当期目录

2022年 第43卷  第5期

钒钛分离与提取
2021年全球钒工业发展报告
吴优, 陈东辉, 刘武汉, 孙朝晖, 张邦绪, 何睿
2022, 43(5): 1-9. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.001
摘要(46) HTML(6) PDF(19)
摘要:
从2021年全球钒资源、产品、产能、产量、需求、进出口贸易和市场价格等方面阐述和分析了全行业的整体状况,介绍了2021年世界钒电池领域发生的主要大事件,并依据目前国内外产业运行态势对后市进行了展望,认为同“制造绿色”相比,产业本体的“绿色制造”水平仍需要得到持续提升与均衡改进;全球钒价受多因素调控影响,仍将呈现震荡、盘整态势;未来几年中国依旧为全球最大的钒供、需市场,产业供给侧扩能、扩产态势将会加速发展,中长期钒需求将由储能、钢铁及材料领域共同支撑。
含钒酸浸液净化与富集的研究进展
朱思琴, 叶国华, 亢选雄, 梁雪崟
2022, 43(5): 10-22. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.002
摘要:
在分析含钒酸浸液性质特征的基础上,评述了含钒酸浸液净化与富集的研究进展情况。认为目前研究最多的是溶剂萃取法和离子交换法,其中酸性磷类萃取剂选择性差,中性含磷萃取剂一般是作为协萃剂或改性剂使用,碱性胺类萃取剂在操作过程中容易产生第三相,离子液体在萃取领域展示出良好的应用前景,但其规模化制备等问题尚有待解决;阴离子交换树脂在大部分pH条件下都适用,但强酸(pH<2)环境时还是螯合树脂较为适合;传统的化学沉淀法比较适合作为初步处理或者含钒酸浸液体系较为单一时使用;电吸附法虽萃取率较高,但尚且处于实验室研究阶段;溶剂浸渍树脂在实际使用时,树脂中的萃取剂很容易流失而难以大规模推广。最后提出了今后含钒酸浸液净化与富集的研究方向。
熔融法短流程制备二硼化钛高端超细粉体的研究
李文靓, 李德福, 辛亚男, 唐敏
2022, 43(5): 23-29. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.003
摘要(12) HTML(1) PDF(3)
摘要:
基于企业生产研究背景与市场竞争优势,提出一种固液结合的短流程二硼化钛高端超细粉体的制备方法,利用廉价的钛源(二氧化钛)、硼源,无危险还原剂,采用短流程、低成本的方案制备出高产量、较短生产周期且无环境污染,具有一定工业推广性的固液结合的高端超细粉体--二硼化钛。研究了钛源、硼源的选择问题、熔融盐的比例问题、高端粉体的合成温度、Ti/B摩尔比、保温时间对TiB2粉体合成的影响。通过XRD和SEM对粉体的物相组成、显微形貌进行了表征。研究结果表明: 当选择摩尔比为1∶1 NaCl-KCl混合盐的情况下,反应物以TiO2/B为3∶10(摩尔比)配比,700 ℃保温2 h时开始有TiB2生成,随温度升高,产物中目标产物的纯度逐步提高,保温温度需达到950 ℃才可得到纯净的目标产物,无其余副产物生成,形貌为立方状,棱角分明,粒径为150 nm左右。若改变保温时长,当保温时长为5 h,900 ℃即可得到纯净的目标产物。
采用KOH亚熔盐处理钛中矿富集钛资源研究
邹敏, 王琪琳, 江文世
2022, 43(5): 30-34, 44. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.004
摘要(10) HTML(2) PDF(2)
摘要:
采用KOH亚熔盐处理钛中矿以实现钛资源的富集,考察了反应温度、反应时间、碱浓度和钛中矿粒度等因素对钛中矿分解情况的影响,采用X射线衍射分析了产物的物相,得出下述结论:①采用KOH亚熔盐处理钛中矿可实现钛中矿的有效分解,其较佳工艺参数为搅拌速度400 r/min,碱渣质量比6∶1,反应温度为240 °C,反应时间180 min,碱浓度为80%,原料粒度70~80 μm,在此反应条件下,钛中矿中钛的转化率达99%以上,铝的转化率98%以上,硅的转化率在85%以上;②X射线衍射分析表明,亚熔盐分解产物经800 °C的高温煅烧3 h后测得的产物主要为六钛酸钾(K2Ti6O13),说明KOH可有效分解钛中矿并去除其中的铝、硅等元素。
