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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2012年, 第48卷, 第1期 刊出日期:2012-01-11 上一期    下一期
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综述
新一代洁净钢生产流程的理论解析
徐匡迪 肖丽俊 干勇 刘浏 王新华
金属学报. 2012, 48 (1): 1-10.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00496
摘要   PDF (5056KB)
通过对新一代洁净钢生产流程中主要元素选择性氧化还原的热力学分析, 并结合首钢京唐公司铁水“全三脱”生产洁净钢的技术实践, 研究了新一代洁净钢生产流程中S, P, C等主要元素的控制规律, 并对新一代洁净钢生产流程进行了理论解析, 提出了需要进一步解决的若干工艺问题. 研究表明: 采用CaO/CaF2脱硫剂的KR法脱硫, 可使铁水中S含量稳定地降到0.0020%以下, 终点硫的控制主要取决于脱磷转炉中的回硫量, 减少废钢和渣料等辅助材料带入的S以及适当提高脱磷炉渣碱度是减少半钢回硫量的关键; 在较低温度 (1300-1350 ℃)和较高氧位条件下造碱度合适的渣, 是脱磷转炉实现脱磷保碳的关键, 对于冶炼普通低磷钢, 将脱磷炉半钢P控制在0.03%以下, 则可将脱碳转炉终点磷控制在0.006%以下, 而对于冶炼超低磷钢, 则需将半钢P含量控制在0.008%以下, 转炉终点磷可以降低至 0.0020%以下; 脱碳转炉少渣冶炼、降低铁耗以及高碳出钢是新流程降低洁净钢生产成本和提高钢液洁净度的重要技术特征.
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论文
Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xTix (x=0, 0.03, 0.06, 0.09) 合金的微观组织与磁致伸缩性能
李晓诚 丁雨田 胡勇
金属学报. 2012, 48 (1): 11-15.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00269
摘要   PDF (1818KB)
利用高真空非自耗电弧炉制备了Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xTix (x=0, 0.03, 0.06, 0.09) 合金, 系统研究了不同 Ti含量Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xTix合金的晶体结构、微观组织、磁致伸缩性能及它们之间的关系. 结果表明: 添加 Ti后的Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xTix合金基体相仍为MgCu$_{2}$型Laves相结构, Ti取代了 Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金中比其自身半径大的稀土原子Tb和Dy而使晶格常数减小. 添加Ti后, 初生相TiFe2的形成使得凝固液体中富含R (R=Tb, Dy)从而抑制了有害相RFe3的生成, Ti在基体相RFe2中和富$R$相中都可溶解, 分别形成了(R, Ti)Fe2基体相和富(R, Ti)相. Ti的添加量对磁致伸缩性能的影响很大, 当x=0.03时, Ti的添加使磁致伸缩性能较 Tb0.3Dy0.7Fe1.95母合金提高幅度最大, 但当x=0.09时, 由于顺磁相TiFe2和富(R, Ti)相的析出对磁致伸缩性能不利, 但相对于Tb0.3Dy0.7Fe1.95母合金也有少量提高.
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电工钢中黄铜织构行为及其对Goss织构的影响
颜孟奇 钱浩 杨平 宋惠军 邵媛媛 毛卫民
金属学报. 2012, 48 (1): 16-22.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00421
摘要   PDF (5011KB)
本文通过EBSD取向成像技术检测追踪了取向硅钢热轧、脱碳退火及二次再结晶过程中黄铜取向晶粒的形成规律. 结果表明, 黄铜取向的形成是热轧时Goss取向在剪切力作用下向铜型取向转动受阻而绕法向转动的结果. 与Goss晶粒和{111}<112>取向晶粒类似, 黄铜取向和 {111}<110>取向晶粒之间存在形变与再结晶相互转化的密切关系; 二次再结晶时若抑制剂钉扎控制不当, 在次表层的Goss晶粒快速长入中心层之前, 黄铜取向晶粒已长成大尺寸并接触样品表面, 随后的Goss大晶粒就很难吞并黄铜取向晶粒.
