钢铁化学成分分析范文
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第1篇
关键词：钢铁化学分析；情况；偏差的应用
1.前言
钢材是一种应用十分广泛的材料，宝特韶关自投产以来，成果丰硕，成为宝钢特钢长材重要的坯料供应基地，产品拓展、品质提升、成本改善、制造能力长足进步。主要以特钢为主，特钢对各项工艺质量要求严格。标准中针对钢材中化学成分的分析和允许偏差做出了相应的规定，钢材化学成分分析全过程进行规定，每一个分析结果都给出一个对比值。钢材中化学成分检测分为：熔炼成分检测和化学成品检测。熔炼成分检测和化学成品检测在分析方法和分析数值上都存在着一定的差异。熔炼分析方法的数值可能会超出标准，而成分分析方法中数值在规定的范围内，针对差异的情况，标准中中设置了一个允许数值，也就是允许偏差。
2.钢材化学分析中的允许偏差
钢材中的化学成分分析有：熔炼成分检测和化学成品检测。在钢水浇注过程中采用球拍试样，通过风动送样系统到实验室，实验室接到试样，对样品进行制备，满足检测后进行检测分析，分析结果表示同一炉或同一个钢包中钢水的平均化学成分，叫做熔炼成分检测。通过在加工完成以后的成品钢材上取样进行检测，叫做成品检测。由于钢水在结晶过程中会产生偏析或元素的不均匀分布，所以，成品检测的值有时与熔炼检测的值不一致，就出现了成品化学分析的允许偏差。GB/T6992015《优质碳素结构钢》中规定的钢的化学成分就是针对熔炼成分检测而言。新标准中熔炼检测被成品检测所替代，熔炼检测试样不正确导致分析结果不可靠和在未取得熔炼检测试样的时候，可以使用成品化学分析，但是要求成品检测分析的结果要符合熔炼成分规定。
3.国外标准的一些相关情况
国外标准规定的情况作简要说明:(1)美标：在钢类或品种标准的综合标准中将成品成分偏差纳入，或在各标准中分别规定。(2)德标：分别在各标准中规定成品成分允许偏差，未统一。(3)前苏联标：在各标准中分别做出规定,不按元素的不同含量分类，没有统一性。(4)日标：JISG0321是日本专用的标准,共有四个成品成分允许偏差表，不锈耐热钢的成分偏差是根据成分元素含量范围分档规定其大小；中低合金钢成分偏差是根据除了元素含量范围分档规定以外，还增加了按钢材截面积大小分档的规定,截面愈大，要求愈宽；碳素钢则两种情况都存在。偏差值的规定有四种：①根据化学元素的含量范围进行分类规定；②按化学元素的含量范围分类，增加钢材的截面大小分类规定；③按钢材的重量、大小分类做出规定；④不管元素含量和钢材截面大小怎么样，一个元素规定一个偏差。第一和第二种两种情况比较科学。
4.钢材化学成分检测允许偏差的应用
(1)钢材化学成品分析的取样原则。标准GB/T2222006《钢中化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》要求用于钢的化学成分成品分析的试样,试样应均匀一致,能充分代表每一个牌号钢材的化学成分,并且取样要有足够数量。不同的试样使用不同的取样方法：①样屑试样,采用钻床制备试样。要求钻好的样屑混合均匀。然后要去除表面氧化铁皮和脏物，不能使用水、油或其他剂。②大断面试样，从钢材横断面上取样，在钢材横断中心到边缘的中间部位平行于轴线上取样。③小断面试样,一种方法是从钢材的整个横断面上取样,另一种方法是从横断面上沿轧制方向取样。(2)钢材中成品化学成分允许偏差的使用。熔炼过程取样进行检测分析的值叫做成品化学成分允许偏差,一般情况下分析值都能满足标准规定,但在炼钢过程中钢中元素偏析，成品分析的成分值可能超出标准规定的成分界限值。对超出界限值的大小规定一个允许的数值，这就是成品化学成分允许偏差值，GB/T2222006《钢中化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》普通碳素钢、低合金钢、优质碳素钢和合金钢、不锈钢和耐热钢四种偏差表。一种钢材成品化学成分允许的偏差只能使用一个表，不能两个表混合使用。(3)化学成分允许偏差的准确使用。钢材中化学成分检测分析的允许偏差，在具体检测的过程中应该尽量保证检测结果的误差，使用的时候应该注意：①同一种类钢材的化学成分分析的允许值，只能使用同一个表，不能同时使用多个表混合。