锌系盐处理剂加量对钛白性能的影响研究
吴健春, 路瑞芳, 孙蔷, 石瑞成, 刘婵
2022, 43(5): 35-39. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.005
摘要(10) HTML(1) PDF(1)
摘要:
以偏钛酸为原料,在偏钛酸中加入不同比例的盐处理剂,通过调整煅烧温度制备金红石含量98%~99%的二氧化钛。考察钾、磷、锌等盐处理加量对煅烧温度和钛白颜料性能的影响。然后通过SEM对钛白粉的形貌、粒度分布进行分析。结果表明:煅烧温度和锌盐加量呈线性负相关,和钾盐与磷盐加量呈线性正相关。随着ZnO加量的增加,金红石合格所需煅烧温度相应降低,随着K2O和P2O5加量的增加,金红石合格所需煅烧温度相应增加。随钾盐的增加消色力TCS和蓝相SCX均呈现先增加后减小的趋势;随磷盐增加,消色力TCS呈现下降趋势,蓝相SCX总体上呈现上升趋势;随锌盐增加,消色力呈现先增加后降低趋势。当金红石合格时,在锌系盐处理配方中,随着K2O含量上升,钛白平均粒径呈现增加趋势,离散系数先下降后增加;随着P2O5和ZnO含量上升,钛白平均粒径呈现下降的趋势,离散系数先下降后增加。其最佳加量范围为K2O: 0.34%~0.38%,P2O5: 0.03%~0.05%,ZnO: 0.10%~0.13%。
沸腾氯化生产四氯化钛除杂工艺探讨
代应杰, 魏治中, 王丽娟, 朵云霞, 李亚军
2022, 43(5): 40-44. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.006
摘要:
沸腾氯化因具有生产效率高、成本低、环境污染小、自动化程度高等优点,已成为四氯化钛生产的主流方式。结合双瑞万基钛业公司研究实际,主要讨论了沸腾氯化生产四氯化钛过程中除铝、除钒以及除去四氯化钛中固体颗粒杂质的工艺及研究进展,认为采用氯化炉多级旋风分离系统、离心分离系统及真空搅拌蒸发系统除去四氯化钛中固体颗粒杂质,有机物除钒,配合精四氯化钛中氧碳杂质在线检测技术精准除铝等多项技术措施并用,可以满足高品质四氯化钛的制备需求。并认为有机物除钒和四氯化钛中固体颗粒物绿色环保回收技术将成为四氯化钛制备的主流工艺。
钒钛材料与应用
VN基材料的电子结构调控和超电容性能研究
张东彬, 常智, 滕艾均, 刘天豪, 代宇, 彭显著, 杜光超, 康举
2022, 43(5): 45-51. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.007
摘要(10) HTML(3) PDF(3)
摘要:
从改变VN材料固有本征特性的角度出发,提出了一种利用电子结构调控来改善VN材料电化学性能的方法。通过利用Fe元素的掺杂,调控材料的电子结构状态,达到调控其电化学性能的目的;通过XRD、HRTEM、XPS等方法表征Fe元素掺杂前后对VN基材料微观形貌和电子结构的影响;结合DFT计算结果表明:Fe元素的电子调控改变了VN材料的电子/离子输运能力,使得所制备的Fe-VN材料表现出优异的超电容性能;当电流密度为1 A/g时,其比容量为343.75 F/g,同时,经过1000次循环充放电后,仍能保持85%的初始容量。
Ce对V-Mo/Ti脱硝催化剂抗K中毒性能的影响研究
黄力, 岳彦伟, 纵宇浩, 王虎, 李金珂, 高义博, 韩沛
2022, 43(5): 52-58. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.008
摘要:
