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2021年全球釩工業發展報告

吳優, 陳東輝, 劉武漢, 孫朝暉, 張邦緒, 何睿

2022, 43(5): 1-9. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.001

摘要(2028) HTML (249) PDF(299)

摘要:
從2021年全球釩資源、產品、產能、產量、需求、進出口貿易和市場價格等方面闡述和分析了全行業的整體狀況，介紹了2021年世界釩電池領域發生的主要大事件，并依據目前國內外產業運行態勢對后市進行了展望，認為同“制造綠色”相比，產業本體的“綠色制造”水平仍需要得到持續提升與均衡改進；全球釩價受多因素調控影響，仍將呈現震蕩、盤整態勢；未來幾年中國依舊為全球最大的釩供、需市場，產業供給側擴能、擴產態勢將會加速發展，中長期釩需求將由儲能、鋼鐵及材料領域共同支撐。

含釩酸浸液凈化與富集的研究進展

朱思琴, 葉國華, 亢選雄, 梁雪崟

2022, 43(5): 10-22. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.002

摘要(930) HTML (370) PDF(87)

摘要:
在分析含釩酸浸液性質特征的基礎上，評述了含釩酸浸液凈化與富集的研究進展情況。認為目前研究最多的是溶劑萃取法和離子交換法，其中酸性磷類萃取劑選擇性差，中性含磷萃取劑一般是作為協萃劑或改性劑使用，堿性胺類萃取劑在操作過程中容易產生第三相，離子液體在萃取領域展示出良好的應用前景，但其規模化制備等問題尚有待解決；陰離子交換樹脂在大部分pH條件下都適用，但強酸（pH<2）環境時還是螯合樹脂較為適合；傳統的化學沉淀法比較適合作為初步處理或者含釩酸浸液體系較為單一時使用；電吸附法雖萃取率較高，但尚且處于實驗室研究階段；溶劑浸漬樹脂在實際使用時，樹脂中的萃取劑很容易流失而難以大規模推廣。最后提出了今后含釩酸浸液凈化與富集的研究方向。

熔融法短流程制備二硼化鈦高端超細粉體的研究

李文靚, 李德福, 辛亞男, 唐敏

2022, 43(5): 23-29. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.003

摘要(365) HTML (167) PDF(56)

摘要:
基于企業生產研究背景與市場競爭優勢，提出一種固液結合的短流程二硼化鈦高端超細粉體的制備方法，利用廉價的鈦源（二氧化鈦）、硼源，無危險還原劑，采用短流程、低成本的方案制備出高產量、較短生產周期且無環境污染，具有一定工業推廣性的固液結合的高端超細粉體--二硼化鈦。研究了鈦源、硼源的選擇問題、熔融鹽的比例問題、高端粉體的合成溫度、Ti/B摩爾比、保溫時間對TiB₂粉體合成的影響。通過XRD和SEM對粉體的物相組成、顯微形貌進行了表征。研究結果表明: 當選擇摩爾比為1∶1 NaCl-KCl混合鹽的情況下，反應物以TiO₂/B為3∶10(摩爾比)配比，700 ℃保溫2 h時開始有TiB₂生成，隨溫度升高，產物中目標產物的純度逐步提高，保溫溫度需達到950 ℃才可得到純凈的目標產物，無其余副產物生成，形貌為立方狀，棱角分明，粒徑為150 nm左右。若改變保溫時長，當保溫時長為5 h，900 ℃即可得到純凈的目標產物。

采用KOH亞熔鹽處理鈦中礦富集鈦資源研究

鄒敏, 王琪琳, 江文世

2022, 43(5): 30-34, 44. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.004

摘要(328) HTML (90) PDF(41)

摘要:
采用KOH亞熔鹽處理鈦中礦以實現鈦資源的富集，考察了反應溫度、反應時間、堿濃度和鈦中礦粒度等因素對鈦中礦分解情況的影響，采用X射線衍射分析了產物的物相，得出下述結論：①采用KOH亞熔鹽處理鈦中礦可實現鈦中礦的有效分解，其較佳工藝參數為攪拌速度400 r/min，堿渣質量比6∶1，反應溫度為240 °C，反應時間180 min，堿濃度為80%，原料粒度70~80 μm，在此反應條件下，鈦中礦中鈦的轉化率達99%以上，鋁的轉化率98%以上，硅的轉化率在85%以上；②X射線衍射分析表明，亞熔鹽分解產物經800 °C的高溫煅燒3 h后測得的產物主要為六鈦酸鉀（K₂Ti₆O₁₃），說明KOH可有效分解鈦中礦并去除其中的鋁、硅等元素。