②尽量保证钢材化学成分分析所得的值接近允许偏差值范围的上限，这样能够减少误差值给试验造成的不良影响。(4)不同钢种成品化学成分允许偏差值。依据标准GB/T222-2006《钢的成品化学成分允许偏差》共给出了几个化学成分允许偏差表，分为：表1低合金钢成品化学成分允许偏表2合金钢(不含不锈钢和耐热钢)成品化学允许偏差值，表3不锈钢和耐热钢成品化学成分允许偏差值。举个例子：合金结构钢34CrMo4，其冶炼工艺要求熔炼成分的碳元素，标准规定界限值为：上限0.36%，下限0.34%,成品钢材化学成分检测分析时，假如有一熔炼号的钢材碳含量为0.39%，说明超出标准规定上限值0.03%，按照表1低合金钢成品化学成分允许偏差值规定，钢材的碳含量是合格的。假如另一熔炼号的钢材出现碳含量为0.31%，说明超出标准规定下限值0.03%，按照本标准表1规定，钢材的碳含量也是合格的。
5.执行标准时应注意的几个问题
横截面积不大于65000mm2的钢件使用标准中表1~2中的偏差表。大于该横截面积的钢件化学成分允许偏差值可以适当放宽,具体数值由供需双方协商确定。产品标准中规定的残余元素不适用于表1~3中规定中的化学成分的允许偏差。成品化学成分允许偏差,一种钢的只能使用一个表,不可以两个表混合使用。化学成品检测的值,不可以超出标准规定化学成分界限值的上偏差和分界限的下偏差。未能取得熔炼分析值,或怀疑熔炼分析值不可分析的成分值应符合熔炼成分的规定,不得有偏差值。6.结束语为了保证钢铁生产稳定顺行，可以通过化学成分了解生产状况，指导生产，在日常的钢材化学成分检测分析过程中，应根据钢材化学成分实际情况对允许偏差进行有效分析，检测人员在完成检测任务时，严格按照标准和作业文件的相关的规定和规范进行操作，确保检测结果的准确性，精准、科学的使用钢材化学成分允许偏差。如何确认钢的化学成分允许偏差，应引起化学检测员的注意，以确特钢冶炼和产品的质量。
【参考文献】
[1]GB/T222-2006钢的成品化学成分允许偏差.
[2]GB/T6992015优质碳素结构钢.
[3]王开远.钢的成品化学分析允许偏差及试样制取方法新标准[J].机械工业标准化与质量,2012(05)：133-137.
第2篇
关键词：钢渣 生产厂家 化学成分 矿物组成
中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0094-02
钢渣是炼钢的副产品，每生产1吨钢可产生0.15～0.20 t钢渣。我国是世界第一大产钢国，2008年我国钢渣年产量已达5000多万吨，积存钢渣已有2亿多吨[1]。在国外一些发达国家，钢渣的综合利用已接近或达到排用平衡，而我国钢渣的综合利用率约为40%[2]。大量堆积的钢渣，不仅污染了环境，也造成了巨大的资源浪费。
制约钢渣大宗利用的关键问题是：钢渣中含有一定量的高温煅烧的f-CaO、方镁石和RO相，这些组分在水泥硬化后能继续与水发生水化反应，从而使固相体积增大97%和218%[3，4]，造成构件的膨胀开裂。
本文以不同厂家、不同粒径及不同颜色的钢渣为研究对象，通过对比方法，研究了钢渣化学成分和矿物组成的变化规律。
1 试验原材料和试验方法
1.1 原材料
钢渣分别取自武钢、邯钢、湘钢和韶钢四个钢厂，为经过破碎磁选的尾渣，其中武钢和邯钢的钢渣为转炉自然冷却渣（简称自然渣），另外两种渣为经热泼工艺处理的转炉钢渣（简称为热泼渣）。钢渣取回后剔除大于9.5 mm的颗粒，晒干并经人工选铁后，装袋备用。
1.2 试验方法
X射线荧光光谱分析：利用初级X射线光子激发待测物质中的原子，使之产生荧光（次级X射线）而进行物质成分分析和化学态研究的方法。当原子受到X射线光子（原级X射线）的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。因此，采用粉末压片法，用AXiOS advanced波长色散型X射线荧光光谱仪对钢渣等原材料进行化学成分分析。
XRD-X射线衍射法：利用XRD对钢渣矿物相进行定性分析。用玛瑙研钵在无水乙醇中将钢渣试样研细至0.063 mm以下，压入样品凹槽内，采用日本理光（Rigaku）公司生产的D/MAX-IIIA型X射线衍射仪进行测试，仪器参数为：铜耙（Cu K a），石墨单色器滤波，加速电压为37.S kV，电流为40 mA，最大功率3 kW。