为增强工业V-Mo/Ti脱硝催化剂的抗K中毒性能,对其进行Ce改性。采用XRD、SEM、N2-吸附脱附、H2-TPR、XPS、NH3-TPD、NH3-DRIFTS等表征手段,分析了催化剂的物理性质和化学性质。使用固定床微型反应器,研究了Ce对V-Mo/Ti催化剂脱硝性能、抗K中毒性能的影响。结果显示:Ce的引入,增加了V-Mo/Ti催化剂的脱硝活性。同时,减轻了V-Mo/Ti催化剂因K中毒所引起的比表面积、还原性能、Oα/(Oα+Oβ)比率、酸性的下降。V-Mo-Ce-K/Ti催化剂的脱硝活性明显优于V-Mo-K/Ti催化剂,即Ce有效增强了V-Mo/Ti催化剂的抗K中毒性能。
高Nb-TiAl合金在等温过程中相变动力学研究
李莹, 田淑侠, 樊江磊, 王艳, 刘建秀
2022, 43(5): 59-64. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.009
摘要:
采用原位热膨胀法较为系统地研究了高Nb-TiAl合金的等温相变动力学。结果表明:高Nb-TiAl合金α2→α等温相变过程中,其“鼻尖”温度为1170 ℃,此温度下α相的转变速度最快,且该相的形成呈“S”曲线。基于热膨胀曲线,获取了等温过程中相应的JMA等温相变动力学方程,基于JMA方程,通过对数拟合相转变分数-时间曲线,获取高Nb-TiAl合金等温相变动力学Avrami指数n和温度常数K,建立了高Nb-TiAl合金温度-时间-相转变的定量关系TTT曲线(Time-Temprature-Transformation);并揭示了合金扩散控制的相变动力学机制。
V2O5纳米纤维布的制备及其在电化学储能领域的研究进展
倪伟, 齐建玲, 樊河雲
2022, 43(5): 65-74. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.010
摘要:
五氧化二钒纳米纤维作为重要的钒基功能材料,在电化学储能领域有着重要应用。通过分析一维五氧化二钒纳米纤维及其聚集态材料在先进电化学储能器件应用领域的研究进展,结合近期研究前沿比较了不同五氧化二钒纳米纤维布合成方法的优缺点,认为采用降低尺寸和增加比表面积的策略将使其在电化学储能方面有更好的性能。同时,展望了V2O5纳米纤维布在未来先进电化学储能领域的发展前景,提出了其主要的发展和研究方向。
放电等离子烧结制备TiC基高锰钢结硬质合金的组织与性能研究
张怀举, 王帅, 郑开宏, 罗铁钢
2022, 43(5): 75-80. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.011
摘要:
采用放电等离子烧结技术(SPS)制备含有不同TiC质量分数的硬质合金,揭示材料的显微结构对其硬度和磨损行为的影响机理,探索高TiC质量分数硬质合金作为耐磨材料的可能性。结果表明:SPS烧结可以得到组织致密的样品,TiC质量分数为55%的硬质合金孔隙率为0.07%,随着TiC质量分数的增加,硬质合金的孔隙率也随之上升,当TiC质量分数为70%时,孔隙率为0.21%。在烧结过程中,Mo在TiC颗粒周围参与形成复杂的核壳结构,Ni分布于金属粘结相中。大尺寸TiC颗粒保持原始形貌,小尺寸TiC颗粒逐渐球化,并出现颗粒富集区。硬质合金的硬度随TiC质量分数的增加而增加,TiC质量分数70%的硬质合金的显微硬度(HV)相较于TiC质量分数55%的增加559。通过摩擦磨损试验发现,TiC颗粒受到应力出现破碎与剥落,TiC质量分数55%硬质合金的磨损率最高,耐磨性最差。TiC质量分数70%硬质合金的磨损率最低,耐磨性最好。
TA2工业纯钛焊接接头中低温拉伸力学性能及本构模型
赵青, 常乐, 郑逸翔, 宋高峰, 叶有俊, 谢毅, 谭雪龙
2022, 43(5): 81-89. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.012
摘要(10) HTML(1) PDF(5)
摘要:
