关键钢铁材料的智慧研发路线

从面向2035的新材料强国战略出发,针对现代交通、能源、海洋工程以及重大装备等领域,对其急需的关键钢铁材料在品种、规格、性能、质量、服役安全与寿命等方面均提出了明确的发展目标、应攻克的技术瓶颈和"卡脖子"问题.为适应未来先进钢铁材料的发展,应在钢铁材料知识与理论框架下,充分发挥集成计算材料工程及材料信息学的优势,创建新材料的智慧研发路线,实现中国先进钢铁材料的研发从跟随模仿跨越到基于人工智能创新引领的新高地.     

700MPa级高塑低碳低合金钢的多相组织调控及性能

通过临界退火、临界回火以及回火的多步热处理方式,研究了低碳低合金钢的组织演变与力学性能.结果表明,临界退火后的组织为板条状的临界铁素体及贝氏体/马氏体的双相组织.经临界回火后,为临界铁素体、回火贝氏体/马氏体以及残余奥氏体的多相组织.残余奥氏体呈粒状和条状,分布在铁素体/贝氏体(马氏体)相界面及贝氏体/马氏体板条之间,含量高达29%,并在回火后保持稳定,主要通过C,Mn,Ni和Cu在逆转奥氏体中的富集来稳定.临界退火及回火过程中,Nb C在铁素体及贝氏体/马氏体中析出,呈球状、椭圆形或不规则形状,平均尺寸为10 nm;富Cu的析出相在临界回火及回火过程中形成,呈球状分布于铁素体及残余奥氏体中,尺寸在10~30 nm之间.通过残余奥氏体的应变诱导塑性(TRIP)效应及纳米析出相的析出强化作用,实验钢具有优异的力学性能:屈服强度高于700 MPa,抗拉强度高于900 MPa,均匀延伸率高于20%,总延伸率高于30%.     

新型膨胀套管材料研发及其商业前景

20世纪90年代膨胀套管技术的提出,成为了石油天然气钻采领域一次新的革命。2000年我国开始引进该技术,但目前国内外还只是普遍选用一般传统的钢铁材料进行应用,缺乏针对性研发,始终没有在材料研发上取得突破。2014年,北京科技大学尚成嘉教授带领其科研团队,成功开发了一种适宜膨胀套管应用特点的高延伸、高强度钢铁材料,并完成了全面的实验室研究工作,不久前百吨级的工业化试制也已经完成。由于具有低成本、高品质的特性,该项目的产业化研究已经获得国家科技支撑项目的支持,并且几家知名能源公司也都表现出了对该产品的迫切需求。     

高强度低碳贝氏体钢拉伸断口分离现象及机理研究

针对拉伸断口分离问题,对热轧高强度低碳贝氏体钢进行了纵向常规拉伸实验和三主轴方向短试样拉伸实验.结果表明:在纵向和横向取样的拉伸实验中均发生了断口分离现象,分离面均垂直于厚度方向,即平行于轧面.通过对断裂试样分离裂纹的SEM观察发现,分离面具有明显的低塑性解理断裂特征.利用三主轴方向短试样拉伸实验证明了原始钢板在纵向、横向和厚度方向上具有相似的强度和塑性性能.通过有限元模拟的方法,对颈缩过程中侧向拉伸应力的水平进行了估算,发现即使在颈缩程度非常严重时,侧向拉应力仍远小于主拉伸应力.由此提出了拉伸过程中沿厚度方向由塑性到脆性的转变机制,并进一步揭示了断口分离并非意味着钢板沿厚度方向存在性能差异,而是由于贝氏体自身特有的力学性能导致的,是经严重的拉伸塑性形变后织构状态演变、晶界重分布以及三向应力状态出现综合影响的结果.     

一种提高电解铜箔生产率的改造方法

随着铜箔行业的竞争越来越大,通过提高铜箔生产率来增加产量,成为企业追求更大利益的重要途径。本文介绍了铜箔行业概况,现有电解铜箔生产工艺,详细介绍工艺中溶铜方案以及改造方案,分析其改造后的优点,说明此方案的优越性。     