鋅系鹽處理劑加量對鈦白性能的影響研究

吳健春, 路瑞芳, 孫薔, 石瑞成, 劉嬋

2022, 43(5): 35-39. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.005

摘要(388) HTML (110) PDF(33)

摘要:
以偏鈦酸為原料，在偏鈦酸中加入不同比例的鹽處理劑，通過調整煅燒溫度制備金紅石含量98%～99%的二氧化鈦。考察鉀、磷、鋅等鹽處理加量對煅燒溫度和鈦白顏料性能的影響。然后通過SEM對鈦白粉的形貌、粒度分布進行分析。結果表明：煅燒溫度和鋅鹽加量呈線性負相關，和鉀鹽與磷鹽加量呈線性正相關。隨著ZnO加量的增加，金紅石合格所需煅燒溫度相應降低，隨著K₂O和P₂O₅加量的增加，金紅石合格所需煅燒溫度相應增加。隨鉀鹽的增加消色力TCS和藍相SCX均呈現先增加后減小的趨勢；隨磷鹽增加，消色力TCS呈現下降趨勢，藍相SCX總體上呈現上升趨勢；隨鋅鹽增加，消色力呈現先增加后降低趨勢。當金紅石合格時，在鋅系鹽處理配方中，隨著K₂O含量上升，鈦白平均粒徑呈現增加趨勢，離散系數先下降后增加；隨著P₂O₅和ZnO含量上升，鈦白平均粒徑呈現下降的趨勢，離散系數先下降后增加。其最佳加量范圍為K₂O: 0.34%～0.38%，P₂O₅: 0.03%～0.05%，ZnO: 0.10%～0.13%。

沸騰氯化生產四氯化鈦除雜工藝探討

代應杰, 魏治中, 王麗娟, 朵云霞, 李亞軍

2022, 43(5): 40-44. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.006

摘要(537) HTML (112) PDF(44)

摘要:
沸騰氯化因具有生產效率高、成本低、環境污染小、自動化程度高等優點，已成為四氯化鈦生產的主流方式。結合雙瑞萬基鈦業公司研究實際，主要討論了沸騰氯化生產四氯化鈦過程中除鋁、除釩以及除去四氯化鈦中固體顆粒雜質的工藝及研究進展，認為采用氯化爐多級旋風分離系統、離心分離系統及真空攪拌蒸發系統除去四氯化鈦中固體顆粒雜質，有機物除釩，配合精四氯化鈦中氧碳雜質在線檢測技術精準除鋁等多項技術措施并用，可以滿足高品質四氯化鈦的制備需求。并認為有機物除釩和四氯化鈦中固體顆粒物綠色環保回收技術將成為四氯化鈦制備的主流工藝。

VN基材料的電子結構調控和超電容性能研究

張東彬, 常智, 滕艾均, 劉天豪, 代宇, 彭顯著, 杜光超, 康舉

2022, 43(5): 45-51. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.007

摘要(613) HTML (102) PDF(86)

摘要:
從改變VN材料固有本征特性的角度出發，提出了一種利用電子結構調控來改善VN材料電化學性能的方法。通過利用Fe元素的摻雜，調控材料的電子結構狀態，達到調控其電化學性能的目的；通過XRD、HRTEM、XPS等方法表征Fe元素摻雜前后對VN基材料微觀形貌和電子結構的影響；結合DFT計算結果表明：Fe元素的電子調控改變了VN材料的電子/離子輸運能力，使得所制備的Fe-VN材料表現出優異的超電容性能；當電流密度為1 A/g時，其比容量為343.75 F/g，同時，經過1000次循環充放電后，仍能保持85%的初始容量。

Ce對V-Mo/Ti脫硝催化劑抗K中毒性能的影響研究

黃力, 岳彥偉, 縱宇浩, 王虎, 李金珂, 高義博, 韓沛

2022, 43(5): 52-58. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.008

摘要(307) HTML (151) PDF(32)