以TA2工业纯钛焊接接头为研究对象,开展了不同温度和应变速率下的拉伸试验,分析了温度及应变速率对于材料强度及流变应力的影响。结果表明:TA2焊接接头的屈服强度与温度呈线性关系,与应变速率呈指数关系,并建立了屈服强度与温度和应变速率的经验公式。基于Arrhenius、Johnson-Cook (JC)及Modified Zerilli-Armstrong (MZA)本构方程,对工业纯钛焊接接头的中低温拉伸流变应力进行预测。将三种模型的预测值与试验值进行定量对比,发现JC模型预测精度最低,MZA模型预测精度最高。研究结果为钛材在承压设备中的应用提供数据支撑,有利于更好地设计、加工、制造和使用钛制承压设备。
轧制法制备钛铝复合板的研究进展
庞立娟, 李会容, 邓刚, 张雪峰
2022, 43(5): 90-98. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.013
摘要:
钛铝复合板兼具钛和铝合金各自的优点,广泛应用于多个工业领域。轧制法是目前制备钛铝复合板最成熟的方法。介绍了轧制法制备钛铝复合板涉及的基本理论以及影响界面结合强度的因素,对目前钛铝复合板结合强度检测方法进行了总结,以期为钛铝复合板的制备提供较为全面的指导。分析认为:钛/铝复合板要实现良好的界面结合,其变形率要大于阈值,阈值的具体数值随轧制方法的不同而变化。波纹辊轧制、叠层累积轧制等轧制方法在相同的压下量条件下,界面结合强度高于普通平轧;轧后热处理会生成一定厚度的界面层,界面层主要为TiAl3金属间化合物,并且界面层的厚度需要控制在合理范围之内;钛铝复合板层的层数越多,界面起伏越明显,有利于界面结合强度的提高。
Al含量对γ-TiAl合金断裂行为的影响
梁月慧, 祁文军
2022, 43(5): 99-105. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.014
摘要:
利用分子动力学研究了300 K温度下,Al含量在45%~49%范围内时,单晶γ-TiAl合金单轴拉伸的裂纹扩展机理和力学性能变化。分析了Al含量为45%的γ-TiAl合金拉伸过程中裂纹演变过程和Al含量在45%~49%时γ-TiAl合金的应力-应变曲线、总能量随时间变化曲线。研究表明:Al含量会影响材料的性能,Al含量为45%的γ-TiAl合金拉伸过程中产生的Lomer-Cottrell位错对裂纹的扩展行为也有很大影响。由于堆垛层错,位错和孔洞的产生及位错反应和运动,以及Al含量降低导致材料的屈服强度增加。Al含量在45%~49%范围内的γ-TiAl合金随Al含量减少,材料的屈服应力和弹性模量增大。
资源环境与节能
还原气氛下含铬污泥中铬形态转化机理的研究
万新宇, 高建军, 曹志成, 吴佩佩, 许海川
2022, 43(5): 106-110, 122. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.015
摘要(10) HTML(2) PDF(2)
摘要:
在还原气氛下对含铬污泥中铬形态转化机理进行了研究,并讨论了转底炉用于处理含铬污泥的可行性。结果表明,铬在污泥中主要以氢氧化铬、铬酸钙和铬酸钠的形式存在;在CO-CO2气氛下,还原后铬泥中的三价铬不会氧化成六价铬且铬泥原有的六价铬会被还原成三价铬,在相同CO浓度下,随着铬泥配比增大,六价铬转化率逐步降低;在CO-CO2-O2-N2气氛下,配加3%和6%的氧气后,六价铬转化率和六价铬变化率均为负值,三价铬仍不会氧化成六价铬。因此,将含铬污泥在转底炉工序进行无害化处置是可行的。
硅藻土对含钒废液中钒的吸附性能研究
孙宁, 李俊翰
2022, 43(5): 111-116. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.016
摘要:
湿法提钒工艺中会产生大量含钒废水,直接排放会造成环境污染和资源浪费。硅藻土具有比表面积大、孔隙多、密度小、吸附性能及渗透性较强等优点,广泛应用在环境治理领域。以硅藻土为吸附剂,采用静态吸附试验研究吸附时间、污染液初始浓度、pH值和硅藻土投入量对钒的吸附效果;对试验数据进行吸附热力学和动力学拟合,探究了吸附机理及特征。研究表明:硅藻土的主要成分是SiO2,含有少量蒙脱石和绿泥石,硅藻壳体为圆盘状,壳体表面有数量众多的微孔结构。热力学拟合中,硅藻土的吸附过程更符合Freundlich模型,R2为0.9010,属于多分子层吸附和表面吸附;动力学拟合中,准二级动力学模型的相关系数比准一级动力学模型高,R2为0.9954,说明吸附过程以化学吸附为主导。当吸附时间24 h,钒污染液初始浓度1 mg/L,污染液用量50 mL,pH值5,硅藻土投加量2 g时,去除率最优,达到98.21%。硅藻土对污染液中钒的吸附效果较好,可作为吸附剂治理钒污染。
低品位钒钛磁铁矿磨矿分级工艺优化研究与实践
吴登平, 王祥波, 赵刘阳
2022, 43(5): 117-122. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.017
摘要:
针对攀枝花丰源矿业有限公司使用攀枝花矿区低品位钒钛磁铁矿选矿生产现状,提出了磨矿分级工艺优化的方案,在提升铁精矿细度条件下,减少了钛铁矿过磨,更适合后续钛铁矿重选工艺,提高了钛铁矿的回收率。生产实践表明,通过优化磨矿分级工艺,“两段磨矿”改为“三段磨矿”,原矿“先磨矿后分级”改为“先分级后磨矿”以及淘汰螺旋分级机。最终铁精矿细度(−0.074 mm)提升12.34个百分点,使铁精矿品位提升1.57个百分点,磁选尾矿中−0.0385 mm粒级的产率降低20.31个百分点,大幅改善了钛铁矿选别粒度,钛铁矿回收率提高6.85个百分点。
电炉钢渣-粉煤灰复合掺合料水泥胶砂性能研究
汪杰, 梁月华
2022, 43(5): 123-128. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.018
摘要:
将攀枝花钢城集团瑞钢公司产生的电炉钢渣球磨成微粉,复合粉煤灰制备电炉钢渣-粉煤灰复合掺合料,测定不同复合比例的水泥胶砂流动性,7 d和28 d抗折、抗压强度及活性,对28 d水泥胶砂试样进行了扫描电镜(SEM)、热重(TG)和差示扫描量热(DSC)测试。结果显示:电炉钢渣-粉煤灰复合掺合料流动度随着电炉钢渣含量的增加而降低,为保证流动度,建议电炉钢渣-粉煤灰复合掺合料中电炉钢渣含量不高于50%;电炉钢渣微粉活性比试验用市场粉煤灰好,电炉钢渣-粉煤灰复合掺合料中随着电炉钢渣含量的增加,强度和活性提高。
钢铁冶金与材料
铁水脱硫偏心搅拌的模拟研究
郁青春, 刘志平, 阴树标, 张送来
2022, 43(5): 129-135. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.019
摘要(11) HTML(1) PDF(4)
摘要:
以铁水罐实际尺寸为基础,按一定比例建立物理模型,对KR法脱硫偏心搅拌进行物理模拟。利用CFD软件,结合VOF多相流模型、标准k-ɛ湍流模型和多重参考系法(MRF)对偏心搅拌铁水脱硫过程进行数值模拟。研究发现,偏心搅拌时漩涡形状呈倒锥形,漩涡深度极大值位于搅拌槽中心位置。搅拌轴距侧壁较近处流体运动强烈,且沿上下两个方向运动;较远处流体运动缓慢,搅拌桨末端流体平均速度约为较远处的2倍。偏心搅拌能改变搅拌器底部流体运动状态,减少“死区”。当搅拌转速由120 r/min增加到200 r/min时,流体平均速度约增加68%,高速流体体积占比略有降低,从60.4%降至57.9%。偏心搅拌易于在工业上实现,转速增加有利于脱硫剂的扩散,但最佳转速应考虑经济性与安全性。
120 t复吹转炉底枪布置优化
张岭, 于波, 钟良才, 王立新, 贺龙龙, 翁莉, 李强
2022, 43(5): 136-144. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.020
摘要:
