最新刊期
2025年第46卷第3期
- 摘要：一体化快堆采用金属燃料，燃料包壳工作温度介于350~630 ℃，工作周期将最长达到50 000 h以上。随着工作周期延长，包壳承受的快中子辐照剂量将由目前的MOX燃料的80 dpa增加到150~300 dpa，因此，发展承温能力高、抗辐照性能优异的新型包壳材料，成为一体化快堆发展的重要组成部分。文章概述了铁素体/马氏体钢（铁马钢）材料的发展背景，分析了不同牌号铁马钢力学性能、辐照性能特点及不同合金元素对钢的性能的影响规律，进而提出了适用于一体化快堆堆芯组件用铁马钢材料的合金优化策略。利用优化策略对HT9钢进行初步改进，改进后的HT9G进行室温拉伸测试和700 ℃/100 MPa持久寿命测试。结果表明，改进后的合金具有良好的拉伸强度和持久寿命，其室温屈服强度可达880 MPa，比T91钢提高约310 MPa，比HT9和T92钢提高约80~120 MPa；700 ℃、100 MPa持久寿命达372~385 h，远高于HT9同条件下的70~82 h。显示出强韧化设计的有效性，为组件结构材料的进一步优化设计和长时持久强度提升奠定了基础。关键词：一体化快堆;燃料包壳材料;铁素体/马氏体钢;辐照性能;持久强度21|2|0更新时间：2025-05-09
综述
- 摘要：通过研究真空自耗重熔高温合金和特种不锈钢过程中极间电弧的行为变化，分析了电极尺寸、外部质量、气体含量等因素对电弧与熔炼稳定性的影响。结果表明，电极直径偏差较大时，明显影响料杆移动速度计算，从而异常地调节电弧间隙，出现短路、熔滴频率偏离等工况，应控制其锥度≤0.5%；电极上的裂纹和缩孔缺陷干扰电弧稳定控制，尤其横裂纹导致熔滴和熔速严重失稳；母材氮含量较高时气体溢出显著，会引起电弧偏移，熔滴、气氛压力波动。因此，电极制备时控制w［N］≤0.003%为宜；不同炉台存在明显设备差异性，应针对性探索合适的PID控制参数。关键词：VAR;电弧行为;稳定性;自耗电极17|4|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：GH4151是一种高性能沉淀强化的新型镍基高温合金，适合用于航空发动机涡轮盘锻件的制造。基于经过工业验证的MeltFlow软件，研究了不同熔炼工艺参数对GH4151合金电渣重熔过程的影响。结果表明，随着电渣重熔的进行，不同冶炼时刻熔池形貌分布为整个熔池呈现中心深，周围浅，熔池最后凝固在渣池-金属液交界面中心处。随着熔速增加（1.5~4.5 kg/min），熔池最大深度从360 mm增加到474 mm，糊状区最大宽度从60 mm增加至99 mm，同时，局部凝固时间、二次枝晶间距和黑斑形成概率皆增大；随着电极直径增加（填充比从0.27增加至0.94），熔池深度和糊状区宽度变化不大，但熔池体积减小了0.001 5 m3，渣皮厚度减小了约1 mm。黑斑形成概率和局部凝固时间随着电极直径增加均减小。因此，应适当减小熔速，增大电极直径（增大填充比），对合金凝固质量更有利。关键词：GH4151合金;电渣重熔;熔速;填充比13|5|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：通过Thermo-Calc软件的模拟计算，寻求优化316H奥氏体不锈钢板坯的均匀化工艺，以降低最终产品中的高温铁素体含量。采用平衡和非平衡凝固路径模拟，结合实际铸坯样品的金相组织分析，确定了最佳的均匀化热处理参数，从而有效减少铁素体含量。优化前铸坯均匀化热处理温度为1 250 ℃，保温时间1 000 min，最终成品铁素体含量为3%~4%。通过改进均匀化工艺，将工艺调整为两阶段处理，第一阶段在1 250 ℃下保温250 min，第二阶段在1 180 ℃保温250 min。优化后的工艺将成品铁素体含量降低至1%以下，同时，显著改善了材料的显微组织。工艺优化后，成品的室温拉伸强度和冲击韧性均满足材料标准要求。此外，实验结果表明，调整均匀化温度和保温时间可有效促进铁素体向奥氏体的转变，并减少固溶体内偏析现象。关键词：316H;Scheil凝固，Thermo-calc模拟计算，板坯均匀化，高温铁素体8|1|0更新时间：2025-05-09
