硅元素对炉生铁皮界面微观结构的影响研究

钢铁板带产品生产中发现,随着Si含量的增加,红铁皮缺陷比例增加,热卷表面质量下降。红铁皮产生的原因主要与Fe2SiO4的液相温度有关,但目前对富Si相熔融的微观特征研究鲜少报道。本文通过热重模拟实验,研究分析了加热温度、保温时间和钢中Si含量等因素对铁皮界面结构的影响。研究发现：Si质量分数为0.15%时,基体与铁皮界面无典型的富Si颗粒带,Si质量分数大于0.50%时,界面富集层明显;低温模拟试样富Si层为颗粒带,高温下为网状形貌;进一步观察高温模拟试样,界面处存在富Si层锚状侵入形貌,其形成原因为Fe2SiO4相高于1 170 ℃时为液相,其渗透和流动性更强,在钢基体内部裂纹和晶界等缺陷处加速氧化,此结构为高Si钢炉生铁皮难以除去的关键。     

纳米晶和粗晶Fe-0.5Si合金的高温氧化行为

利用机械合金化方法制备了纳米晶(NC)Fe-0.5Si合金(质量百分数,下同),研究了该合金在900℃和1000℃流动纯氧气中的氧化行为,并与相同条件下利用电弧熔炼方法制备的粗晶(CG)Fe-0.5Si合金的氧化行为进行比较。两种Fe-Si合金都形成了类似的混合氧化物层结构(Fe2O3+Fe3O4+FeO+SiO2)。两个试验温度下,NC Fe-0.5Si表现出比CG Fe-0.5Si更快的氧化速度。这是由于NC Fe-0.5Si合金具有更多的晶界,促进了Fe向外扩散和氧向内扩散,从而使氧化速度明显提高。虽然NC Fe-0.5Si较CG Fe-0.5Si形成的混合氧化物层中SiO2的体积分数明显提高,但Fe和氧扩散的绝对速度仍然增大。纳米化降低了Fe-0.5Si合金的抗高温氧化性能。     

热处理对激光熔覆CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层组织与性能的影响

目的 探究热处理温度对激光熔覆CoCrFeNiSi2.0高熵合金组织、物相、显微硬度及摩擦磨损性能的影响,为研究提高高熵合金性能的工艺流程提供参考。方法 采用激光熔覆技术制备了CoCrFeNiSi2.0高熵合金,利用高温炉加热方法对制得涂层进行不同温度(热处理温度分别为600、800、1 000 ℃)的热处理,30 min分别升温至600、800、1 000 ℃,保温30 min,后随炉冷却至室温。采用显微硬度仪、真空摩擦磨损试验机、Leica DVM6光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等设备对涂层的显微硬度、摩擦磨损性能、显微组织、物相组成进行分析研究。结果 未经热处理原始试样高熵合金涂层物相组成主要为BCC相,同时夹杂少量的(Fe,Mn)2SiO4相,经过不同温度的热处理后,(Fe,Mn)2SiO4逐渐分解,1 000 ℃热处理后完全消失;Cr2Si、Ni4Si相析出且在一定温度范围内随热处理温度上升含量逐渐增加,BCC相衍射峰高度随着热处理温度的增加先升高后降低。结论 热处理温度不同会影响涂层综合性能的改变,热处理温度为800 ℃时合金的综合性能优于原始试样涂层,内部组织较为均匀,Cr2Si、Ni4Si等析出相含量最多且均匀分布在晶界处,涂层显微硬度最高达1 347.4HV0.3,摩擦因数基本稳定在0.19。当热处理温度达到1 000 ℃时,CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层呈单一的BCC相,这势必会对涂层性能产生一定影响。     

均匀化对AA3104铝合金析出相行为的影响

采用SEM及TEM对AA3104铝合金在300~500℃的均匀化处理进行了研究。结果表明,随均匀化温度的升高,Mg2Si析出相逐渐增多,而Al Mn Si相在Mg2Si边缘处或基体中也开始形核并析出;当温度达500℃时Al Mn Si弥散相较多,呈棒状在晶粒心部形成,而Mg2Si相主要在晶粒外部形成,随温度的继续升高和保温时间的不断延长析出相尺寸也不断增大。     