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薄板坯连铸结晶器非稳态湍流大涡模拟研究
李宝宽 刘中秋 齐凤升 王芳 徐国栋
金属学报. 2012, 48 (1): 23-32.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00464
摘要   PDF (5594KB)
本文利用大涡模拟模型分析薄板坯连铸钢液非稳态湍流特性, 其中非稳态湍流流动N--S方程采用盒式函数进行滤波处理, 亚格子模型采用Smagorinsky-Lilly模型. 将大涡模拟结果与粒子图像测速及超声探伤结果进行分析比较来校正模型. 通过对薄板坯连铸过程进行数值分析, 获得了结晶器内非稳态钢液湍流的流动特征, 包括流场的漩涡分布及大涡拟序结构的形成、发展、脱落和破碎过程, 并发现即使水口和结晶器在几何上完全对中, 结晶器内湍流分布也不对称, 偏流产生是必然的, 同时导致弯月面较强的波动. 随着非稳态时间的延长, 结晶器内钢液偏流在两侧呈现周期性变化, 周期约为40 s.
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定向凝固Al-40%Cu合金三维微观组织重构及共晶间距演变
赵朋 李双明 傅恒志
金属学报. 2012, 48 (1): 33-40.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00450
摘要   PDF (5057KB)
本文利用连续切片技术研究了定向凝固Al-40%Cu过共晶合金中金属间化合物Al2Cu 初生相的三维微观组织, 以及抽拉速率跃迁下, 三维共晶组织形态的演变和间距调整. 结果表明: 抽拉速率为5 µm/s时, 初生Al2Cu三维组织沿生长方向存在棱面和棱角, 表现出明显的棱面相生长形态; 凝固过程中初生Al2Cu相释放的结晶潜热使得生长界面发生局部重熔, 三维组织中出现孔洞, 形成拓扑缺陷. 在Al-40%Cu合金三维共晶组织中,  Al2Cu 相和Al相的体积分数分别为56.8%和43.2%, 且Al2Cu相的生长方向与试样轴向夹角为5.1o. 当抽拉速率从2 μm/s突然跃迁到500 μm/s时, 三维共晶组织形态从层片向棒状转变, 这种转变不是由合金中两相体积分数变化造成的. 三维共晶组织间距调整机制不同于二维组织中的分叉、内凹和界面重新形核, 而是通过三维空间非同一平面连续的分叉、分枝进行, 在三维下并没有观察到二维下的重新形核共晶间距调整机制.
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定向凝固共晶生长的元胞自动机数值模拟
石玉峰 许庆彦 柳百成
金属学报. 2012, 48 (1): 41-48.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00457
摘要   PDF (1963KB)
本文在已有的二元初生相元胞自动机(CA)方法的基础上, 针对二元共晶凝固过程提出了改进的元胞自动机(MCA)模型. 该模型考虑成分过冷和曲率过冷对界面形态的影响, 通过界面溶质浓度守恒来获得共晶α相和β相生长速率, 模拟了层片的湮灭、分叉与稳态生长. 为了验证模型的可靠性, 对常见的 CBr4-C2Cl6共晶透明合金进行了模拟, 研究了抽拉速率对共晶层片间距大小的影响, 模拟结果与文献中的实验结果吻合良好; 同时模拟了共晶层片间距调整过程的形貌演化以及层片振荡不稳定性现象. 本文将 MCA模型扩展到三维定向凝固过程中, 研究了共晶形态的层--棒状转变机制.
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长期时效对GH4169合金动态拉伸变形行为的影响
刘杨 王磊 何思斯 冯飞 吕旭东 张北江
金属学报. 2012, 48 (1): 49-55.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00435
摘要   PDF (4309KB)
研究了长期时效对GH4169合金的显微组织和动态拉伸性能及变形行为的影响规律及机制. 结果表明, 应变速率为101-102 s-1时, 合金强度受时效时间影响显著, 断裂延伸率随时效时间的延长呈降低趋势, 在时效500 h后基本保持不变; 高应变速率(103 s-1)条件下, 长期时效对合金强度无明显影响, 而断裂延伸率受时效时间的影响显著, 长期时效造成的合金塑性劣化现象提前发生. 高应变速率变形过程中, 位错运动受阻来不及释放, 在时效0-1000 h范围内, 合金未出现强化相峰值尺寸效应, 强度受时效时间的影响并不明显. 长期时效后GH4169合金晶界$\delta$相附近无析出带的产生, 导致动态载荷下晶界塑性变形的协调能力降低, 应变速率为103 s-1时, 合金塑性在短时间时效后迅速下降.