冶炼与凝固
- 摘要：通过室温拉伸试验，光学显微镜和硬度试验对200 kg的真空感应+真空自耗重熔相结合（VIM+VAR）的冶炼工艺制备Ni-Cr-Al合金进行分析（/%：0.01C，0.10~0.20Si，0.20~0.40Mn，0.01P，0.01S，15.50Cr，4.50Al，3.00Fe，0.005-0.01Y，0.005-0.01Zr）。研究不同道次变形量对Ni-Cr-Al合金材料力学性能的影响。实验结果表明：随着累计冷拔变形量的增加，合金的抗拉强度、屈服强度和维氏硬度逐渐增加，其断面收缩率和伸长率逐渐减少，当变形量增加到一定程度，合金的力学性能基本不发生变化。当Ni-Cr-Al合金的累计变形量达到78.7%，其性能最为优异，Ni-Cr-Al合金的室温抗拉强度、屈服强度、断面收缩率、伸长率和维氏硬度分别为1 449 MPa、1 130 MPa、45%、10%和476。关键词：Ni-Cr-Al合金;冷拔;变形量;力学性能5|3|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：采用传统热处理结合电脉冲处理的方法，对M2高速钢进行了处理，利用金相显微镜、SEM和EBSD观察了显微组织，测试了试样的抗弯性能。结果表明，1 200 ℃预处理试样的奥氏体晶粒尺寸约为24 μm，经过电脉冲处理后，奥氏体晶粒尺寸显著细化，在1 140 ℃淬火时的晶粒尺寸细化到4.8 μm。细化后的M2高速钢抗弯强度最高达到3 799 MPa，比常用热处理1 180 ℃淬火时的抗弯强度提高了39%。与单纯热处理时M2高速钢的奥氏体晶粒尺寸变化相比，可以发现，电脉冲处理产生的晶粒细化效果不是由于循环淬火，而应当是源于快速加热产生的高过热度，以及非热效应对形核率的影响。关键词：M2高速钢;晶粒细化;电脉冲;抗弯强度5|3|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：研究了正火回火9Cr-2W-3Co马氏体耐热钢的组织及其在625 ℃不同应变速率（5×100、5×10-1、5×10-2、5×10-3、5×10-4 s-1）条件下的拉伸强度与断裂机理。结果表明，9Cr-2W-3Co 马氏体耐热钢正火与回火后组织主要是回火板条马氏体组织，原奥氏体晶界与板条束界面有大量含铬的碳化物析出相，基体中含有一定密度的位错。试验钢在625 ℃拉伸，随着应变速率的增加，钢的屈服强度从237 MPa增加到430 MPa，抗拉强度从268 MPa增加到480 MPa，断面收缩率为28%~15.5%。断口中有大量不同尺寸的韧窝，不同应变速率试验钢基体中均存在高密度位错，位错与夹杂物或碳化物析出相交互作用，导致微孔的萌生与扩展，最终导致材料断裂。关键词：马氏体耐热钢;应变速率;析出相;夹杂物;位错9|1|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：以430铁素体不锈钢的深加工性能为背景，研究了稀土Ce对430铁素体不锈钢等轴晶率的影响机理。通过研究稀土夹杂物的位置、数量密度、尺寸与等轴晶率之间的关系，得出了稀土Ce对于430铁素体不锈钢等轴晶率的影响机理。结果表明：随着Ce含量从0%增加到0.039%，含Ce夹杂物的数量密度0个/mm2增加到194.37个/mm2，各试样中含Ce夹杂物的尺寸85%以上在1~2 μm之间，等轴晶率从28.3%增加到84.4%，相应的等轴晶尺寸从1 910 μm降低到310 μm。