以120 t顶底复吹转炉为原型,依据相似原理在实验室利用几何相似比为1:10的模型开展了物理模拟试验,研究了氧枪枪位、底枪支数和布置、供气流量等因素对转炉熔池搅拌混匀的影响;建立了转炉纯底吹气液两相流模型,研究了不同底枪方案对熔池速度场的影响。结果表明:底吹流量为0.534 m3/h和1.074 m3/h的纯底吹时,4~8支底枪的最佳布置方案的混匀时间平均值分别为28.50、28.25 s和27.50 s;复吹时,对于8支底枪的最佳布置方案,顶吹流量为122 m3/h,不同氧枪枪位下熔池混匀时间随底吹流量的增大而降低,最佳枪位在200~230 mm。通过数学模拟研究了物理模拟试验得到的最佳4、6、8支底枪布置方案的速度场,发现底吹时水平截面流场的涡心个数少,垂直截面流场涡心不对称程度大时,可降低“死区”体积,从而提高底吹气体的搅拌能力,使熔池的混匀时间降低。底吹流量为1.074 m3/h时,研究的4、6、8支最佳底枪布置方案的死区体积比分别为15.44%、23.56%和10.30%。
GH5188高温合金热变形组织传递规律研究
郭续龙, 蒋世川
2022, 43(5): 145-152. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.021
摘要(10) HTML(3) PDF(1)
摘要:
采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了GH5188高温合金多道次变形和保温过程中的组织传递规律,建立了变形速率0.01~10 s−1,变形量50%,变形温度980~1230 ℃下的热加工图,探讨了单道次变形后保温时间对双道次变形组织、双道次变形后保温时间和保温温度对组织遗传性以及双道次降温变形和保温时间对显微组织的影响。结果表明:热加工图中高功率耗散率区的边界条件分别为1050~1175 ℃、0.01~0.1 s−1和1200~1225 ℃、0.01~1 s−1,低功率耗散率区的边界条件分别为975~1150 ℃、0.01~10 s−1和1150~1225 ℃、0.1~10 s−1;第一道次变形后保温时间过长不利于第二道次动态再结晶的发生;双道次变形后保温时,发生了明显的再结晶现象,随着保温时间的增加,晶粒未发生明显的长大;随着第二道次变形温度的降低,试样再结晶比例降低,保温温度越低,越不容易发生静态再结晶。
电镀时间和温度对U78CrV钢氢扩散系数的影响
冯凯, 厉英, 邹明, 袁俊, 丁玉石
2022, 43(5): 153-157. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.022
摘要:
氢能使钢材产生氢脆,导致材料的力学性能降低。而氢原子对钢的危害作用由扩散产生,因此了解氢原子在钢中的扩散行为对防治氢鼓泡和氢脆有重要意义。利用电化学氢渗透技术,施加恒定阴极电流,分别通过改变试样电镀时间、试验温度,对U78CrV钢进行氢渗透参数的研究。分析了不同电镀时间、不同试验温度对U78CrV钢的氢扩散系数的影响。研究结果表明:电镀时间过短和过长都会使得阳极极化电流降低,影响氢原子电离形成氢离子,当电镀时间360 s时形成的镍层效果最好。试验温度的升高会提高氢的渗透量和氢扩散系数,氢在U78CrV钢的扩散激活能为19 371 J/mol,氢扩散系数与温度的关系式为$ \mathit{D}=3.14\times {10}^{-3}\exp\left(-\dfrac{19\;371}{\mathit{R}\mathit{T}}\right) $
热处理工艺对Fe-25Mn-18Cr-3.5Ni-2Al力学与耐蚀性能影响
曾泽瑶
2022, 43(5): 158-165. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.023
摘要:
采用拉伸、冲击和电化学测试方法研究了Fe-25Mn-18Cr-3.5Ni-2Al试验钢不同热处理工艺下的性能,通过SEM,EBSD和XRD等分析表明:奥氏体相体积分数随着固溶温度升高逐渐下降,900、950、1000 ℃固溶后,EBSD分析奥氏体相体积分数依次降低至60.2%,48.7%和20.0%,奥氏体由尖锐的鱼骨状转变为孤立的长针状分布在铁素体晶界上,铁素体相含量上升,试验钢的强度、硬度增加,冲击韧性下降,在900~1000 ℃固溶处理后铁素体相含量依次增大,(001)bcc取向逐渐减弱。经过700 ℃回火后易于在α相内出现弥散分布的NiAl纳米颗粒,导致脆性断裂。极化测试得到点蚀电位随固溶温度升高逐渐正移,1000 ℃固溶处理试样在3.5%NaCl极化测试中出现较长的钝化区和二次钝化,Ecorr=−257 mV,Eb=−46.5 mV,兼具较好耐蚀性能与力学性能,推荐作为实际生产热处理温度。
双相钢的铁素体晶粒尺寸控制及其对力学性能和氢扩散性能的影响
叶青
2022, 43(5): 166-170. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.024
摘要:
通过920 ℃两相区奥氏体化3 min+形变热处理的热模拟工艺制备了三种不同马氏体晶粒尺寸的铁素体-马氏体双相钢,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉伸试验对三种不同铁素体晶粒度的铁素体-马氏体双相钢的显微组织和力学性进行了表征,利用氢渗透试验对其氢扩散行为进行研究。结果表明:在同一马氏体含量水平(约30%)下,随着双相钢铁素体晶粒尺寸由11.6 μm下降至2.3 μm和1.1 μm,铁素体-马氏体材料的屈服强度和抗拉强度显著增大,其中抗拉强度由865 MPa增大至965 MPa和1 030 MPa,但三者材料的屈强比和延伸率变化不大。随着铁素体晶粒的细化,马氏体带被铁素体隔离,有效增强马氏体可塑性的同时,减缓了氢在试验钢中的扩散,氢扩散系数由3.91×10−12 m2/s下降为2.71×10−12 m2/s和9.80×10−13 m2/s。
基于“团簇加连接原子”模型设计的Ni3Al基金属间化合物的显微组织和力学性能
刘林, 许雅南, 田权伟, 滕宗延, 徐朝晖, 王轶农
2022, 43(5): 171-177. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.025
摘要:
Ni3Al金属间化合物的室温脆性问题极大地限制了其应用。通过“团簇加连接原子”模型对Ni3Al金属间化合物进行成分和结构解析及成分设计,通过Co、Fe部分取代团簇壳层上的Ni,Ti部分取代连接原子Al,设计出六种合金。并对其显微组织及力学性能进行了表征。结果表明:六种合金的显微组织均由Ni3Al相(γ′相)、NiAl相(BCC)和少量共晶析出的第三相所构成,且通过TEM分析证实了基体为Ni3Al相。相比于Ni3Al金属间化合物,合金的室温强度、硬度和塑性均有大幅度的提升。分析其原因是由于基体为Ni3Al相,保持了合金基体的强度和硬度,当Ni3Al基体中析出少量的BCC相时,进一步提高合金的强度和硬度,而当BCC含量过高时,合金的强度和硬度降低,塑性升高。
应变时效对X90高强管线钢组织及性能的影响
杨军, 毕宗岳, 王雪怡, 牛辉
2022, 43(5): 178-185. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.026
摘要:
X90管线钢管是一种新型高强、高韧性管材,随着强度的提高,应变时效行为的揭示与控制成为学术界研究的焦点。利用OM、SEM、TEM、应变时效敏感性试验、拉伸试验和夏比冲击试验对X90高强管线钢组织特征、冲击断口形貌、应变时效敏感性、拉伸性能、低温冲击性能和应变时效行为进行了研究。结果表明,应变时效对X90高强管线钢组织无显著影响,时效前后均为针状/块状铁素体+板条状/粒状贝氏体+M/A组元的复相组织,但对拉伸性能和拉伸曲线形态以及低温冲击韧性有显著影响。当时效温度为230 ℃时(聚乙烯层熔结温度),随时效时间延长,X90钢屈服强度、抗拉强度、屈强比和应变时效敏感性系数逐渐增大,均匀延伸率和低温冲击吸收功逐渐减小。