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时效对Ti-50.8Ni-0.3Cr形状记忆合金组织和超弹性的影响
贺志荣 王启 邵大伟
金属学报. 2012, 48 (1): 56-62.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00458
摘要   PDF (1618KB)
利用TEM和拉伸实验研究了时效工艺对Ti-50.8Ni-0.3Cr(原子分数, %)形状记忆合金(SMA)显微组织和超弹性的影响. 随时效时间($t_{\rm ag}$)延长, 300 ℃时效态Ti-50.8Ni-0.3Cr SMA的Ti3Ni4析出相呈细小颗粒状, 400 ℃时效态合金的析出相由颗粒状逐渐变为针状, 500 ℃时效态合金的析出相由针状逐渐变为粗片状. 时效温度对析出相形态的影响比tag显著. 随tag延长, 300和400 ℃时效态合金的抗拉强度(σb)先增大后趋于稳定, σb(500 ℃)先减小后趋于稳定, 且σb(400 ℃)>σb(300 ℃)>σb(500℃). 300和400 ℃时效态合金的超弹性优于500 ℃时效态合金. 随tag延长, 该合金的应力诱发马氏体相变临界应力逐渐减小, 300 ℃时效态合金的超弹性能耗(ΔW)降低, 400 ℃时效态合金的ΔW升高, 500 ℃时效态合金的ΔW先升高后降低.
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气体保护熔炼条件下Mg-Gd-Y-Zr合金的夹杂物
童文辉 王杰 周吉学 杨院生
金属学报. 2012, 48 (1): 63-69.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00593
摘要   PDF (10593KB)
本文研究了气体保护条件下, 常规熔铸的Mg-Gd-Y-Zr合金中夹杂物的形貌、分布及形成原因, 并通过计算分析了夹杂物的沉降行为. 结果表明, Mg-Gd-Y-Zr合金中有MgO或Y的氧化物为主的球状、簇状、不规则状、线状的复合夹杂物和含熔剂夹杂物, 夹杂物的平均尺寸为12.7 µm, 平均体积分数为0.26%. 夹杂物出现的频率随其尺寸增大而急剧减小, 尺寸在20 μm以下的夹杂物占夹杂物总体积接近85%, 尺寸在45 μm以下的夹杂物占96%. 计算结果表明, 夹杂物沉降速率与其尺寸和密度相关; 夹杂物密度增大, 可使镁合金中夹杂物的最大尺寸减小, 计算得到的合金中最大夹杂物的尺寸与实验结果基本一致.
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Mg-Zn-Ca系低Ca侧400 ℃相平衡研究
李洪晓 任玉平 马倩倩 蒋敏 秦高梧
金属学报. 2012, 48 (1): 70-75.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00486
摘要   PDF (2873KB)
利用SEM, EPMA, XRD和DSC, 对Mg-Zn-Ca系镁基固溶体400 ℃时的溶解度以及镁基固溶体与化合物之间的平衡相关系进行了研究. 结果表明, 在Mg-Zn系中加入Ca后, T1和T2相在400℃ 时依然是富Mg角的主要三元化合物, 但只有T1相与镁基固溶体相平衡, 且α-Mg+T1两相区明显缩小. 400 ℃时, Mg-Zn-Ca系低Ca侧存在一个可与镁基固溶体相平衡的液相区, 其含Ca量小于 8.4%(原子分数); 但Zn/Ca值小于1.7的三元合金中不会有液相存在. Mg-Zn-Ca系低Ca侧400 ℃等温截面相图中存在着4个三相区: α-Mg+Mg2Ca+T1, α-Mg+T1+Liq, Liq+T1+T2和Liq+T2+Mg2Zn3.