摘要:
為增強工業V-Mo/Ti脫硝催化劑的抗K中毒性能，對其進行Ce改性。采用XRD、SEM、N₂-吸附脫附、H₂-TPR、XPS、NH₃-TPD、NH₃-DRIFTS等表征手段，分析了催化劑的物理性質和化學性質。使用固定床微型反應器，研究了Ce對V-Mo/Ti催化劑脫硝性能、抗K中毒性能的影響。結果顯示：Ce的引入，增加了V-Mo/Ti催化劑的脫硝活性。同時，減輕了V-Mo/Ti催化劑因K中毒所引起的比表面積、還原性能、O_α/(O_α+O_β)比率、酸性的下降。V-Mo-Ce-K/Ti催化劑的脫硝活性明顯優于V-Mo-K/Ti催化劑，即Ce有效增強了V-Mo/Ti催化劑的抗K中毒性能。

高Nb-TiAl合金在等溫過程中相變動力學研究

李瑩, 田淑俠, 樊江磊, 王艷, 劉建秀

2022, 43(5): 59-64. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.009

摘要(455) PDF(56)

摘要:
采用原位熱膨脹法較為系統地研究了高Nb-TiAl合金的等溫相變動力學。結果表明：高Nb-TiAl合金α₂→α等溫相變過程中，其“鼻尖”溫度為1170 ℃，此溫度下α相的轉變速度最快，且該相的形成呈“S”曲線。基于熱膨脹曲線，獲取了等溫過程中相應的JMA等溫相變動力學方程，基于JMA方程，通過對數擬合相轉變分數-時間曲線，獲取高Nb-TiAl合金等溫相變動力學Avrami指數n和溫度常數K，建立了高Nb-TiAl合金溫度-時間-相轉變的定量關系TTT曲線（Time-Temprature-Transformation）；并揭示了合金擴散控制的相變動力學機制。

V₂O₅納米纖維布的制備及其在電化學儲能領域的研究進展

倪偉, 齊建玲, 樊河雲

2022, 43(5): 65-74. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.010

摘要(461) HTML (131) PDF(36)

摘要:
五氧化二釩納米纖維作為重要的釩基功能材料，在電化學儲能領域有著重要應用。通過分析一維五氧化二釩納米纖維及其聚集態材料在先進電化學儲能器件應用領域的研究進展，結合近期研究前沿比較了不同五氧化二釩納米纖維布合成方法的優缺點，認為采用降低尺寸和增加比表面積的策略將使其在電化學儲能方面有更好的性能。同時，展望了V₂O₅納米纖維布在未來先進電化學儲能領域的發展前景，提出了其主要的發展和研究方向。

放電等離子燒結制備TiC基高錳鋼結硬質合金的組織與性能研究

張懷舉, 王帥, 鄭開宏, 羅鐵鋼

2022, 43(5): 75-80. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.011

摘要(480) HTML (189) PDF(30)

摘要:
采用放電等離子燒結技術（SPS）制備含有不同TiC質量分數的硬質合金，揭示材料的顯微結構對其硬度和磨損行為的影響機理，探索高TiC質量分數硬質合金作為耐磨材料的可能性。結果表明：SPS燒結可以得到組織致密的樣品，TiC質量分數為55%的硬質合金孔隙率為0.07%，隨著TiC質量分數的增加，硬質合金的孔隙率也隨之上升，當TiC質量分數為70%時，孔隙率為0.21%。在燒結過程中，Mo在TiC顆粒周圍參與形成復雜的核殼結構，Ni分布于金屬粘結相中。大尺寸TiC顆粒保持原始形貌，小尺寸TiC顆粒逐漸球化，并出現顆粒富集區。硬質合金的硬度隨TiC質量分數的增加而增加，TiC質量分數70%的硬質合金的顯微硬度(HV)相較于TiC質量分數55%的增加559。通過摩擦磨損試驗發現，TiC顆粒受到應力出現破碎與剝落，TiC質量分數55%硬質合金的磨損率最高，耐磨性最差。TiC質量分數70%硬質合金的磨損率最低，耐磨性最好。

TA2工業純鈦焊接接頭中低溫拉伸力學性能及本構模型

趙青, 常樂, 鄭逸翔, 宋高峰, 葉有俊, 謝毅, 譚雪龍

2022, 43(5): 81-89. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.012

摘要(432) HTML (95) PDF(70)

