最新刊期
2024年第45卷第4期
- 摘要：航空航天、能源、石油化工、船舶、轨道交通、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域的高端装备产业发展强劲，对特殊钢和特种合金材料的质量和性能提出了更高的要求，需求量激增。因此，最近十几年我国特种冶金行业得到了快速的发展。首先，分析和总结了我国上述高端装备制造用超高强度钢、高温合金、耐蚀合金、耐热钢、特种不锈钢、高性能轴承钢、工模具钢以及精密合金等的新需求。其次，分析了传统特种冶金流程和几种特冶新流程的发展现状与趋势，重点强调了与转炉/电弧炉炼钢流程相结合可以为电渣重熔和真空电弧重熔提供高洁净的自耗电极，也可以为真空感应炉提供纯净原材料，用连铸坯作为自耗电极的抽锭式电渣重熔后接轧制工艺的电渣短流程可以显著提升生产效率和降低生产成本。同时，也简要介绍了高氮不锈钢冶炼的双联工艺和工模具钢的粉末冶金和喷射成形工艺流程。再次，分析和总结了我国特种冶金产业发展现状，以及新技术和新装备的进展情况。最后，对未来十年我国特种冶金的技术发展提出了建议和展望。关键词：特种冶金;特殊钢;特种合金;工艺流程;冶金装备9|8|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：随着高性能航空发动机对材料要求的不断提高，新型镍基变形高温合金的合金化程度和γ'相质量分数也在不断增加。这就导致了合金的熔炼难度逐渐提高。高合金化的新型镍基变形高温合金一般通过真空感应熔炼（VIM）+保护气氛电渣重熔（PESR）+真空电弧重熔（VAR）三联工艺来生产。受合金化程度的影响，合金在熔炼过程中易产生液固相间的溶质分凝和元素偏析，电极和铸锭在热应力与相变应力的综合作用下极易发生开裂，造成后续重熔过程电弧波动，从而对铸锭质量造成不利影响。电极裂纹问题是高温合金凝固过程中产生的一种复杂冶金缺陷，也是长期困扰我国高合金化难变形高温合金锭型扩大的共性技术难题。基于此，综述了近年来作者团队和国内外研究组在变形镍基高温合金熔炼过程中裂纹的形成机制、裂纹的影响因素及裂纹控制方面的研究进展，并对沉淀强化型镍基变形高温合金的未来发展方向进行了展望。关键词：三联熔炼;高合金化;高温合金;裂纹形成机制;裂纹控制4|2|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：加压电渣重熔是目前工业化制备高氮钢和高氮合金最为有效的生产路线，是当今电渣冶金领域的研究热点和前沿技术。介绍了加压电渣重熔成套设备、工艺技术发展和主要产品特点。对当前加压电渣炉装备中氮化合金加料系统和水-气动态平衡系统等核心部件进行综述；针对加压电渣重熔生产中的工艺难点，阐述了氮化合金增氮和气相增氮技术的机理和方法、新型高效发热精炼重熔渣系开发及元素精准控制等新工艺技术发展。近年来，随着国内新建的系列国产化中试规模加压电渣炉的应用和系列高氮钢产品的成功研制，我国在加压电渣重熔成套装备的自主研制和工艺技术开发上取得的较大突破，并逐步向国际先进水平迈进。同时，深入开展工业级加压电渣重熔成套装备的自主研制和工艺技术研发，保障我国航空、航天和军工等领域高端高品质特殊钢和特种合金等急需的关键材料制备，是我国发展现代电渣冶金技术的重要方向。关键词：加压电渣重熔;高氮钢;氮合金化;渣系;工艺开发5|4|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：作为先进航空发动机不可缺少的核心部件之一，镍基单晶涡轮叶片（简称单晶叶片）的空心结构尺寸精度、合金元素的分布均匀性和表面及内腔冶金质量等要求极为苛刻。研究发现，定向凝固过程中温度梯度的控制直接影响单晶叶片性能和质量，能否持续获得稳定热流成为定向凝固技术的关键。