2 试验结果和分析
运用XRF分析测试技术，分析了四个厂家钢渣的化学成分，见表1。
从表1中可以看到，四种钢渣的主要化学成分是CaO、SiO2、FeO/Fe2O3和MgO，占总量80%以上，四种钢渣的CaO含量在40%左右，SiO2含量在10%～18%，氧化铁的含量在20%左右，FeO的含量均在10%～15%之间，相差不大，但是MnO含量相差较大，最小为武钢钢渣的1.24%，最大是韶钢钢渣高达3.3%，两者相差超过170%；武钢自然渣的MgO含量最高，高达10.88%，而其它三种钢渣的含量相差不大，都在5%～6%之间。此外还有少量的Al2O3和P2O5等，P2O5含量在1%～2%，Al2O3含量相差较大，湘钢钢渣砂的高达5.55%，而韶钢的仅为1.57%。
分别选取四种钢厂的钢渣试样进行XRD测试，测试结果见图1。
分析可见，四种钢渣的主要矿物成分较相似，主要矿物是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相，RO相为FeO、MgO和MnO形成的连续固溶体。从XRD衍射峰强对比分析可知，武钢钢渣中的Ca（OH）2量最少，CaCO3量较多；湘钢中Ca（OH）2量最多，CaCO3量较少；邯钢中的Ca（OH）2和CaCO3量均不多；韶钢中的Ca（OH）2和CaCO3均较多。Ca（OH）2和CaCO3属低温矿物，是钢渣在水冷却和存放过程中f-CaO水化或水化产物碳化生成的。
具有潜在水硬活性的矿物主要是C3S和C2S，由于两者的衍射峰重叠较多，不易区分相对数量。湘钢钢渣中Al2O3组分较多，因而其XRD射中可见铁铝酸四钙的特征衍射峰。
3 结论
从上述研究中，可得出以下结论：不同生产厂家钢渣的化学成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、C3S、C2S、C2F和RO相；矿物组成也基本相似。不同厂家钢渣的化学成分和矿物的含量存在差异。
参考文献
[1] 朱桂林，孙树杉.加快钢铁渣资源化利用是钢铁企业的一项紧迫任务[J].中国废钢铁，2006，12（6）：33-42.
[2] 朱桂林.中国钢铁工业固体废物综合利用的现状和发展[J].中国废钢铁，2003，9（3）：34-41.
第3篇
【关键词】钢材；化学成分；机械性能
前 言
钢铁仍是21世纪占据主导地位的结构材料，在我国快速发展的现阶段，对钢材的需求更是极其迫切。铁矿石含量有限，优质的铁矿石更是稀缺，研究提升我国钢材的性能是科研技术工作者的艰巨任务。钢材的显微组织决定了钢材的机械性能，而其化学组成和热处理工艺又决定了其显微组织。因此对钢材的化学成分与其机械性能进行统计分析，研究之间的关系，对提升钢材质量有指导意义。至十九世纪五十年代以来，不少国外研究者开展了化学分析、显微结构与机械性能之间关系的研究工作，通过这些工作探究了成分与性能之间的关系，并通过钢材成分预测其机械性能，早期的文献有报道。国内因为痕量检测技术方面不足，对钢材这方面的研究还很少。随着近年来试验检测设备技术的进步，计算机的发展，通过计算机对合金钢进行性能设计已经在简单的材料中得到了验证，并且将向复杂材料发展，因此，对一些常用钢材数据积累有着重要的意义。
本文对比了我国某铸钢厂生产的20钢和宝钢集团的20钢的化学成分与机械性能，并对它们之间的关系进行了探究。
1.试验部分
本文从我国南方某钢铁厂选取60炉次20镇静钢?30mm棒材作为试样，以宝钢的20钢轧材做钢样。
试验为了排除轧制板材终了温度的影响，对钢样进行了热处理，采用900℃保温1.5h后进行空冷，然后加工成需要测试的要求的试样尺寸。在北京钢研总院14室对钢材的化学成分进行了详细的分析。用金相显微镜对钢材的微观晶粒度及珠光体的百分含量进行了分析。利用万能试验机对钢材的常规拉伸力学性能进行了测试，同时采用冲击试验机对钢材的冲击韧性进行了评估，测试除了部分试样的裂纹萌生功和裂纹扩展功。
两生产厂家的样品测试的化学成分分析如表1，基本力学性能及微观组织参数对比如表2.