低合金钢中合金元素高温氧化行为研究

对低合金钢进行了900~1 200 ℃高温氧化实验,对钢中Si、Mn、Cu、Cr和Ni等合金元素的高温氧化行为进行了研究。结果表明：高温下Si元素与Cu元素存在明显的富集,Si元素会氧化生成Fe2SiO4,阻碍铁离子在氧化铁皮中的扩散,使钢具有一定的抗氧化性;Cu元素可以改善钢的强度、韧性与耐腐蚀性,但是高温氧化后极易形成“富铜液相”,导致出现“铜脆”现象;在1 200 ℃下,Cr元素和Ni元素也会发生富集,Cr在高温下会在氧化铁皮和基体钢之间形成FeCr2O4,同样具有一定的抗氧化性;Mn的氧化物与Fe的氧化物很相似,两者相应氧化物有很高的互溶度;Ni元素对氧化过程没有较大的影响。     

双相钢中Si含量对表面氧化物及抑制层形貌的影响

为研究Si含量对双相钢可镀性的影响,对3种不同Si含量的双相钢进行了连续退火镀锌模拟实验。采用SEM和XPS分析表面氧化物和抑制层形貌,结果表明:Si含量的变化对表面氧化物的形貌有较大影响。Si含量从0.04%增加到0.1%,双相钢退火后在晶界处出现Si氧化物的偏析。XPS和EDS证实其为Mn2SiO4。晶内出现的氧化物为MnO和Cr2O3。Si含量增加到0.4%时,Si氧化物在晶界的偏析更加严重,晶界还出现了SiO x。Fe-Al抑制层在Si含量0.04%和0.1%时完整而致密,而Si含量为0.4%时出现了缺陷,这是由于SiO x难以被有效Al还原造成的。     

60Si2Mn化学氧化的机理分析与工艺改进研究

目的 解决60Si2 Mn合金钢在化学氧化时生成的化学氧化膜颜色差异问题.方法 采用辉光放电光谱(GDS)分析不同氧化温度下制备的60Si2Mn化学氧化膜层成分及化学氧化膜的厚度,采用扫描电镜(SEM)观测氧化膜表面形貌,分析合金元素对化学氧化的影响,以及化学氧化温度对化学氧化膜厚度、成分含量及颜色的影响,改进60Si2 Mn化学氧化工艺.结果 不同化学氧化温度对60Si2 Mn化学氧化膜厚度及膜层中合金成分的含量有较大影响.不同化学氧化温度导致化学氧化膜厚度差异,化学氧化膜中合金成分Si、Mn氧化物含量差异导致60 Si2 Mn化学氧化膜颜色的差异.结论 相对于普通钢,化学氧化温度为(142±1)℃时,可以保证化学氧化膜厚度及Fe3O4含量的稳定,进而有效确保氧化膜的颜色一致性.     

热轧退火态430不锈钢的高温抗氧化性能

研究了热轧退火态的430铁素体不锈钢在700~900℃的高温氧化行为,测量了其恒温氧化增重曲线,利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察分析了氧化表面形貌和组成,使用X射线衍射仪(XRD)鉴定了氧化物的种类。结果表明:在700℃生成的Cr2O3氧化膜不足以覆盖基体,材料氧化缓慢;800℃时氧化速率相对较大,生成的氧化物主要为Cr Mn1.5O4和Fe2O3;900℃时氧化十分迅速,材料表面有大量Fe2O3突起;退火温度对材料高温氧化性能影响不大。     