随着计算机技术的不断进步，数值模拟已经成为单晶叶片定向凝固研究的重要手段之一。首先，对单晶叶片制备技术进行了介绍，分析了定向凝固过程中的传热方式。其次，总结了数值模拟界面换热系数边界条件的优化方法，重点介绍了Beck非线性估算法和有限差分法在界面换热系数求解中的应用，证明了两种方法均可以对铸件/型壳间的界面换热系数进行求解，有效提升了温度场模拟的准确性。最后，对定向凝固过程温度场数值模拟的研究进展进行了追踪，总结归纳出了工艺参数对温度场的影响规律。基于对镍基单晶涡轮叶片定向凝固过程温度场数值模拟研究进展的分析，提出了定向凝固工艺优化方向以及相关技术后续的发展趋势，以促进单晶涡轮叶片的高质量研发。关键词：镍基单晶涡轮叶片;定向凝固;数值模拟;温度场;界面换热系数4|0|0更新时间：2025-05-09
综述
- 摘要：基于相场法建立了流-热-质全耦合模型，模拟了真空自耗电弧重熔（VAR）过程铸锭柱状晶在强制流场中的生长。对比柱状晶在有无流场条件下的生长特征解析熔体流动对柱状晶生长的影响机制。模拟结果表明，凝固前沿流场速度大小为45 μm/s，方向与枝晶生长方向垂直时，二次枝晶表现出“迎流”生长，枝晶干受冲刷作用向下游倾斜；相邻枝晶形成细小涡流，枝晶干上游侧溶质和热量随熔体带入下游侧，上游侧溶质和温度边界层厚度减小，由无流场时的51 μm降至31.5 μm，温度梯度大促进二次枝晶发展；下游侧边界层溶质和热量富集程度大，边界层厚度增至78 μm，梯度减小明显抑制二次枝晶发展。下游溶质浓度高于无流场情况，枝晶生长缓慢增大微观偏析风险。关键词：真空自耗重熔;相场法;柱状晶生长;强制流场;溶质场;温度场2|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：研究了不同电子束精炼参数对熔体凝固过程中夹杂物的类型、数量和尺寸分布等影响机制。通过对不同功率精炼后FGH4096合金中O和N含量以及夹杂物的类型、数量和尺寸分布进行了统计分析，结合夹杂物生长动力学揭示了电子束精炼功率对夹杂物生长的影响。电子束精炼制备的FGH4096合金中碳氮化合物和复合相夹杂物的数量密度在夹杂物中占比最大，两者占比达到了95.53%。在碳氮化合物和复合相夹杂物中，TiN-TiC、TiN-（Ti，M）C和Al2O3-TiN-（Ti，M）C的占比较大。夹杂物生长动力学计算结果表明，功率从9 kW增加到12 kW时，由于功率的增加提升了夹杂物形成元素的去除效率，限制夹杂物生长所需的元素含量、降低夹杂物的形成温度从而缩短其生长温度区间。此外，由于冷速变化较小导致夹杂物的生长时间较短，夹杂物尺寸减小。而当功率从12 kW增加到15 kW时，O和N含量降幅较小而熔体冷速的降幅较大，导致夹杂物的生长时间延长。这降低了杂质元素含量去除所带来的影响，夹杂物尺寸增大。关键词：电子束精炼;FGH4096;夹杂物;动力学3|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：为探究大尺寸高温合金真空自耗重熔工艺，提高铸锭均质化、洁净化水平，采用数值模拟与工业试验相结合的方法，研究了
- 摘要：以