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新型医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金在Hanks溶液中的电化学腐蚀行为研究
白芸 李述军 郝玉琳 杨锐
金属学报. 2012, 48 (1): 76-84.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00530
摘要   PDF (2306KB)
采用极化曲线分析、电化学阻抗谱(EIS)测试和浸泡实验的方法, 并结合XPS, XRD和SEM等分析手段对新型医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金在37 ℃的Hanks人工模拟体液中的电化学腐蚀行为进行了研究, 并与纯Ti和Ti-6Al-4V合金进行了比较. 结果表明: 在37 ℃的Hanks溶液中, Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金的腐蚀电流密度与纯Ti相等, 并且钝化性能优于纯Ti和Ti-6Al-4V, 这与其钝化膜中存在大量的 Nb2O5密切相关; EIS结果显示, Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金表面形成内层致密而外层疏松的双层钝化膜结构, 致密层特性对材料的耐蚀性能起到决定性作用; 随着浸泡时间的延长, 致密内层的电阻大幅度提高, Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金的耐蚀性能增强, 同时疏松外层中的微缺陷发展成为宏观裂纹, 造成疏松外层整体脱落.
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HCO3-和SO42-对Cu点蚀行为的影响
王长罡 董俊华 柯伟 陈楠
金属学报. 2012, 48 (1): 85-93.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00537
摘要   PDF (3654KB)
在不同浓度配比的HCO3-和SO42-混合溶液中, 利用循环极化电化学测试方法和 SEM, 对Cu工作电极的循环极化行为和点蚀表面形貌进行了系统的研究. 结果表明, 在高电位范围的循环极化实验中, Cu的点蚀行为可分为活性溶解型点蚀和钝化膜破裂型点蚀; 随SO42-浓度的升高Cu点蚀的敏感性增大. 由于HCO3-与SO42-的协同作用, 随HCO3-浓度升高点蚀敏感性呈先增大后减小的规律. 在钝化膜破裂型点蚀中, SO42-提高Cu点蚀的诱发能力; HCO3-降低Cu点蚀的诱发能力. 2种离子对点蚀自修复能力的影响无明显规律.
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具有超疏水表面的白铜在3.5%NaCl溶液中的电化学行为
徐群杰 邓先钦 潘红涛 云虹
金属学报. 2012, 48 (1): 94-98.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00470
摘要   PDF (885KB)
通过化学刻蚀法和自组装技术, 构建了白铜的超疏水表面. 利用接触角测试和电化学分析技术探讨了制备工艺对疏水膜性能的影响. 对不同刻蚀条件下制备的超疏水表面的电化学测试结果进行比较, 结果表明: 合适的表面粗糙结构是制备具有优良耐蚀性能的超疏水膜的关键. 接触角测量和电化学测试结果表明: 构建的白铜基超疏水表面的接触角可达152.8o, 该超疏水膜能够大幅提高白铜在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能, 缓蚀效率达到96.1%.
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Si和Y掺杂对(Ti, Al)N涂层结构和性能的影响
范永中 张淑娟 涂金伟 孙霞 刘芳 李明升
金属学报. 2012, 48 (1): 99-106.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00292
摘要   PDF (3603KB)
分别在未施加偏压和施加-100 V偏压条件下, 利用磁控溅射技术在压气机叶片用 1Cr11Ni2W2MoV热强不锈钢基体上沉积了Ti0.3Al0.7N和Ti0.39Al0.55Si0.05Y0.01N硬质涂层. 实验结果表明, 施加偏压及Si和Y掺杂明显改变了涂层的相结构, 提高了涂层致密度, 施加-100 V偏压且添加Si和Y的涂层为非晶结构, 表面更加均匀致密. 950 ℃氧化实验表明: Ti0.39Al0.55Si0.05Y0.01NN涂层表面形成极薄且致密的 Al2O3保护性氧化膜, 大大降低了氧化速率. 施加-100 V偏压的(Ti, Al)N和(Ti, Al, Si, Y)N沉积态涂层与未施加偏压的相应涂层相比, 硬度均降低, 尤其是(Ti, Al, Si, Y)N涂层变化显著. 经950 ℃热处理, 施加偏压的(Ti, Al, Si, Y)N涂层硬度略有降低, 这是由于形成了硬度较低的B4相, 而未施加偏压的(Ti, Al, Si, Y)N涂层硬度显著提高, 这归因于B1相固溶体的分解. 划痕测试结果表明, 在实验载荷(50 N)下, 所有涂层均未出现连续性的剥落.