均匀化退火对Al-1Mn-1Mg合金中析出相形态的影响

用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱分析（EDAX）和差热分析（DTA）等技术探讨均匀化退火的主要工艺参数对经高效熔体处理的Al-1Mn-1Mg合金中析出相形态的影响。结果表明：在加热温度为400～600℃,保温时间为6～24h的均匀化退火工艺内,随温度的升高或保温时间的延长,晶界处析出相逐渐球化,主要为Al（Fe,Mn,Si,RE）复合相;晶内析出相的弥散度提高,依组成元素及含量不同而呈现短杆、方块、椭球、球状及菱形等多种形态;继续升高温度或延长保温时间,晶界处析出相均有粗化趋势;450～500℃下保温12～15h后,晶界处析出相的球化效果明显,晶内析出相弥散程度高,基本消除了铸锭中的偏析现象。     

高锌Al-Zn-Mg-Cu-Li合金晶界相的研究

高Zn含量(质量分数)的Al-11．8Zn-2．9Mg-2．6Cu-1．17Li合金铸态组织的晶界处存在大量第二相。470℃均匀化24h后，仍有大量网状分布的晶界相存在。由于晶界相在490℃开始熔化，很难通过提高固溶处理温度使它溶入基体。X射线和EDX分析发现，晶界相富含Zn和Cu且与Al5Li3Cu相结构相同，很可能是一种准晶相。     

钛酸铋薄膜的磁控溅射及其退火处理

采用射频磁控溅射技术,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了钛酸铋(Bi4Ti3O12,简称BIT)薄膜。研究了衬底温度及后续退火处理对薄膜结构和表面形貌的影响。结果表明:适宜的衬底温度为200℃。随着退火温度(650~800℃)的升高,BIT薄膜的结晶性变好,晶粒尺寸增大,c轴取向增强。当退火温度达到850℃时,开始出现焦绿石相;700~800℃为适宜的退火温度,在此条件下得到的BIT薄膜结晶良好,尺寸均匀,表面平整致密。     

Influence of phosphorus on oxidation behavior of low thermal expansion superalloy IN909 at 650℃

The effect of phosphorus on the oxidation resistance of low thermal expansion alloy IN909 was studied. The composition and structure of the oxidation layer were analyzed. It is found that the oxidation initiates at the grain boundaries. During the oxidation, Fe atoms diffuse toward the surface and form the outside oxidation layer as the oxide of iron. The transition oxidation layer lies between the oxidation layer and the matrix which is enriched with Nb, Ti and Si, forming FeTiO5, Nb2O5, Fe2SiO4 and TiO2. Phosphorus hardly influences the thermal expansion coefficient of IN909 alloy. However, it increases the formation of e phase at the boundary of the transition oxidation layer and matrix. As a result, the oxidation rate is decreased efficiently because the e phase inhibits the diffusion of the element such as iron from the matrix to the oxidation layer.     

Y、Ta、Cr元素对Ni-10%Cu-10%Fe-10%Al合金在850℃冰晶石熔盐气氛中热腐蚀行为的影响

通过真空铸造得到Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu(质量分数)及分别添加0.8%Y、5.3%Ta和13.6%Cr(质量分数)的Ni-Fe-Al-Cu-X(X:Y或Ta或Cr)4种合金,采用熔盐腐蚀实验及SEM,XRD及EDX测试研究各合金在850℃静态冰晶石熔盐气氛中的腐蚀行为。结果表明:在850℃冰晶石熔盐气氛中,Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu合金表面形成的氧化物保护膜;由于氧的聚集、扩散,并在熔盐/氧化膜界面处发生O2+2e=2O2还原反应,而生成的O2与MeO反应生成MeO22,致使NiO和Al2O3等氧化物层疏松、多孔、易剥落;另外,氧化物保护膜也被熔盐挥发的氟化物通过物理化学作用而溶解,形成坑洞,腐蚀层呈现层叠状;添加0.8%Y和5.3%Ta可净化合金晶界,使腐蚀层中氧化产物更致密,提高合金抗冰晶石熔盐气氛腐蚀性能;添加13.6%Cr的Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu合金,其腐蚀层形成Cr2O3及NiCr2O4冰晶石结构的化合物,降低其他氧化物的活度,提高氧化膜的保护作用,该合金抗冰晶石熔盐气氛腐蚀性能最好。     