结合热力学计算结果，随着Ce含量的增加，SiO2夹杂物逐渐被改质为Ce-O，含Ce夹杂物对于铁素体的异质形核作用是导致430铁素体不锈钢等轴晶率提高的主要原因。PROCAST的CAFE计算模型也表明，随着形核剂粒子数量密度的增加，等轴晶率逐渐增加，理论计算结果和实际观察结果基本相吻合。关键词：稀土Ce;430铁素体不锈钢;等轴晶率;异质形核183|2|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：通过添加微量镧（La）和铈（Ce）稀土元素，制备了成本低、耐蚀性优异的钢筋。利用电化学工作站、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段，研究了稀土添加量对耐蚀钢的组织和耐蚀性能的影响。结果表明，稀土元素细化了晶粒尺寸，促使长条状、形状不规则的MnS和Al2O3·SiO2复合型夹杂物转变为尺寸更小、形态更规则的球形夹杂物（Ce，La）2O2S。添加稀土元素后，耐蚀钢的腐蚀电位发生正向移动，降低了腐蚀电流。此外，稀土元素可以使腐蚀产物中不稳定的 γ-FeOOH 含量减少，形成更多稳定的α-FeOOH，增强了锈层的稳定性、致密性和附着能力。随着稀土含量的增加，耐蚀钢的耐腐蚀性能呈现出逐渐提高的趋势，其中，0.01%稀土添加量的耐蚀钢表现出最佳的耐腐蚀性能。关键词：稀土合金化;耐蚀钢;夹杂物改性;腐蚀性能213|1|0更新时间：2025-05-09
产品研发
- 摘要：采用电子背散射衍射、透射电镜、扫描电镜和力学实验研究了卷取温度对Ti微合金高强钢力学性能的影响。结果表明，随着卷取温度的增加，钢材的晶粒尺寸和小角度晶界占比增加，大角度晶界和位错密度下降。卷取温度从595 ℃升高到625 ℃，钢材的抗拉强度降低了4%，伸长率增加了32%，低温冲击韧性下降了53%。大角度晶界的迁移和消除以及晶粒尺寸增加，细晶强化作用减弱，从而降低了钢材的强度和低温韧性。钢中小角度晶界占比的增加和位错密度的下降则有效防止了裂纹的扩展和脆性断裂的发生，进而提高了钢材的塑性。在卷取温度为610 ℃时，钢材的拉伸性能和低温冲击韧性没有明显下降的同时，且钢材具有较高的伸长率。继续增加卷取温度，钢材的强度和低温冲击韧性显著下降。关键词：卷取温度;钛微合金钢;高强钢GCL700;拉伸性能;冲击韧性;微观组织4|2|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：为了获得组织性能稳定的GH4169合金丝材，研究了不同冷拉变形量和退火处理工艺对GH4169合金丝材组织和性能的影响。采用两种冷变形路径制备
- 摘要：运用KKS模型构建二维及三维相场模型，探究Fe-1.5% C合金在凝固阶段的三维微观组织生长机制。通过高温激光共聚焦技术，实现二元合金结构的原位观测，并将观测结果与模拟数据进行对比，以此验证相场模拟的准确性。研究结果表明，不同冷却速率下，枝晶生长的长度存在明显差异。进一步分析发现，三维相场模拟在预测合金凝固过程中枝晶生长情况的准确性高于二维模拟。当冷却速率为2 000 ℃/min时，三维模拟中主枝晶生长长度达到0.6 µm，与实验值0.5 µm相近；而当冷却速率提升至3 000 ℃/min时，三维模拟结果为1.4 µm，与实验观测值1.45 µm高度一致。此外，各向异性强度对枝晶生长具有决定性作用，其值在0.045临界点时，决定了二维和三维空间中枝晶生长的稳定性，一旦超过此临界值，会导致枝晶发生失稳现象。关键词：Fe-1.5% C合金;枝晶生长;高温激光共聚焦;二元合金4|2|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：SA-106B无缝钢管经过感应加热后，热弯制时出现裂纹，对SA-106B无缝钢管的理化性能和全截面的硬度均匀性进行分析，并采用光学显微镜对开裂样品进行检验，配合能谱分析，确认热弯开裂原因为钢管在生产过程中，钢管表面与Cu质配件接触，造成Cu黏附在钢管表面，感应加热时，形成了熔融的富Cu相，富Cu相侵蚀钢管表面的晶界，并沿晶界向内扩散，在受到拉应力作用时，造成了“铜脆”开裂。