摘要:
以TA2工業純鈦焊接接頭為研究對象，開展了不同溫度和應變速率下的拉伸試驗，分析了溫度及應變速率對于材料強度及流變應力的影響。結果表明：TA2焊接接頭的屈服強度與溫度呈線性關系，與應變速率呈指數關系，并建立了屈服強度與溫度和應變速率的經驗公式。基于Arrhenius、Johnson-Cook (JC)及Modified Zerilli-Armstrong (MZA)本構方程，對工業純鈦焊接接頭的中低溫拉伸流變應力進行預測。將三種模型的預測值與試驗值進行定量對比，發現JC模型預測精度最低，MZA模型預測精度最高。研究結果為鈦材在承壓設備中的應用提供數據支撐，有利于更好地設計、加工、制造和使用鈦制承壓設備。

軋制法制備鈦鋁復合板的研究進展

龐立娟, 李會容, 鄧剛, 張雪峰

2022, 43(5): 90-98. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.013

摘要(976) HTML (337) PDF(111)

摘要:
鈦鋁復合板兼具鈦和鋁合金各自的優點，廣泛應用于多個工業領域。軋制法是目前制備鈦鋁復合板最成熟的方法。介紹了軋制法制備鈦鋁復合板涉及的基本理論以及影響界面結合強度的因素，對目前鈦鋁復合板結合強度檢測方法進行了總結，以期為鈦鋁復合板的制備提供較為全面的指導。分析認為：鈦/鋁復合板要實現良好的界面結合，其變形率要大于閾值，閾值的具體數值隨軋制方法的不同而變化。波紋輥軋制、疊層累積軋制等軋制方法在相同的壓下量條件下，界面結合強度高于普通平軋；軋后熱處理會生成一定厚度的界面層，界面層主要為TiAl₃金屬間化合物，并且界面層的厚度需要控制在合理范圍之內；鈦鋁復合板層的層數越多，界面起伏越明顯，有利于界面結合強度的提高。

Al含量對γ-TiAl合金斷裂行為的影響

梁月慧, 祁文軍

2022, 43(5): 99-105. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.014

摘要(379) HTML (163) PDF(32)

摘要:
利用分子動力學研究了300 K溫度下，Al含量在45%～49%范圍內時，單晶γ-TiAl合金單軸拉伸的裂紋擴展機理和力學性能變化。分析了Al含量為45%的γ-TiAl合金拉伸過程中裂紋演變過程和Al含量在45%～49%時γ-TiAl合金的應力-應變曲線、總能量隨時間變化曲線。研究表明：Al含量會影響材料的性能，Al含量為45%的γ-TiAl合金拉伸過程中產生的Lomer-Cottrell位錯對裂紋的擴展行為也有很大影響。由于堆垛層錯，位錯和孔洞的產生及位錯反應和運動，以及Al含量降低導致材料的屈服強度增加。Al含量在45%～49%范圍內的γ-TiAl合金隨Al含量減少，材料的屈服應力和彈性模量增大。

還原氣氛下含鉻污泥中鉻形態轉化機理的研究

萬新宇, 高建軍, 曹志成, 吳佩佩, 許海川

2022, 43(5): 106-110, 122. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.015

摘要(419) HTML (96) PDF(32)

摘要:
在還原氣氛下對含鉻污泥中鉻形態轉化機理進行了研究，并討論了轉底爐用于處理含鉻污泥的可行性。結果表明，鉻在污泥中主要以氫氧化鉻、鉻酸鈣和鉻酸鈉的形式存在；在CO-CO₂氣氛下，還原后鉻泥中的三價鉻不會氧化成六價鉻且鉻泥原有的六價鉻會被還原成三價鉻，在相同CO濃度下，隨著鉻泥配比增大，六價鉻轉化率逐步降低；在CO-CO₂-O₂-N₂氣氛下，配加3%和6%的氧氣后，六價鉻轉化率和六價鉻變化率均為負值，三價鉻仍不會氧化成六價鉻。因此，將含鉻污泥在轉底爐工序進行無害化處置是可行的。

硅藻土對含釩廢液中釩的吸附性能研究

孫寧, 李俊翰

2022, 43(5): 111-116. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.016

摘要(390) HTML (85) PDF(26)