- 摘要：本文在M2高速钢的电渣重熔过程中施加了横向稳恒磁场，利用光学显微镜、扫描电镜和金属夹杂物分析仪等方法检测了外加横向静磁场对M2高速钢电渣锭凝固组织、夹杂物及力学性能的影响。结果表明，应用横向静磁场后M2电渣锭的凝固组织得到改善，其中，晶粒生长角由52.03°降低至21.99°；熔池深度由44.2 mm降低至18.8 mm；共晶碳化物尺寸得到了细化，粗大的网状聚集得到破碎。夹杂物的去除效率得到了提升，在4 mm2的检测区域内，夹杂物的数量由2 119个降低至1 064个。电渣锭横/纵截面的硬度均匀性均获得了提升。分析认为，外加横向稳恒磁场与重熔电流交互作用产生的电磁振荡效应减小了金属熔滴的尺寸，促进熔滴分散滴入金属熔池，使得熔池中的温度分布更加均匀，形成更加浅平的金属熔池。同时，更加浅平的金属熔池减小了局部凝固时间，抑制了共晶碳化物生长的动力学条件，从而获得更加细小的碳化物尺寸。外加横向静磁场在液膜层-熔滴-熔池三阶段强化去除作用提升了夹杂物去除效率。关键词：磁控电渣重熔;横向静磁;M2高速钢;凝固组织;碳化物;夹杂物;硬度均匀性2|1|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：基于实验室小型低频电渣重熔装置，以使用70%CaF2+30%Al2O3渣系电渣重熔304 L奥氏体不锈钢为研究对象，详细分析低频条件下不同的重熔电流对电渣锭夹杂物数量、尺寸及类型的影响规律。结果表明，与工频电渣重熔（50 Hz，1 800 A）相比，低频（2 Hz）条件下，采用不同的电流（1 800、1 400 A）电渣重熔后，电渣锭中的w［O］分别增加了172.2%、75.5%，w［N］分别降低了4%、3.4%。在低频下，采用不同的电流重熔时，电渣锭中夹杂物的种类并无改变，但是夹杂物的数量及各类夹杂物占比有所改变。低频下夹杂物数量随着电流的降低而减少，但是与工频条件下相比夹杂物数量仍然增高了173%（1 800 A）与63.7%（1 400 A），增加部分基本为10 μm以下的细小夹杂物，大尺寸夹杂物（＞10 μm）数量增加较少。关键词：电渣重熔;电流;低频;夹杂物;洁净度2|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：在电渣重熔的过程中，钢中气体成分（如H、O、N等）的含量受所用渣系的气体渗透率影响显著。为了探索出一种适合核电用316H不锈钢的低氢渗透率的电渣重熔用渣系，测定了5种电渣重熔渣系的氢渗透率。研究结果表明，新开发的63%CaF2-30%Al2O3-7%MgO渣系的氢渗透率最低。同时65%CaF2-30%Al2O3-5%MgO渣系的氢渗透率与之较为接近，并且这两种渣系的氢渗透率与钢厂电渣生产所用原渣系60%CaF2-20%Al2O3-20%CaO的氢渗透率相比均有明显降低，分别由6.58×10-6 mol/（cm·min）降至1.89×10-6 mol/（cm·min）和2.18×10-6 mol/（cm·min）。熔渣的光学碱度越大，氢渗透率也越大。渣中的CaO有较大的水容性，在电渣重熔过程中容易使钢锭中的氢含量升高，渣系中MgO的添加能够显著地降低氢渗透率。在研究条件下，渣系的组元对渣系的氢渗透率的影响比光学碱度更为显著。关键词：电渣重熔;奥氏体不锈钢;316H;核电;氢含量3|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：非金属夹杂物是影响高温轴承钢疲劳性能的重要因素。为了提高M50高温轴承钢的夹杂物控制水平，分析了三七渣电渣重熔精炼技术对夹杂物的影响。采用场发射扫描电子显微镜和能谱仪对夹杂物进行了表征，采用X射线荧光光谱仪分析了电渣重熔前后渣料成分的变化。在自耗电极中，夹杂物为尺寸较小的Al2O3-SiO2，其中，w［SiO2］较高（平均值为29.3%），不存在聚集状夹杂物。经过电渣重熔，夹杂物转变为Al2O3，而且存在大尺寸的簇状夹杂物；渣料中w［SiO2］从1.73%增加到3.42%，同时Al2O3含量发生降低；钢中w［Al］从＜0.000 5%显著增加到0.020 7%，w［Si］从0.356%降低至0.296%。基于渣-钢反应理论对电渣重熔过程的冶金反应进行了解释。