经全面排查，提出了将矫直机出口导筒材质由“黄铜”更换为尼龙板的改进措施，可以有效避免“铜脆”开裂。通过分析表明，对于需要进行热弯加工的钢管，生产过程中不能使用铜质配件及类似的低熔点金属材料配件，避免出现“铜脆”开裂及低熔点金属材料污染导致的开裂；同时，在转移及装卸和存储过程中，也应注意避免接触铜质配件及类似的低熔点金属。关键词：SA-106B;钢管;热弯;铜脆;晶界开裂;富Cu相8|2|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：采用光学显微镜（OM），扫描电镜（SEM），JMat Pro软件以及拉伸试验等研究了380～620 ℃回火对双真空熔炼的二次硬化钢显微组织及力学性能的影响。试验结果表明，在380～620 ℃回火，试验钢基体组织随着回火温度的升高，由回火板条马氏体转变为回火索氏体，同时奥氏体增多；抗拉强度和屈服强度数值在440 ℃时达到峰值，这可能和回火时析出的Fe3C导致试验钢强度升高有关；在440～620 ℃回火时抗拉强度和屈服强度逐渐下降，伸长率和断面收缩率则逐渐上升。此外，冲击断口断裂形式由准解理断裂向韧性断裂+准解理断裂转变。综合试验结果发现，试验钢在496 ℃回火时，力学性能最佳，可以达到较好的强韧化匹配。关键词：齿轮钢;显微组织;力学性能;回火温度3|1|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：采用Thermecmastor-Z热模拟试验机，设置不同变形温度、应变速率等参数进行热压缩试验，结合应力应变曲线和金相组织进行分析，系统研究GH500高温合金高温热变形行为及组织形貌演变规律。结果表明：应力应变曲线呈现出加工硬化、动态回复和动态再结晶特点，应力随变形温度的降低和应变速率的升高显著增加。应变速率为1 s-1，随着变形温度的提升，合金的微观组织由变形晶粒加细小团簇的晶粒演变成完全再结晶晶粒。当变形温度≥1 130 ℃，随着应变速率的提升，合金的动态再结晶晶粒体积分数及尺寸明显增加。变形温度1 180 ℃、应变速率1 s-1，合金动态再结晶充分、无变形晶粒，晶粒细小均匀。根据热压缩试验得到的应力应变曲线和组织演变规律，摸索出合适的模锻工艺，加热温度1 130~1 150 ℃、压下速度10~15 mm/s，锻造过程应变速率为0.04~0.06 s-1，生产出的合金圆饼晶粒基本均匀，合金圆饼经标准热处理后室温拉伸、硬度及高温持久性能满足标准要求。关键词：变形温度;应变速率;动态再结晶;微观组织6|3|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：针对桥梁缆索用超高强92Si盘条全流程热轧过程中组织性能演变规律，采用力学性能检测、微观组织表征等方法分析了热轧过程中连铸坯、中轧前样品、精轧前样品及成品盘条。结果表明：随着轧制进行强塑性逐渐提升，组织细化使得成品盘条相比于铸坯抗拉强度提升了45%。由铸坯到成品盘条，片层间距细化了76%，球团尺寸细化了78%。热轧制全过程中，珠光体片层间距和球团尺寸对屈服强度贡献占比分别为80%和20%。析出相主要为Ti、V的碳化物，而由于轧制过程温度较高，铸坯中部分析出相发生回熔再析出，从而使得盘条中析出相数量及尺寸较小。关键词：桥梁缆索;92Si盘条;热轧;组织性能演变147|5|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：Cr12MoV冷作模具钢采用“90 t超高功率电弧炉熔炼→LF+VD精炼→弧形连铸→连铸坯一火轧制”短流程制造工艺已成功工业化生产。