Oxidation Behaviors of Different Grades of Ferritic Heat Resistant Steels in High-Temperature Steam and Flue Gas Environments

For steam tubes used in thermal power plant, the inner and outer walls were operated in high-temperature steam and flue gas environments respectively. In this study, structure, microstructure and chemical composition of oxide films on inner and outer walls of ex-service low Cr ferritic steel G102 tube and ex-service high Cr ferritic steel T91 tube were analyzed. The oxide film was composed of outer oxide layer, inner oxide layer and internal oxidation zone. The outer oxide layer on the original surface of tube had a porous structure containing Fe oxides formed by diffusion and oxidation of Fe. More specially, the outer oxide layer formed in flue gas environment would mix with coal combustion products during the growth process. The inner oxide layer below the original surface of tube was made of Fe-Cr spinel. The internal oxidation zone was believed to be the precursor stage of inner oxide layer. The formation of internal oxidation zone was due to O diffusing along grain boundaries to form oxide. There were Fe-Cr-Si oxides discontinuously distributed along grain boundaries in the internal oxidation zone of G102, while there were Fe-Cr oxides continuously distributed along grain boundaries in that of T91.     

碳钢表面喷丸诱导低温B-Cr-Re共渗研究

目的进一步拓宽低温B-Cr-Re共渗技术的应用。方法采用喷丸技术对20钢表面进行预处理,处理的时间分别为0.5、1.0、1.5 h,然后进行低温B-Cr-Re固体共渗及其力学性能研究,共渗温度为600℃和650℃,保温时间6 h。利用高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等,对预处理后基体表层结构和B-Cr-Re低温扩散层组织结构及力学性能进行表征。结果经喷丸处理后,基体表层发生严重塑性变形,晶粒发生破碎并逐渐细化,获得平均晶粒尺寸分别为50、58、65nm的纳米结构层,晶界明显增多。预处理时间越长,基体表层变形程度越严重,获得的纳米结构越明显;同时由于原子排列发生错排,阻碍了基体表层位错等缺陷的运动,故在基体表层观察到高密度位错等结构缺陷。经喷丸处理后,600℃下处理不同时间的B-Cr-Re低温共渗层组织连续、均匀,存在孔洞,平均深度约为7、8、7μm,650℃下处理不同时间的B-Cr-Re低温共渗层组织连续、均匀、致密,平均深度约为21、24、22μm,力学性能良好。结论喷丸处理后,基体表层存在较多的晶界和高密度位错,为后续B-Cr-Re的低温共渗提供了更多结构和能量支持,降低了B原子的扩散激活能,提高了B原子的扩散速度。这项工作为低温B-Cr-Re共渗技术的应用拓宽了领域。     

等离子表面渗Nb对γ-TiAl合金扩散焊接性能的影响

采用双辉等离子表面渗金属技术在名义成分为Ti-45Al-8.5Nb (W, B, Y) 的γ-TiAl合金表面制备了Nb涂层。使用SEM、EDS、XRD等手段研究了不同渗Nb温度、焊接温度对γ-TiAl合金扩散焊接接头微观组织及性能的影响。结果表明,在800～950 ℃的渗Nb温度范围内均可以在γ-TiAl合金表面形成致密的Nb涂层,随着渗Nb温度的升高,Nb涂层晶粒尺寸和表面粗糙度均不断增大。典型的接头组织从基体向焊缝中心可分为4层:I层(Nb涂层与基体间扩散层)、II层(含有少量AlNb₂的Ti-Nb互溶层)、III层(富Ti-TiNi层)、IV层(近等原子比TiNi层)。接头的剪切强度随渗Nb温度和焊接温度的升高均呈先增大后减小的趋势。渗Nb温度为850 ℃,焊接温度为900 ℃时获得的接头剪切强度最高,达到82.0 MPa。     