从上面两表数据可以看出，这两家钢材厂的钢材在碳含量控制方面平均值相同，说明两者的技术要求一致，但是从标准差来看，这家钢材厂在控制方面相对于宝钢仍有较大差距。其他成分方面，宝钢也都将标准差控制低于这家钢材厂，说明宝钢在钢材杂质控制水平方面较高。这也在表2中性能稳定可靠性方面得到了体现。
2.数据的分析
因为篇幅关系，本文仅对部分回归方程结果进行讨论，回归方程系数的推导计算过程不做描述。
以化学成分为自变量，机械性能作为因变量，按照多元线性回归统计分析建立回归模型。由钢材的性能、化学成分和组织参数组成对称矩阵。通过矩阵求解得到回归方程系数。
上述方程中——拉伸强度，MPa；
——断裂伸长率，%；
——碳元素含量，%；
——常温冲击功、低温冲击功，J。
3.结论
从线性方程可以看出，几乎所有的性能指标都与碳元素含量有关，说明对钢的性能来说碳的控制最为重要。其他常规元素如硅、锰、硫也很重要，磷的影响稍弱，其次是铝，而其他痕量元素相对来说对钢材性能影响很小。适当的调整和控制化学成分能一定程度提升钢材性能，在冶金过程中对常规五元素的控制仍然是关键所在。
参考文献
第4篇
关键词 ：取样模 ; 白口化
中图分类号：G353文献标识码： A
1、 前言
目前国内外的钢铁企业中，生铁的分析方法多种多样，主要有化学法和仪器法。从准确性来讲，化学法有优势，并且已成型，具备相应的分析标准，但存在分析节奏慢，受人为因素影响较大的缺点，不利于快速检验和及时指导生产。仪器法主要有荧光光谱法和直读光谱法，常用于定性、半定量、定量分析，该法简单、快速、准确。一般情况下，可用于1％以下含量的组分测定，在钢铁工业中应用很广泛。但也有一定的局限性，由于分析样品存在着基体效应，首先需要为每类样品建立一套校准曲线。除此之外，光谱分析仪器易受外界温度、湿度、电流强度、磁场、电压稳定性等因素影响，外界环境要求相当的稳定。对于生铁来讲，除碳元素之外的其余元素能够准确的进行测定。然而，因碳元素含量相对较高，制备的试块碳的分布不均匀，而且石墨碳的大量存在，使不均匀性加剧，用正常的光谱成分检测方法，试样会激发不充分，无法完成准确的定量检测。
在国内钢铁行业，火花源原子发射光谱法分析生铁方面尚未得到广泛的应用，主要技术难题是对生铁试样白口化程度要求较高。日本、美国等国钢和铁产品采用X荧光光谱法快速分析，国内一些大钢厂也在开展生铁快速成分析法探索，其中相关论文很多，多是仪器分析法，但总之要想用直读光谱仪分析混铁炉试样，必须着手解决生铁白口化问题，这是焦点问题。
混铁炉是高炉和转炉之间的炼钢辅助设备，混铁炉的本体结构由炉体、支撑底座和倾动机构组成。它主要用于调节和均衡高炉和转炉之间铁水供求的设备，保证不间断地供给转炉需要的铁水，铁水在混铁炉中储存和混匀铁水成份及均匀温度，它对转炉炼钢非常有利。
因此，快速准确检验混铁炉铁水成分，对转炉炼钢意义重大。
2、现状分析及存在问题分析
2.1现状分析
黑龙江建龙钢铁技术处为转炉炼钢生产，配备三台OBLF公司GS-1000型直读光谱仪，为炼钢钢水成分分析提供有力支撑。该直读光谱分析仪是分析块状金属样品非常好的仪器，其以分析速度快，分析结果准确的特点，被广泛用于快节奏的炼钢生产控制。经现场确认：该直读光谱仪带有铸铁分析工作曲线，具备分析生铁样品软件条件，而且混铁炉离炉前直读光谱室距离很近，如用直读光谱仪分析混铁炉生铁样品，会大大缩短混铁炉生铁样品分析周期。从送样、制样、分析到结果报出约10分钟，这将大大利于炼钢生产。
2.2存在问题分析
2.2.1要用直读光谱仪分析混铁炉试样必须解决生铁白口化问题。
生铁中非金属元素 C、Si、P、S 等含量高，在试样采集时易偏析。碳在铁碳合金中以石墨或化合碳形式存在。石墨碳是影响碳及其它元素偏析的主要原因。若有更多的石墨碳转化为化合碳，则可大量减少偏析现象。硅和碳是促进碳石墨化的元素，硅高碳易石墨化；硅低碳易形成化合碳。而直读光谱分析生铁样品要求试样表面层碳都以碳化物的状态存在，不能有游离石墨，即铸铁的分析面必须是完全白口。当铸铁表面存在游离碳时(灰口铁)，光谱仪激发不充分，铁基体强度较低，会影响分析结果。特别是碳高达3.8～4.0％，硅高达1.0～2.6％，欲使这样的成分白口化是非常困难的。但生铁样品状态直接影响直读光谱分析结果。