摘要:
濕法提釩工藝中會產生大量含釩廢水，直接排放會造成環境污染和資源浪費。硅藻土具有比表面積大、孔隙多、密度小、吸附性能及滲透性較強等優點，廣泛應用在環境治理領域。以硅藻土為吸附劑，采用靜態吸附試驗研究吸附時間、污染液初始濃度、pH值和硅藻土投入量對釩的吸附效果；對試驗數據進行吸附熱力學和動力學擬合，探究了吸附機理及特征。研究表明：硅藻土的主要成分是SiO₂，含有少量蒙脫石和綠泥石，硅藻殼體為圓盤狀，殼體表面有數量眾多的微孔結構。熱力學擬合中，硅藻土的吸附過程更符合Freundlich模型，R²為0.9010，屬于多分子層吸附和表面吸附；動力學擬合中，準二級動力學模型的相關系數比準一級動力學模型高，R²為0.9954，說明吸附過程以化學吸附為主導。當吸附時間24 h，釩污染液初始濃度1 mg/L，污染液用量50 mL，pH值5，硅藻土投加量2 g時，去除率最優，達到98.21%。硅藻土對污染液中釩的吸附效果較好，可作為吸附劑治理釩污染。

低品位釩鈦磁鐵礦磨礦分級工藝優化研究與實踐

吳登平, 王祥波, 趙劉陽

2022, 43(5): 117-122. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.017

摘要(384) HTML (112) PDF(37)

摘要:
針對攀枝花豐源礦業有限公司使用攀枝花礦區低品位釩鈦磁鐵礦選礦生產現狀，提出了磨礦分級工藝優化的方案，在提升鐵精礦細度條件下，減少了鈦鐵礦過磨，更適合后續鈦鐵礦重選工藝，提高了鈦鐵礦的回收率。生產實踐表明，通過優化磨礦分級工藝，“兩段磨礦”改為“三段磨礦”，原礦“先磨礦后分級”改為“先分級后磨礦”以及淘汰螺旋分級機。最終鐵精礦細度（?0.074 mm）提升12.34個百分點，使鐵精礦品位提升1.57個百分點，磁選尾礦中?0.0385 mm粒級的產率降低20.31個百分點，大幅改善了鈦鐵礦選別粒度，鈦鐵礦回收率提高6.85個百分點。

電爐鋼渣-粉煤灰復合摻合料水泥膠砂性能研究

汪杰, 梁月華

2022, 43(5): 123-128. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.018

摘要(369) HTML (102) PDF(23)

摘要:
將攀枝花鋼城集團瑞鋼公司產生的電爐鋼渣球磨成微粉，復合粉煤灰制備電爐鋼渣-粉煤灰復合摻合料，測定不同復合比例的水泥膠砂流動性，7 d和28 d抗折、抗壓強度及活性，對28 d水泥膠砂試樣進行了掃描電鏡(SEM)、熱重（TG）和差示掃描量熱(DSC)測試。結果顯示：電爐鋼渣-粉煤灰復合摻合料流動度隨著電爐鋼渣含量的增加而降低，為保證流動度，建議電爐鋼渣-粉煤灰復合摻合料中電爐鋼渣含量不高于50%；電爐鋼渣微粉活性比試驗用市場粉煤灰好，電爐鋼渣-粉煤灰復合摻合料中隨著電爐鋼渣含量的增加，強度和活性提高。

鐵水脫硫偏心攪拌的模擬研究

郁青春, 劉志平, 陰樹標, 張送來

2022, 43(5): 129-135. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.019

摘要(380) HTML (138) PDF(44)

摘要:
以鐵水罐實際尺寸為基礎，按一定比例建立物理模型，對KR法脫硫偏心攪拌進行物理模擬。利用CFD軟件，結合VOF多相流模型、標準k-?湍流模型和多重參考系法(MRF)對偏心攪拌鐵水脫硫過程進行數值模擬。研究發現，偏心攪拌時漩渦形狀呈倒錐形，漩渦深度極大值位于攪拌槽中心位置。攪拌軸距側壁較近處流體運動強烈，且沿上下兩個方向運動；較遠處流體運動緩慢，攪拌槳末端流體平均速度約為較遠處的2倍。偏心攪拌能改變攪拌器底部流體運動狀態，減少“死區”。當攪拌轉速由120 r/min增加到200 r/min時，流體平均速度約增加68%，高速流體體積占比略有降低，從60.4%降至57.9%。偏心攪拌易于在工業上實現，轉速增加有利于脫硫劑的擴散，但最佳轉速應考慮經濟性與安全性。

120 t復吹轉爐底槍布置優化

張嶺, 于波, 鐘良才, 王立新, 賀龍龍, 翁莉, 李強

2022, 43(5): 136-144. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.020

摘要(338) HTML (116) PDF(23)