中心偏析对FH40低温钢焊接组织性能的影响

利用金相（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）以及能谱（EDS）等手段研究了FH40低温钢焊接接头显微组织演变及其对低温冲击韧性的影响。结果表明,FH40低温钢母材具有优异的综合力学性能,其屈服强度为420 MPa,抗拉强度为518 MPa,?60 ℃夏比冲击功为162 J,而焊接接头熔合线位置及热影响区的低温韧性急剧降低至16 J。显微组织分析表明,低温钢母材为细小的多边形铁素体+珠光体组织,在心部位置珠光体组织呈带状分布。焊接热影响区的显微组织主要为针状铁素体,但是心部存在明显的马氏体带。针状铁素体硬度为229.7 HV_0.05,比原来的多边形铁素体高约40 HV_0.05,而马氏体的硬度为313.7 HV_0.05,较原来的多边形铁素体高约140 HV_0.05。EBSD结果显示在马氏体带存在较高的内应力,这是造成焊接接头低温韧性急剧下降的主要原因。EDS表明,中心偏析导致热轧低温钢母材形成C、Mn富集的珠光体带,这些C、Mn富集的珠光体带在焊接热影响作用下重新奥氏体化,并在冷却过程中转变成硬质相马氏体组织。      

高性能海洋工程用钢的智慧研发之一

简要论述了海洋工程用钢铁材料的性能特点及发展方向,指出了目前海工钢产品在研发、生产、服役过程中存在的部分问题和不足。通过对钢铁材料研究现状的分析,提出基于钢铁材料基因组工程建立成分、工艺、组织及性能之间的内在联系,进而利用大数据建设建立定量化关系实现海工钢智慧化的有效研发。     

低碳钢中残余奥氏体的调控及对力学性能的影响

采用完全淬火+两相区再加热淬火-分配(IQ&P)热处理工艺对0.23C-1.8Mn-1.35Si钢进行处理,获得了具有亚温铁素体、马氏体以及广泛分布于原奥氏体晶界、相界等处的残余奥氏体等构成的多相组织.利用SEM,XRD以及EBSD等对不同热处理阶段钢的微观组织进行了表征.结果证实,该多相组织低合金钢中残余奥氏体的获得主要依赖于以下两点:一是两相区再加热阶段逆转变奥氏体组织中的富Mn富C,二是淬火-分配阶段残留奥氏体在分配过程中的二次富C,通过上述的两步元素富集处理可以使该低碳钢在室温下获得超过10%含量的残余奥氏体,而残留奥氏体在分配过程中的二次富C则对该类钢中残余奥氏体的形成及其在室温下的稳定化起到了至关重要的作用.由于广为分布的残余奥氏体在形变过程中的TRIP效应,使得该类钢种在拉伸变形过程中获得了持续的加工硬化能力,从而实现了强度与塑性的良好结合.测试结果表明,IQ&P钢的强塑积超过了26 GPa%,屈服强度大于600 MPa,抗拉强度超过900 MPa,均匀延伸在16%以上,常温半厚冲击韧性达到了39 J.     

低碳多相钢的组织调控与力学性能

采用优化后的临界区再加热-淬火中温等温(T1、T2)热处理工艺,对具有不同前躯体组织的(0.22/0.17)C-(1.91/1.85)Mn-(1.32/0.94)Si两类热轧6 mm钢板分别进行处理,获得了具有铁素体、贝氏体、马氏体以及弥散分布于原奥氏体晶界、相界等处的残余奥氏体所构成的多相组织.利用扫描电镜、X射线衍射以及电子背散射衍射分析技术等对不同热处理阶段钢的微观组织进行了表征.结果证实,采用不同的前躯体组织设计可以很好地调控临界区再加热逆转变奥氏体的组织形貌、比例以及碳含量,进而通过后续处理来实现对钢中多相组织的调控.前躯体为马氏体的0.22C钢,经T1工艺后获得了以针状铁素体为基体的多相组织,其强塑积超过了30 GPa·%;前躯体为铁素体+马氏体的0.17C钢经T2工艺后获得了以块状铁素体为基体的多相组织,其强塑积超过了27 GPa·%.      

基于M~3组织调控的第三代低合金钢研发进展

随着工程结构用钢朝着建筑设施的高层化、工程设备大型化、抗震耐火安全化以及材料减量经济化方向发展,开发高强、高塑、高韧性、低屈强比以及良好的焊接性能相结合的高性能结构钢产品已经成为人们所关心的热点。北京科技大学尚成嘉教授课题组创新性地提出了多步热处理法,成功在低碳低合金钢中实现了"多相组织、亚稳奥氏体、多尺度析出"(M3)组织,开发了500MPa级以上高强度、高塑性、高韧性的第三代低合金钢。文章梳理了第三代低合金钢组织控制思路,对比分析了第三代低合金钢与传统钢铁材料的力学性能,着重概述了M3组织形成机理(尤其在亚稳奥氏体调控机理)及组织性能关系。最后对第三代低合金钢应用前景及未来的挑战进行了展望。