下表为一块混铁炉生铁样品用直读光谱仪激发五个点分析结果：
生铁样品
序号 Si Mn P S
1 0.46 0.098 0.086 0.013
2 0.45 0.091 0.077 0.013
3 0.38 0.087 0.068 0.013
4 0.43 0.089 0.077 0.013
从结果中可以看出此块生铁样有偏析现象，甚至偏析严重样品无法激发。
2.2.2试样不规则有效激发点少的问题。
目前黑龙江建龙钢铁生铁试样采用印章样。（如下图），该种形状试样不像球拍钢样利于直读光谱仪样品夹持，造成激发点选择性少。
生铁样品
2.2.3直读光谱仪铸铁工作曲线修正问题。
OBLF公司GS-1000型直读光谱仪在出厂前，采用永久工作曲线法制作一条铸铁工作曲线，随着用户生产模式和原料结构不同，必须通过相应的控样进行修正来消除误差。
3、项目预期达到目标
拓展直读光谱仪分析范围，具备快速分析混铁炉生铁试样能力，更好指导炼钢生产。
4、实施方案及工作计划
4.1制定措施
4.1.1选用直读光谱仪分析混铁炉生铁试样。
4.1.2 制定混铁炉生铁样品白口化方案。
4.1.3光谱分析仪对生铁样品进行均匀性检验。
4.1.4对生铁样品进行金相组织检验确认白口化。
4.1.5在印章样尾部加装金属环，方便样品夹持和增加样品激发点数。
4.1.6采用生铁标样进行生铁各元素工作曲线进行控样修正。
5、实施过程
5.1新式样模制作：将原印章样模变薄（原厚度：10mm改为5mm），增加试样块的冷却面积(原直径30mm改为42mm)，同时样模外型尺寸加大，增加热量。
5.2样模底部垫钢板或铜板加速白口化。（注意：钢板面要平整否则样品磨制困难）
5.3生铁样品脱模后，稍冷却约两分钟投入冷水激冷后，立刻取出送光谱室。（注意不要过早投入冷水中以防样破裂，同时避免样品在水中停留过长的时间，防止样品中有积水影响分析结果）
5.4光谱分析员接到样品后用光谱磨样机对样品进行打磨约1mm后，用直读光谱仪生铁曲线进行分析。
5.5光谱分析员将生铁分析结果报混铁炉。
6、实施效果分析
6.1新样模生铁样品均匀性实验数据。
表1
样品名 炉号 化学成分
Si Mn P S
生铁 09211018 0.64 1.57 0.099 0.018
0.66 1.62 0.098 0.015
0.65 1.59 0.094 0.018
0.66 1.62 0.101 0.017
生铁 09110897 0.57 0.17 0.093 0.017
0.56 0.16 0.091 0.016
0.57 0.16 0.091 0.016
0.57 0.17 0.091 0.016
表2
样品名 磨制
次数 化学成分
Si Mn P S
生铁 1 0.64 1.57 0.099 0.018
2 0.66 1.62 0.098 0.015
3 0.65 1.59 0.094 0.018
4 0.66 1.62 0.101 0.017
生铁 1 0.57 0.17 0.093 0.017
2 0.56 0.16 0.091 0.016
3 0.57 0.16 0.091 0.016
4 0.57 0.17 0.091 0.016
上表1为不同样品多点激发后结果，激发点正常，各指标稳定性好。 表2为不同样品，多次磨制后测定结果，由此可得样品均匀性好。
6.2混铁炉生铁样品金相组织如下表。
生铁100倍金相图
通过金相组织检验，生铁为分布均匀的奥氏体+渗碳体组织，为白口化生铁组织。
6.3生铁样品分析结果比对。
样品名 分析方法 炉号 化学成分
Si Mn P S
混铁炉生铁 荧光分析 09210781 0.37 0.075 0.096 0.019
直读分析 0.38 0.080 0.100 0.020
化学分析 0.37 0.077 0.095 0.019
混铁炉生铁 荧光分析 09210806 0.38 0.095 0.089 0.026
直读分析 0.42 0.100 0.090 0.030
化学分析 0.39 0.097 0.088 0.027
