在离子键和共价键的相互作用。这些结果有助于实现钢中过渡金属氮化物的合理控制,对提升含氮不锈钢性能具有重要意义。
钢铁 2025年05月05日
中国高速车轮产品质量性能研发应用进展

中国高速车轮产品质量性能研发应用进展

摘要：介绍了自20世纪90年代中国铁路大提速至今天“复兴号”中国标准动车组投入运营，马钢为满足中国高速铁路的发展，针对高速车轮产品服役过程出现的问题及质量要求，在高速车轮成分自主设计、非金属夹杂物控制、制造工艺等开展的一系列研究工作，试制的车轮实物质量优于进口产品，并通过装车运用对其服役性能进行综合评价，最终形成了从产品研究到推广应用的系统研发闭环，支撑了中国客运时速由最初不到80 km/h发展至350km/h以上，实现了高速车轮技术自主化、产品国产化，同时对马钢下一步高速车轮产品品种开发及市场开拓等工作进行了展望。
钢铁 2024年04月26日