钢液中的溶解Si和熔渣中的Al2O3在钢液和熔渣的界面发生反应，产物为溶解Al和SiO2。随后溶解Al扩散进入钢液并与夹杂物中SiO2发生反应，产物为溶解Si和Al2O3。最终使得钢中夹杂物转变为Al2O3。提出了控制三七渣电渣重熔M50轴承钢中夹杂物的方法。关键词：电渣重熔;高温轴承钢;M50;夹杂物;渣-钢反应;三七渣4|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：采用冶炼成本较低的EAF→VOD→LF+VD→浇注6 t电极棒→真空自耗重熔（VAR）的新工艺流程代替传统双真空冶炼工艺生产15-5PH不锈钢，使用扫描电镜、ASPEX等对其探伤点状缺陷进行检测，并分析其产生原因。结果表明，自耗电极中已存在铝酸钙及镁铝尖晶石非金属夹杂物，真空自耗重熔过程的不稳定，将锭冠和非金属漂浮物卷入熔池残留在自耗锭中，导致锻造成材后产生点状缺陷。通过工艺优化改进，VOD还原渣料由铝粒9 kg/t调整为硅铁8 kg/t、铝粒5 kg/t复合脱氧，精炼渣系成分由（质量分数）CaO为50％～55％、SiO2为10％～15％、Al2O3为20％～25％调整为CaO为45％～50％、SiO2为5％～10％、Al2O3为33％～38％，真空自耗重熔熔速由4.2 kg/min提高至6 kg/min、熔滴时间由0.23 s提高至0.27 s，自耗电极洁净度得到较大的提升，自耗重熔过程熔速控制稳定，熔池液面非金属漂浮物得以去除，成品材高低倍检验均满足标准要求，探伤合格率提高至98%以上。关键词：15-5PH不锈钢;点状缺陷;精炼渣系;真空自耗重熔;熔滴时间6|2|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：随着电渣钢品质的不断提升，普通电渣炉亟须进行全密闭气氛保护的升级改造，从而解决电渣重熔过程元素烧损、增氧、增氢、氢气孔等问题。采用新型的电渣炉气氛改造技术，分别用5 t和2 t电渣炉对GCr15SiMn轴承钢和GH2132高温合金进行传统气氛保护电渣炉和新型电渣炉的对比试验。冶炼过程中实现了结晶器内氧分压低至1×10-6。试验数据显示，传统气氛保护电渣炉冶炼下，GH2132中Ti收得率低，仅为88%；GCr15SiMn轴承钢电渣重熔过程中增w［O］量大，可达5×10-6。而在新型气氛保护改造中，GH2132中的Ti收得率高达96%；重熔过程轴承钢增w［O］控制在3×10-6以内，电渣锭中w［O］稳定控制在10×10-6以内，其电渣锭效果媲美气保电渣炉。以上炉内氧分压和电渣锭检测结果表明，电渣炉气氛改造后，可有效解决传统气氛保护改造技术下，往复的热浪涌出和负压吸气导致的结晶器内氩气保护不稳定，从而造成电极表面氧化，氧化皮掉入渣中引起的熔渣氧势升高和电渣锭增氧的问题；尤其对于GH2132高Ti低Al型高温合金，普通电渣炉加入脱氧剂Al条件下，无法避免Ti的烧损，只能导致电渣锭增Al。关键词：电渣重熔;气氛保护;钛烧损;GCr15SiMn轴承钢;GH2132高温合金2|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：为了获取高质量的含稀土单晶叶片，采用座滴法研究了La含量对CMSX-4单晶合金与陶瓷型壳润湿性及界面反应的影响。实验结果表明，添加90×10-6 La时，合金与型壳的润湿角略有下降，合金中仅发现Al与型壳中的SiO2发生反应，形成产物为Al2O3；当合金中w［La］达到143×10-6时，合金与型壳的润湿角显著下降，合金中的La和Al都与型壳中的SiO2发生反应；随后继续增加La含量，界面处析出不同La、Al原子比的铝酸镧化合物，润湿角变化不大。