混铁炉生铁 荧光分析 09210840 0.41 0.094 0.069 0.046
直读分析 0.38 0.100 0.066 0.048
化学分析 0.40 0.096 0.068 0.044
第5篇
关键词：液氨管道；不锈钢三通；应力腐蚀裂纹；失效分析
中图分类号：TQ53 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0072-03
1 概述
某电厂氨区液氨管道不锈钢三通发生开裂泄漏，不锈钢三通规格为Φ108×4mm，材质为SA-213TP304H，运行介质为氨蒸汽，运行温度约200℃，运行压力小于1MPa，运行时间约15000h。
2 检验内容
2.1 宏观检查
对发生开裂的不锈钢三通进行宏观检查，宏观照片及取样位置示意图如图1所示。
宏观检查发现，三通本体两侧各有一条裂纹，一侧裂纹长约90mm，另一侧裂纹长约55mm，两条裂纹形态均为平直型，裂纹开口较小，没有明显的宏观塑性变形。三通外表面腐蚀不明显，但剖开后发现内表面有较多的腐蚀产物。
2.2 化学成分分析
对不锈钢三通取样钻取铁屑，利用PerkinElmer Optima210 0DV电感耦合等离子体发射光谱仪和C、S分析仪，依据GB/T 20123-2006《钢铁 碳硫含量的测定 高频感应炉燃烧后红外吸收法》及GB/T 223《钢铁及合金化学分析方法》进行化学成分分析，成分分析结果见表1。
化学成分结果表明，三通取样的C含量低于GB5310-2008中对07Cr19Ni10（TP304H）钢C含量规定的下限值，但仍在允许的偏差范围内，而P含量高于标准规定的上限值，Cr含量低于规定的下限值，P和Cr的含量已超出标准允许的偏差范围。
2.3 室温拉伸试验
依据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验 第1部分：室温试验方法》，对三通取样进行室温拉伸试验，拉伸试样采用弧线试样，保留原表面，使用设备为日本岛津AG-IC 100kN精密电子万能材料试验机。试验结果见表2。
室温拉伸试验检验结果表明，三通取样的室温抗拉强度和屈服强度显著高于GB5310-2008中对07Cr19Ni10（TP304H）钢规定的上限值，而延伸率则明显偏低，不到标准规定下限值的一半。
2.4 金相检验
采用ZEISS AXIOVERT 200 MAT研究级倒置万能金相显微镜，依据GB/T 13299-1991《钢的显微组织评定方法》对三通本体断面处取样1#、三通本体裂纹尖端处取样2#和直段母材取样3#进行观察和检验，金相检验照片见图2～图4，金相检验结果如下：
由图2金相组织照片可以看出，三通本体断面处取样1#的金相组织为奥氏体组织，基体内存在大量的形变孪晶，晶粒有明显的拉长变形特征，晶粒度为5～6级。断面处呈沿晶断裂特征，可见二次裂纹。
由图3金相组织照片可以看出，三通本体裂纹尖端处取样2#的金相组织为奥氏体组织，基体内存在大量的形变孪晶，晶粒有明显的拉长变形特征，晶粒度为5～6级。裂纹有明显的分叉，裂纹以沿晶型开裂特征为主。
由图4金相组织照片可以看出，直段母材取样3#的金相组织为孪晶奥氏体组织，晶粒度为6～7级，组织正常。
2.5 非金属夹杂检验
采用ZEISS AXIOVERT 200 MAT研究级倒置万能金相显微镜，依据GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》对三通取样进行非金属夹杂物检验，检验照片见图5，检验结果见表3。
非金属夹杂物检验结果表明，各位置取样的非金属夹杂物等级满足GB5310-2008的要求。
2.6 维氏硬度试验
对各位置取样的金相样品表面进行维氏硬度检验，维氏硬度检验依据GB/T 4340.1-2009《金属材料 维氏硬度试验 第1部分：试验方法》标准，在金相检验面进行，测试设备为HV-50Z型自动转塔数显维氏硬度计，试验力为10kgf，试验力保持时间10s。维氏硬度检验结果见表4。
三通取样的维氏硬度检验结果表明，三通本体取样的硬度值显著高于GB5310-2008中对07Cr19Ni10（TP304H）钢规定的上限值，直段母材取样的硬度值满足标准要求。