此工艺生产的Cr12MoV扁钢厚度大于50 mm成品存在碳化物网状级别偏高的问题，对模具加工和使用性能有着不利的影响。为解决这一问题，结合Gleeble热模拟实验与仿真模拟技术，系统研究了加热温度和变形温度对碳化物形貌的影响。结果表明，适当提高加热温度有助于碳化物的溶解，但过高的温度会降低材料的塑性。尽管变形温度对碳化物形貌的影响不显著，但通过增加变形向扁钢内部的渗透，可以有效改善碳化物的分布。在工业生产实践中，采用加热温度1 170 ℃，5 h的高温扩散工艺，并结合前4个道次的控温轧制，碳化物不均匀度评级从4级提升至2级，显著提升了成品扁钢的碳化物质量。关键词：Cr12MoV连铸坯;扁钢;高温扩散;控温轧制;碳化物6|4|0更新时间：2025-05-09
形变与相变
- 摘要：纯氢管道输送压力对管道工程的运行效率和安全至关重要。通过高压气相环境下的慢拉伸和疲劳寿命试验，对比研究了不同氢分压对X52M（质量分数/%：0.04C，0.98Mn，0.010P，0.001S，0.033Nb，0.033V，0.16Cr，0.014Ti）管线钢的塑性、疲劳等性能影响规律，并采用金相显微镜、扫描电子显微镜等多种表征技术对材料组织和断裂行为进行了微观机理分析。结果表明，随着氢分压增加，慢拉伸断面收缩率的损失率明显增大，4、6、10 MPa下的损失率分别为10.5%、17.5%、28.5%。氢分压对材料疲劳寿命也有显著影响，当氢分压从6 MPa上升到10 MPa后，疲劳寿命损失率从37.1%大幅增加到63.1%，氢脆敏感性大幅增加。氢分压的增加导致更多的氢致裂纹生成，在氢环境中裂纹难以止裂，最终导致材料氢脆现象更为严重。试验成果可作为氢气输送管道设计与安全运营的重要参考依据。关键词：输氢管道;高压氢;输送压力;慢拉伸;疲劳寿命5|15|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：采用光学显微镜、扫描电子显微镜以及膨胀仪等方法，研究了合金元素Nb与V对4J32合金组织均匀性和膨胀性质的影响。结果表明，当Nb添加量为0.1%时，对奥氏体晶界的钉扎作用不够显著，试样出现晶粒异常长大的现象。而当Nb添加量分别达到0.3%与0.4%时，试样晶粒显微组织均匀，且平均粒径分别减小了24.6%与32.3%。V添加量分别达到0.3%与0.4%，晶粒尺寸分别减小了14.4%与16.3%。Nb对超因瓦合金奥氏体晶粒尺寸的细化能力和显微组织的均匀化能力优于V。当Nb添加量达到0.4%时，NbC主要沿晶界分布，当Nb添加量小于0.4%时，NbC在晶界内少量分布。NbC的析出数量和尺寸随着Nb含量的增加而增大。添加了Nb或V的试验合金的平均线膨胀系数α20-100 ℃≤1.0×10-6/℃满足使用要求。综合来说，Nb、V的添加量为0.3%的合金表现出良好的显微组织均匀性、晶粒细化和膨胀系数组合。关键词：超因瓦合金;Nb、V微合金化;组织均匀化;膨胀系数4|3|0更新时间：2025-05-09
- 摘要：对三销轴零件进行线切割与腐蚀，显微组织观测结果表明，三销轴轴头冷变形率最大的区域存在严重的混晶现象。对此现象进行深入探究，分析该区域混晶的原因为三销轴冷挤压过程轴头两侧区域经历了极大的形变，高温渗碳过程细小的晶粒相互融合，最终形成粗大的晶粒。为消除三销轴零件轴头两侧区域的粗大晶粒，采用不同的正火与退火预处理工艺，使材料内的AlN化合物再次大量析出，并在晶界处形成偏聚，形成新的AlN析出相起到了强力钉扎晶界的作用。不同正火与退火预处理工艺，均可不同程度改善三销轴零件的奥氏体晶粒度，改善效果最佳的预处理方案为900 ℃以上预正火工艺。采用该方案可使原本混晶严重的三销轴零件的晶粒得到改善，三销轴零件晶粒达到7.0级以上。关键词：三销轴;晶粒;正火;退火6|1|0更新时间：2025-05-09
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