由此可见，实验中，143×10-6为CMSX-4单晶合金中La发生界面反应的临界含量，而且，La与SiO2的反应可以提高合金/型壳体系的润湿性。关键词：La含量;CMSX-4单晶合金;润湿性;界面反应4|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：高氮不锈钢中氮含量的精准控制是生产关键控制要素。以Mn18Cr18N高氮钢为研究对象，利用冶金学原理、Factsage热力学软件及热态实验与检测分析等方法，对加压感应熔炼过程钢种成分、温度及氮气压力与氮含量控制的关系进行研究。结果表明，基于理论数据的“成分-温度-压力”关系方程可信度高，3炉实验的氮气压力理论值、预测值与实际控制值吻合度良好。热态实验验证发现，Mn和Cr含量不变时，依靠提高氮分压可以提高钢锭中N含量，但是w［N］达到约1%时，通过提高氮分压增加氮含量的效果降低。Mn或Cr含量低时，可以通过提高氮分压达到提高氮含量的目的。降低钢中C和Si含量有利于钢中高氮含量的合金化及稳定控制。当需要控制Mn18Cr19N钢中的w［N］≥0.8%时，宜控制加压炉熔炼温度在1 500～1 550 ℃，氮气压力在0.225～0.325 MPa。关键词：Mn18Cr18N;高氮钢;加压熔炼;热力学;氮含量3|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：采用真空感应炉熔炼H13模具钢，在氩气保护下加入稀土镧处理钢液并浇铸成钢锭，研究了La处理对H13钢中夹杂物转变的影响。结果表明，La对H13钢中夹杂物具有很好的改性效果，随La含量的提高，夹杂物的数量呈上升趋势，夹杂物的平均尺寸先减小后增大。不添加稀土时，H13钢中夹杂物主要为Al2O3和MnS；当H13钢中w［La］为0.016%时，钢中夹杂物以La2O2S为主；当w［La］为0.045%和0.073%时，钢中夹杂物主要为LaP和La2O2S。热力学计算表明，在1 600 ℃下钢液中，La处理后夹杂物的转变过程为Al2O3→LaAlO3→La2O2S。在凝固过程中，钢液中首先析出La2S3，当温度继续降低，LaP开始在La2S3和La2O2S表面析出，最终形成复合夹杂物La2O2S-LaP和La2S3-LaP。关键词：H13热作模具钢;La处理;夹杂物;热力学计算374|2|0更新时间：2025-05-09
冶炼与凝固
- 摘要：通过化学成分测试分析、扫描电子显微镜观察、透射电镜观察、力学性能检测等分析方法，研究了粉末粒度、粉末处理工艺以及粉末处理环境对FGH95合金氧含量的影响。结果表明，粉末处理环境对FGH95合金的氧含量及组织影响较大，相同粒度气雾化粉末在空气中处理后，其制备的合金氧含量相比惰性气体环境中除气制备的合金增加了115%，而低氧环境中制备FGH95合金的w［O］仅为0.003 9%，其PPB组织得到明显改善；同样在惰性气体环境中经过室温和450 ℃除气处理，0～45 μm粉末比0～75 μm粉末制备的FGH95合金氧含量增加了33%；在低氧环境中，除气温度对合金氧含量影响不大；氧含量的差异并未对FGH95合金的室温强度造成较大影响，但氧含量增高会降低合金的塑性。关键词：镍基高温合金;粉末;氧含量;热等静压;组织;力学性能3|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：通过热压缩模拟实验研究了1Cr16Co5Ni2MoWVNbN耐热钢在热变形过程中的动态再结晶行为，通过Deform 3D有限元数值模拟研究了应变速率和坯料尺寸对1Cr16Co5Ni2MoWVNbN 耐热钢球座模锻成型工艺的影响。热压缩试验结果表明，1Cr16Co5Ni2MoWVNbN 耐热钢发生动态再结晶、混晶现象不明显的临界变形量约为20%，增大应变速率有利于在小变形量下，获得更加均匀的组织。数值模拟结果表明，随着应变速率提高，模锻件最小变形区域的等效应变与等效应力均增加，随着坯料直径增加，模锻件最小变形区的等效应变下降，等效应力先降低后提高。应变速率为0.1 s-1时，坯料直径