钼合金Si-Cr-Ti-SiC-MnO2涂层的制备与组织性能

目的提高钼合金表面红外辐射性能与高温抗氧化性能。方法将40%Si、20%Cr、5%Ti、5%SiC、30%Mn O_2五种粉末与酒精、粘结剂按比例混合,经高能球磨6 h后制得均匀悬浮的料浆。采用浸涂工艺对预处理的钼合金试样进行料浆涂覆,在1450℃真空烧结0.5 h后制得黑色涂层试样。通过1550℃高温静态氧化试验和高温粒子薄片红外光谱综合实验系统,分别评价涂层抗氧化性能和红外辐射性能,并通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对涂层氧化前后的形貌与组织结构进行分析。结果钼合金Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层在700、900℃的法向发射率分别达0.85、0.88,在1550℃高温有氧环境下的静态抗氧化寿命达7 h。原始涂层呈四层复合梯度结构,由外到内分别为SiO_2+Mn3O_4+M5Si3(M指Mo、Cr、Ti)、M5Si3+Mo Si2+SiC+Mn3O_4、Mo Si2、Mo5Si3。高温氧化后,涂层四层复合结构由外到内转变为SiO_2+(Cr,Ti)5Si3+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、M5Si3+SiC+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、Mo Si2、M5Si3。高温氧化过程中,MSi2高硅化物层逐渐转变为M5Si3低硅化物层,涂层表面形成含Mn Cr2O_4尖晶石相和复合硅化物的致密SiO_2玻璃膜。结论 Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层可有效提高钼合金基体的红外辐射性能和高温抗氧化性能,复合硅化物与硅锰复杂氧化物具有良好的抗氧化性能、高辐射性能和自愈合性能。     

超超临界锅炉用TP310HCbN不锈钢的热腐蚀行为研究

以80%Na2SO4+10%K2SO4+10%KCl混合熔融盐为热腐蚀介质,研究了TP310HCbN奥氏体不锈耐热钢在600℃,650℃和700℃下的热腐蚀行为。结果表明:在600℃和650℃下,腐蚀失重轻微,热腐蚀过程中腐蚀产物从样品表面剥落,样品晶界发现大量硫化物,并有明显的晶间腐蚀倾向;在700℃下,样品失重加速,腐蚀产物剥落严重。利用XRD和SEM分析样品经热腐蚀后的表面成分和结构,腐蚀产物主要由Fe3O4和(Fe,Cr)2O3组成,并含有少量的NiCr2O4和Cr2S3。     

23MnNiMoCr54钢的热变形行为

利用DIL 805A型热膨胀仪测定了23MnNiMoCr54钢的热膨胀曲线,结合硬度检验绘制出试验钢的CCT曲线,并对其动态相变及动态再结晶规律进行了研究分析。结果表明,23MnNiMoCr54钢的临界转变点Ac₃=806 ℃,Ac₁=713 ℃,CCT曲线中无珠光体转变区,当冷速≥0.5 ℃/s时,开始发生马氏体相变。变形量为10%时,变形温度在850~1150 ℃范围内时,试验钢的奥氏体晶粒边界稳定,晶粒大小没有发生明显变化,没有发生动态再结晶,软化机制以动态回复为主。变形量为40%时,变形温度在850 ℃时试验钢没有发生动态再结晶,软化机制以回复为主;温度为900~950 ℃时出现了不稳定的奥氏体晶界和细小晶粒,动态再结晶开始发生;温度为1000 ℃时,发生了完全动态再结晶。变形量为50%时,变形温度在850~950 ℃时试验钢出现了不稳定的奥氏体晶界和细小晶粒,发生了部分再结晶;温度为1000 ℃时,发生了完全动态再结晶。变形量为60%时,变形温度在850~950 ℃时试验钢出现了不稳定的奥氏体晶界和细小晶粒,发生了部分再结晶;温度为1000 ℃时,发生了完全动态再结晶。