摘要:
以120 t頂底復吹轉爐為原型，依據相似原理在實驗室利用幾何相似比為1:10的模型開展了物理模擬試驗，研究了氧槍槍位、底槍支數和布置、供氣流量等因素對轉爐熔池攪拌混勻的影響；建立了轉爐純底吹氣液兩相流模型，研究了不同底槍方案對熔池速度場的影響。結果表明：底吹流量為0.534 m³/h和1.074 m³/h的純底吹時，4~8支底槍的最佳布置方案的混勻時間平均值分別為28.50、28.25 s和27.50 s；復吹時，對于8支底槍的最佳布置方案，頂吹流量為122 m³/h，不同氧槍槍位下熔池混勻時間隨底吹流量的增大而降低，最佳槍位在200~230 mm。通過數學模擬研究了物理模擬試驗得到的最佳4、6、8支底槍布置方案的速度場，發現底吹時水平截面流場的渦心個數少，垂直截面流場渦心不對稱程度大時，可降低“死區”體積，從而提高底吹氣體的攪拌能力，使熔池的混勻時間降低。底吹流量為1.074 m³/h時，研究的4、6、8支最佳底槍布置方案的死區體積比分別為15.44%、23.56%和10.30%。

GH5188高溫合金熱變形組織傳遞規律研究

郭續龍, 蔣世川

2022, 43(5): 145-152. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.021

摘要(587) HTML (184) PDF(36)

摘要:
采用Gleeble-3800熱模擬試驗機研究了GH5188高溫合金多道次變形和保溫過程中的組織傳遞規律，建立了變形速率0.01～10 s^?1，變形量50%，變形溫度980～1230 ℃下的熱加工圖，探討了單道次變形后保溫時間對雙道次變形組織、雙道次變形后保溫時間和保溫溫度對組織遺傳性以及雙道次降溫變形和保溫時間對顯微組織的影響。結果表明：熱加工圖中高功率耗散率區的邊界條件分別為1050～1175 ℃、0.01～0.1 s^?1和1200～1225 ℃、0.01～1 s^?1，低功率耗散率區的邊界條件分別為975～1150 ℃、0.01～10 s^?1和1150～1225 ℃、0.1～10 s^?1；第一道次變形后保溫時間過長不利于第二道次動態再結晶的發生；雙道次變形后保溫時，發生了明顯的再結晶現象，隨著保溫時間的增加，晶粒未發生明顯的長大；隨著第二道次變形溫度的降低，試樣再結晶比例降低，保溫溫度越低，越不容易發生靜態再結晶。

電鍍時間和溫度對U78CrV鋼氫擴散系數的影響

馮凱, 厲英, 鄒明, 袁俊, 丁玉石

2022, 43(5): 153-157. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.022

摘要(325) HTML (152) PDF(32)

摘要:
氫能使鋼材產生氫脆，導致材料的力學性能降低。而氫原子對鋼的危害作用由擴散產生，因此了解氫原子在鋼中的擴散行為對防治氫鼓泡和氫脆有重要意義。利用電化學氫滲透技術，施加恒定陰極電流，分別通過改變試樣電鍍時間、試驗溫度，對U78CrV鋼進行氫滲透參數的研究。分析了不同電鍍時間、不同試驗溫度對U78CrV鋼的氫擴散系數的影響。研究結果表明：電鍍時間過短和過長都會使得陽極極化電流降低，影響氫原子電離形成氫離子，當電鍍時間360 s時形成的鎳層效果最好。試驗溫度的升高會提高氫的滲透量和氫擴散系數，氫在U78CrV鋼的擴散激活能為19 371 J/mol，氫擴散系數與溫度的關系式為$ \mathit{D}=3.14\times {10}^{-3}\exp\left(-\dfrac{19\;371}{\mathit{R}\mathit{T}}\right) $。

熱處理工藝對Fe-25Mn-18Cr-3.5Ni-2Al力學與耐蝕性能影響

曾澤瑤

2022, 43(5): 158-165. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.023

摘要(319) HTML (153) PDF(23)