- 摘要：研究了热处理工艺对140 ksi等级In718合金组织与性能的影响。固溶温度采用1 023、1 030、1 050 ℃三个温度，时效温度采用760、780、800 ℃三个温度，交叉试验共9组试验数据。然后对经不同热处理工艺后的合金试样进行室温拉伸、-60 ℃夏比V型冲击、硬度、晶粒组织等指标进行测试，并对断口组织和析出相进行分析。研究表明，随着固溶温度升高，In718合金强度降低、塑韧性升高，晶粒尺寸增大、δ相量减小；相同固溶温度下，随时效温度升高，In718合金强度降低、塑韧性升高，时效温度对晶粒尺寸无影响，γ″相的形貌由颗粒状、球状逐渐粗化为针状，γ″相数量也呈现减小趋势。其中，在1 023 ℃固溶处理和760 ℃时效处理后合金的综合性能最佳，抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性等指标匹配达到最好水平。关键词：热处理工艺;In718合金;组织;性能;析出相7|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：基于高耐磨性的需要，设计了一种W3Mo4Cr5V6高钒高速钢，利用SEM、EMPA等手段对该钢高温加热过程亚稳态M2C碳化物的分解转变行为进行了分析。结果表明，共晶碳化物M2C在高温加热过程会发生M2C+γ-Fe→M6C+MC+M7C3的转变，在富Mo、W的M2C相周围形成了大量富W、Mo的M6C及少量富V的MC和富Cr的M7C3。随着温度由950 ℃增至1 150 ℃，M2C高温转变逐渐趋于完全，且纤维状M2C比层片状M2C更易分解转变，最终，由呈断续网状分布于奥氏体晶界的层片或纤维状形貌向零星分布于晶界的颗粒状形貌过渡，可有效减少网状碳化物对晶界的危害。研究可为高速钢中晶界碳化物成分、形态控制及其热加工、热处理过程温度与时间等参数选择提供有效参考。关键词：高速钢;电渣重熔;M2C碳化物;高温转变;成分分析2|0|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：本文研究了不同预淬火温度的QTA（Quenching-Tempering-Austempering）复相热处理工艺（Q为1 030 ℃，30 min；T为520 ℃，2 h；A为250 ℃，3 h）对冷作模具钢DC53的微观组织和力学性能及摩擦磨损性能的影响，并与常规淬火-回火（Quenching-Tempering，QT）热处理工艺（Q为1 030 ℃，30 min；T为520 ℃，2 h）进行对比。结果表明，QT工艺得到的组织以回火马氏体为主；QTA工艺可以得到下贝氏体/马氏体（Lower Bainite/ Martensite，LB/M）为主的复相组织，这些复相对原奥氏体晶粒的分割产生的细晶强化作用部分抵消了LB和残余奥氏体（AR）的弱化作用，并且，这些复杂的微观组织极大提升了DC53钢的冲击韧性；当QTA的预淬温度为100 ℃时，其硬度仅比QT工艺低1.4HRC，但是冲击吸收能量却是QT工艺的2.44倍。因此，优化的QTA工艺可以得到较高的强韧综合性能。关键词：冷作模具钢;DC53;热处理;微观组织;力学性能416|0|0更新时间：2025-05-09
形变与相变
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