2.7 扫描电镜微观观察及能谱分析
依据JY/T 010《分析型扫描电子显微镜方法通则》，对三通断口取样进行扫描电镜微观观察及能谱微区成分分析，结果见图6和图7。
通过对三通断口的扫描电镜观察及能谱分析可以看出，断口由内壁侧启裂向外壁侧扩展，整个断面均为冰糖块状的沿晶型断裂特征，断面上覆盖有较多的腐蚀产物，内壁侧启裂区尤为明显，且有较多的腐蚀坑。对腐蚀产物的能谱分析发现，腐蚀产物中有一定量的Cl、S等腐蚀性元素。
3 分析与讨论
综上理化检验结果分析，三通强度和硬度显著高于标准的规定值（抗拉强度均值是标准规定下限值的2.2倍，屈服强度均值是标准规定下限值的4.8倍，硬度均值是标准规定上限值的2.2倍），且金相检验发现三通本体基体内存在大量的形变孪晶，晶粒有明显的拉长变形特征，这些特征表明，三通在加工完成后没有进行固溶处理，形变硬化程度较高，内应力没有消除。
其次，宏观检验发现三通内表面有较多的腐蚀产物，断口扫描电镜观察发现断口由内壁侧启裂向外壁侧扩展，整个断面均为冰糖块状的沿晶型断裂特征，断面上覆盖有较多的腐蚀产物，内壁侧启裂区尤为明显，且有较多的腐蚀坑。对腐蚀产物的能谱分析发现，腐蚀产物中有一定量的Cl、S等腐蚀性元素。同时，金相检验发现，裂纹有明显的分叉，裂纹以沿晶型开裂特征为主。以上特征表明，该三通裂纹具备应力腐蚀裂纹的特征，且运行环境中存在Cl等腐蚀性元素。
再者，对三通的化学成分检验发现，取样的P含量高于标准规定的上限值，Cr含量低于规定的下限值。过高的P含量易引起P元素在晶界偏聚，弱化晶界，而过低的Cr含量会降低不锈钢的耐蚀性能。
因此，综合分析，该三通未进行固溶处理，强度过高，韧性不足，存在较大的内应力，同时，运行环境中存在Cl等腐蚀性元素，导致该三通发生了应力腐蚀开裂，而P含量过高，Cr含量过低进一步加速了应力腐蚀裂纹的萌生和扩展，最终引起泄漏失效。
4 结论及建议
液氨管道不锈钢三通的裂纹为应力腐蚀裂纹，造成三通开裂的主要原因是该三通未进行固溶处理，且运行环境中存在Cl等腐蚀性元素，而三通材质P含量过高，Cr含量过低促进了应力腐蚀裂纹的萌生和扩展。针对以上结论，建议如下：
（1）对制造三通的原始材料进行理化性能检验，确保各项性能满足相关标准的规定；
（2）三通制造成型后及时按标准进行固溶处理，充分消除加工引起的形变硬化和内应力；
（3）对运行环境进行筛查，避免Cl元素等不锈钢应力腐蚀开裂敏感性元素进入运行环境中。
参考文献
第6篇
关键词：钢铁材料；显微镜；检测
中图分类号：F416文献标识码： A
随着金相显微镜的不断发展，钢铁材料越来越受到广大人们的关注，使人们愿意对其进行研究、开发和应用，特别是对Fe-Fe3C系相图的建立，是金属材料科学的基础。随之建立了金属学、金相学以及相变和合金钢等。随着对微观组织理论的具体分析，大大加快了显微镜的发展进程。电子显微镜的出现，不但使人们看到了钢中第二相沉淀析出的具体情况，而且还可以看到位错的滑移行为，并且发现了不全错位、层错、亚结构等现象。
一、显微镜下对钢铁材料的具体分析
钢铁材料是极为重要的工业原料，因为钢铁材料可以覆盖较宽的强度水平。对于结构材料来说，要求其必须具备各种性能，最为基本的就是强度和韧性。
钢铁材料是碳含量低于2%Wt的铁碳合金，根据不同的用途加入各种合金元素，形成合金钢。人们之所以能发现钢铁材料的范围非常宽的强度水平，是因为钢铁材料起源于铁和碳合金。铁在室温内是体心立方晶格铁索体，当温度升高时就会变成面心立方晶格奥氏体，这种行为称之为相变。
在高温下存在与低温不同的固相r是铁碳合金的重要特征。正是由于此特征的存在，才能通过热处理方法来改变钢铁材料的室温组织，这个重要特征被称为同素异构。金属能够具备非常宽的强度水平是因为要满足人们的在生产生活中的需要。例如建立规模较大的建筑物以及汽车、铁路、船舶、电机等机械设备都需要用到金属材料。由于金属材料具有同素异构的特征，促使人们可以根据不同的冶金工艺使同素异构结构发生改变，也就是利用相变来获得不同强度水平的材料，满足人们的需求。Fe―C合金中加入合金元素形成合金钢，形成多种代位固溶体、间隙固溶体、碳化物、金属问化合物。