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预变形对Zr-Sn-Nb合金淬火时效晶粒及析出相的影响
柴林江 栾佰峰 陈建伟 邱日盛 刘庆
金属学报. 2012, 48 (1): 107-114.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00533
摘要   PDF (6495KB)
采用SEM附带的背散射电子通道衬度(ECC)像、二次电子(SE)像及能谱(EDS)分析技术, 研究了β相水淬后预变形处理对Zr-S--Nb合金在时效过程中再结晶和第二相析出的影响规律. 结果表明, 未引入预变形直接时效时所得组织中再结晶晶粒尺寸粗大且形状不规则, 第二相粒子尺寸差异也较大, 其中尺寸大的第二相粒子为含Cu的Zr3Fe, 主要沿原β晶界分布; 预变形后再时效的组织中再结晶晶粒显著细化且尺寸均匀, 第二相粒子尺寸差异减小, 大尺寸的Zr3Fe粒子主要沿α再结晶晶界分布. 无论有无预变形或时效时间长短, 晶粒内部析出相均为弥散分布的小尺寸Zr(Fe, Cr, Nb)2}粒子. 引入预变形会减弱沉淀相沿晶界析出和急剧长大的倾向, 使锆合金的微观组织和第二相分布特征改变.
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热轧螺纹钢化学剂冷却过程温度场的数值模拟及实验研究
魏洁 董俊华 柯伟
金属学报. 2012, 48 (1): 115-121.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00474
摘要   PDF (3545KB)
本文对化学剂冷却热轧螺纹钢在两段式冷却(前段化学剂FM冷却+后段水冷)过程中的温度场进行了有限元模拟, 并在实验室对前段化学剂FM冷却生成的氧化皮的耐蚀性能进行了评价. 采用工业现场一段式水冷的工艺参数, 模拟了一段式水冷的温度场. 对比一段式水冷的温度场, 分析了两段式冷却的工艺参数对冷却过程温度场的影响. 结果表明, 在前段化学剂FM冷却时, 采用较小的对流换热系数, 有利于提高前段化学剂冷却时的氧化温度, 从而改善氧化皮的质量; 在后段水冷时, 在保持原一段水冷的对流换热系数的情况下, 两段式冷却水冷段的冷却曲线与一段式水冷非常接近, 能够满足III级热轧螺纹钢的力学性能的要求. 采用有限元模拟优化的工艺参数, 在实验室模拟了前段化学剂FM冷却过程, 获得了致密的氧化皮, 其耐蚀性能显著优于水冷钢筋, 说明采用前段化学剂冷却来改善水冷钢筋的耐蚀性能是可行的.
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含TRIP效应的Fe-18Mn-Si-C热轧TWIP钢的设计与研究
刘仁东 史文 何燕霖 李麟 王福
金属学报. 2012, 48 (1): 122-128.   DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00375
摘要   PDF (1966KB)
本文采用层错能估算和相图计算的方法, 通过增C降Mn的成分优选, 设计了 Fe-18Mn-0.528Si-0.6C(质量分数, %)实验钢, 研究表明, 该钢种在室温拉伸变形时会发生γ→ε相变. 借助OM, XRD和TEM对热轧实验钢板室温拉伸性能测试前后的组织进行了分析与研究, 结果表明: 经过1100 ℃开轧, 850 ℃终轧后空冷的热轧钢板由于孪晶诱发塑性(TWIP)+相变诱发塑性(TRIP, γ→ε)双重效应的作用, 实现了抗拉强度超过1 GPa, 延伸率大于60%的优良性能, 达到了第三代汽车用钢的要求; 淬火ε马氏体和应力诱发ε马氏体的存在会导致力学性能下降.
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