应力-应变曲线逐渐失去连续屈服强化特征,由时效前的“Round House”拱顶型连续屈服、强化型转变成为带有明显尖峰和屈服平台的“Lüders”型曲线,15 min是X90钢应力-应变曲线形态发生转变的时效时间拐点。为了控制应变时效对X90高强管线钢的不利影响,应从减小应变量、降低防腐预热温度和缩短防腐预热高温停留时间三方面进行综合调控。建议对管材生产制备工艺进行革新,成型方面如采用柔性校平法取代刚性辊压校平法,多步渐进成型取代一步螺旋成型法;防腐方面如缩短预热高温停留时间或降低预热温度(当预热温度≥230 ℃时,高温停留时间应≤5 min;若预热温度选定<230 ℃时,高温停留时间应<15 min)。
齿轮钢中硫化锰夹杂物热变形行为研究
孙雅平, 杨丽, 李永亮, 杨玉厚
2022, 43(5): 186-190. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.027
摘要:
利用Gleeble-1500热-力学模拟试验机对齿轮钢试样进行压缩试验,研究了不同变形温度、变形量对钢中硫化锰夹杂物形貌、尺寸及相对塑性的影响。研究发现,在变形过程中,硫化物的碎化与长大现象交替进行,变形温度与变形量对硫化锰夹杂物的尺寸影响较大。随着变形量的增加,低温时长宽比小于2的硫化物数量呈先降低后增多的趋势,同时相对塑性呈现降低的趋势,高温时长宽比小于2的硫化物数量呈先增大后降低的趋势,相对塑性呈现增加的趋势。在实际轧制过程中选择低温大变形量或高温小变形量轧制制度,能够获得数量较多,长宽比较小的硫化锰夹杂物。
Mg含量对1.6%Al锌铝镁合金镀层组织影响研究
金永清, 郭太雄, 董学强, 邓菡
2022, 43(5): 191-196. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.028
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摘要:
利用热镀锌模拟机制备了Zn-1.6A1-1.3Mg、Zn-1.6A1-1.6Mg和Zn-1.6Al-2.0Mg热镀合金镀层钢板,并利用XRD、SEM和EDS对涂层的微观组织进行分析。结果表明,镀层由块状富Zn相、Zn/MgZn2二元共晶组织、细小的Zn/Al/MgZn2三元共晶组织和少量点状富Al相组成。随着Mg含量增加,镀层表面块状富Zn相的比例和尺寸减小,三元共晶组织减少,而二元共晶组织和条状富Al相的数量增多。在截面中,镀层的三元共晶组织随Mg含量升高而减少,二元共晶组织随Mg含量升高而增多。
碲对Y1Cr13易切削不锈钢中硫化物改质的工业研究
吴良平, 付正刚, 周茂华, 王建强, 谢剑波, 付建勋
2022, 43(5): 197-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.029
摘要:
借助金相显微镜、扫描电子显微镜,Image-Pro Plus图像分析软件等手段分析了碲改质Y1Cr13不锈钢中硫化物的效果并进行了对比。结果表明,当钢中加入0.011%的碲时MnS夹杂周围析出了MnTe夹杂,促使了硫化物夹杂粗化,大多数硫化物的形貌呈椭球状、纺锤状且分布弥散,同时碲增强了硫化物夹杂的抗变形能力。钢中加碲后,硫化物纺锤率由未改质前的55.4%提高到了86.5%,硫化物评级由未改质前的3-1级下降到了2-2级,硫化物形态及评级得到了显著提升。切削试验表明,钢中未加碲时,在切削速率分别为180、360、560 r/min时,切削后所得C型屑百分比分别为53%、59%、64%,且工件切削表面粗糙度Ra分别为3.407、2.112、4.186 μm,然而当钢中添加碲后,切削后所得C型屑百分比分别为86%、90%、93%,且工件切削表面粗糙度Ra分别为2.302、1.978、3.220 μm。因此,钢中添加碲后,显著提升了钢的切削性能。