摘要:
采用拉伸、沖擊和電化學測試方法研究了Fe-25Mn-18Cr-3.5Ni-2Al試驗鋼不同熱處理工藝下的性能，通過SEM，EBSD和XRD等分析表明：奧氏體相體積分數隨著固溶溫度升高逐漸下降，900、950、1000 ℃固溶后，EBSD分析奧氏體相體積分數依次降低至60.2%，48.7%和20.0%，奧氏體由尖銳的魚骨狀轉變為孤立的長針狀分布在鐵素體晶界上，鐵素體相含量上升，試驗鋼的強度、硬度增加，沖擊韌性下降，在900~1000 ℃固溶處理后鐵素體相含量依次增大，(001)_bcc取向逐漸減弱。經過700 ℃回火后易于在α相內出現彌散分布的NiAl納米顆粒，導致脆性斷裂。極化測試得到點蝕電位隨固溶溫度升高逐漸正移，1000 ℃固溶處理試樣在3.5%NaCl極化測試中出現較長的鈍化區和二次鈍化，E_corr=?257 mV，E_b=?46.5 mV，兼具較好耐蝕性能與力學性能，推薦作為實際生產熱處理溫度。

雙相鋼的鐵素體晶粒尺寸控制及其對力學性能和氫擴散性能的影響

葉青

2022, 43(5): 166-170. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.024

摘要(577) HTML (176) PDF(35)

摘要:
通過920 ℃兩相區奧氏體化3 min+形變熱處理的熱模擬工藝制備了三種不同馬氏體晶粒尺寸的鐵素體-馬氏體雙相鋼，利用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和拉伸試驗對三種不同鐵素體晶粒度的鐵素體-馬氏體雙相鋼的顯微組織和力學性進行了表征，利用氫滲透試驗對其氫擴散行為進行研究。結果表明：在同一馬氏體含量水平（約30%）下，隨著雙相鋼鐵素體晶粒尺寸由11.6 μm下降至2.3 μm和1.1 μm，鐵素體-馬氏體材料的屈服強度和抗拉強度顯著增大，其中抗拉強度由865 MPa增大至965 MPa和1 030 MPa，但三者材料的屈強比和延伸率變化不大。隨著鐵素體晶粒的細化，馬氏體帶被鐵素體隔離，有效增強馬氏體可塑性的同時，減緩了氫在試驗鋼中的擴散，氫擴散系數由3.91×10^?12 m²/s下降為2.71×10^?12 m²/s和9.80×10^?13 m²/s。

基于“團簇加連接原子”模型設計的Ni₃Al基金屬間化合物的顯微組織和力學性能

劉林, 許雅南, 田權偉, 滕宗延, 徐朝暉, 王軼農

2022, 43(5): 171-177. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.025

摘要(312) HTML (93) PDF(23)

摘要:
Ni₃Al金屬間化合物的室溫脆性問題極大地限制了其應用。通過“團簇加連接原子”模型對Ni₃Al金屬間化合物進行成分和結構解析及成分設計，通過Co、Fe部分取代團簇殼層上的Ni，Ti部分取代連接原子Al，設計出六種合金。并對其顯微組織及力學性能進行了表征。結果表明：六種合金的顯微組織均由Ni₃Al相(γ′相)、NiAl相(BCC)和少量共晶析出的第三相所構成，且通過TEM分析證實了基體為Ni₃Al相。相比于Ni₃Al金屬間化合物，合金的室溫強度、硬度和塑性均有大幅度的提升。分析其原因是由于基體為Ni₃Al相，保持了合金基體的強度和硬度，當Ni₃Al基體中析出少量的BCC相時，進一步提高合金的強度和硬度，而當BCC含量過高時，合金的強度和硬度降低，塑性升高。

應變時效對X90高強管線鋼組織及性能的影響

楊軍, 畢宗岳, 王雪怡, 牛輝

2022, 43(5): 178-185. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.026

摘要(329) HTML (110) PDF(11)

摘要:
X90管線鋼管是一種新型高強、高韌性管材，隨著強度的提高，應變時效行為的揭示與控制成為學術界研究的焦點。利用OM、SEM、TEM、應變時效敏感性試驗、拉伸試驗和夏比沖擊試驗對X90高強管線鋼組織特征、沖擊斷口形貌、應變時效敏感性、拉伸性能、低溫沖擊性能和應變時效行為進行了研究。結果表明，應變時效對X90高強管線鋼組織無顯著影響，時效前后均為針狀/塊狀鐵素體+板條狀/粒狀貝氏體+M/A組元的復相組織，但對拉伸性能和拉伸曲線形態以及低溫沖擊韌性有顯著影響。當時效溫度為230 ℃時（聚乙烯層熔結溫度），隨時效時間延長，X90鋼屈服強度、抗拉強度、屈強比和應變時效敏感性系數逐漸增大，均勻延伸率和低溫沖擊吸收功逐漸減小。應力-應變曲線逐漸失去連續屈服強化特征，由時效前的“Round House”拱頂型連續屈服、強化型轉變成為帶有明顯尖峰和屈服平臺的“Lüders”型曲線，15 min是X90鋼應力-應變曲線形態發生轉變的時效時間拐點。為了控制應變時效對X90高強管線鋼的不利影響，應從減小應變量、降低防腐預熱溫度和縮短防腐預熱高溫停留時間三方面進行綜合調控。建議對管材生產制備工藝進行革新，成型方面如采用柔性校平法取代剛性輥壓校平法，多步漸進成型取代一步螺旋成型法；防腐方面如縮短預熱高溫停留時間或降低預熱溫度（當預熱溫度≥230 ℃時，高溫停留時間應≤5 min；若預熱溫度選定<230 ℃時，高溫停留時間應<15 min）。

齒輪鋼中硫化錳夾雜物熱變形行為研究

孫雅平, 楊麗, 李永亮, 楊玉厚

2022, 43(5): 186-190. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.027

摘要(358) HTML (83) PDF(22)

摘要:
利用Gleeble-1500熱-力學模擬試驗機對齒輪鋼試樣進行壓縮試驗，研究了不同變形溫度、變形量對鋼中硫化錳夾雜物形貌、尺寸及相對塑性的影響。研究發現，在變形過程中，硫化物的碎化與長大現象交替進行，變形溫度與變形量對硫化錳夾雜物的尺寸影響較大。隨著變形量的增加，低溫時長寬比小于2的硫化物數量呈先降低后增多的趨勢，同時相對塑性呈現降低的趨勢，高溫時長寬比小于2的硫化物數量呈先增大后降低的趨勢，相對塑性呈現增加的趨勢。在實際軋制過程中選擇低溫大變形量或高溫小變形量軋制制度，能夠獲得數量較多，長寬比較小的硫化錳夾雜物。

Mg含量對1.6%Al鋅鋁鎂合金鍍層組織影響研究

金永清, 郭太雄, 董學強, 鄧菡

2022, 43(5): 191-196. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.028

摘要(391) HTML (169) PDF(46)

摘要:
利用熱鍍鋅模擬機制備了Zn-1.6A1-1.3Mg、Zn-1.6A1-1.6Mg和Zn-1.6Al-2.0Mg熱鍍合金鍍層鋼板，并利用XRD、SEM和EDS對涂層的微觀組織進行分析。結果表明，鍍層由塊狀富Zn相、Zn/MgZn₂二元共晶組織、細小的Zn/Al/MgZn₂三元共晶組織和少量點狀富Al相組成。隨著Mg含量增加，鍍層表面塊狀富Zn相的比例和尺寸減小，三元共晶組織減少，而二元共晶組織和條狀富Al相的數量增多。在截面中，鍍層的三元共晶組織隨Mg含量升高而減少，二元共晶組織隨Mg含量升高而增多。

碲對Y1Cr13易切削不銹鋼中硫化物改質的工業研究

吳良平, 付正剛, 周茂華, 王建強, 謝劍波, 付建勛

2022, 43(5): 197-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.05.029

摘要(462) HTML (111) PDF(159)

摘要:
借助金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡，Image-Pro Plus圖像分析軟件等手段分析了碲改質Y1Cr13不銹鋼中硫化物的效果并進行了對比。結果表明，當鋼中加入0.011%的碲時MnS夾雜周圍析出了MnTe夾雜，促使了硫化物夾雜粗化，大多數硫化物的形貌呈橢球狀、紡錘狀且分布彌散，同時碲增強了硫化物夾雜的抗變形能力。鋼中加碲后，硫化物紡錘率由未改質前的55.4%提高到了86.5%，硫化物評級由未改質前的3-1級下降到了2-2級，硫化物形態及評級得到了顯著提升。切削試驗表明，鋼中未加碲時，在切削速率分別為180、360、560 r/min時，切削后所得C型屑百分比分別為53%、59%、64%，且工件切削表面粗糙度Ra分別為3.407、2.112、4.186 μm，然而當鋼中添加碲后，切削后所得C型屑百分比分別為86%、90%、93%，且工件切削表面粗糙度Ra分別為2.302、1.978、3.220 μm。因此，鋼中添加碲后，顯著提升了鋼的切削性能。

留言板

2022年第43卷第5期

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