固态相变发生相的晶体结构发生改变或者化学成分发生细微的变化，需要原子迁移方可完成。如果由于原子的迁移导致原有原子的邻居关系被破坏，属于扩散型相变。如果不破坏原有原子的邻居关系，原子位移不超过原子间距，称为无扩散型相变。无论是扩散相变，还是无扩散相变，对于同种固态相变，根据不同的外部条件以及内在因素，系统自组织“能动”地形成各种组织，使之具有形形的相貌，例如珠光体的组织中有片状、细片状、极细片状、粒状、点状、针状、类珠光体等多种形态。马氏体有板条状、片状、碟状、凸透镜状、薄片状、薄板状等形态。贝氏体形态较为复杂。这些都是在成分、温度以及冷却的条件下，也既在远离平衡态、随机涨落和非线性相互的条件下，系统自组织的杰作。相变机理一元化，组织形貌具有多样性。
二、概述金相检验
人们利用显微镜观察材料的微观组织结构，可以看到材料具有的独特魅力。此过程称之为金相检验。金相检验的内容有如下几点：第一，材料基体相的组织结构以及材料组织结构的不足之处；第二，显微组织的取向以及状态的不均匀性。例如带状、分布以及晶体大小等；第三，第二相的类型、结构、组成、数量、形态、尺寸和分布；第四，研究原子按键力分布的晶体结构和电子按能量分布的原子、离子结构。在金相检验中应用的测试技术主要有如下三种：第一，显像技术：利用显像技术更透彻的观察材料的显微组织，断口处的形貌特征以及各种缺陷的形貌特征，表面状态等，此类技术主要包括两个方面，一个是腐蚀技术，一个是成像技术。腐蚀技术按不同的检测项目，从而选择不同的试剂和方法进行腐蚀。成像技术主要根据显微镜的成像原理，例如光学显微镜，主要记录以及显示材料的微观组织结构。第二，衍射技术：主要用衍射技术对晶体的结构、晶体缺陷及晶向关系等问题进行研究和分析。在衍射技术中，常用的实验仪器就是X一射线仪、电子衍射仪等。第三，成分分析结构：运用化学成分分析方法对材料的基体、第二相、夹杂物以及腐蚀产物的组成加以研究，特别是材料中的微量元素或者痕量元素对材料性能的影响等。在进行化学成分分析时，常用到的仪器有电子或离子探针、谱仪等。没有任何一种方法可以全面的检测金属材料的性质，利用不同的技术方法只能获取金属材料中某一个方面的信息。不够充分，只有综合的对结果进行分析，利用不同的研究发现金属材料的特点，并进行全方位的分析，从而做出较为明确的解释。所以，要清楚的了解各种冶金研究技术的能力，并且要清楚冶金技术在使用上的局限性。
三、理化检测的全新理念
从显微镜的发展给冶金设计带来了革命性的变化来看，分析技术是合金设计的基础。人们冶炼金属，只通过各种途径对合金工艺过程、特性和使用性能的千年历史加以了解。直至金相显微技术的问世，便形成了现今的冶金科学。显微组织与宏观力学关系认识，为成分一组织―性能半定量或定量的研究和关系式的建立创造了条件，为冶金设计提供了一定的基础。随着检测技术的不断完善，现在已经可以从宏观尺度到电子和原子尺度来研究材料的组织和成分，从而建立组织和性能之间的关系。随着科学技术的不断发展，对于材料检测的要求越来越高，空间分辨率以及原位表征，从二维发展成三维，得到实际晶体的对称性。检测技术的发展和研究是为了能够更加准确、更加及时的将结果呈现给人们，还能有效的降低成本。这便是理化检测的全新理念。
理化检测的检验结果的准确性包括如下几点：第一，检测标准要准确。无论任何检验标准都会有适应性的问题，例如显微组织评定方法标准GB/T13299―1991中组织状态评级图有三套，每一套图片对应一定的含碳量，必须根据所检钢种的含碳量选择对应的图片进行评定。
对力学性能试样的加工也有标准执行问题，化学分析也有化学分析的试验方法及标准，人们在工作中必须要根据试验的材料和检测项目严格执行。第二，上报的数据要准确。进行比对工作是提高数据准确的有效方法。第三，判断的结果要准确。是金相检测人员必须要做到的一点。如果对组织的判断不够准确，数据准确也没有任何实质性的意义。
随着科技的不断发展，按部就班的工作完全不能满足人们的要求，特别是在工艺调整阶段，要求快速进行检验分析工作。这就要求检测人员必须紧跟发展的脚步，必须对需要检测的设备的状态了如指掌，确保设备保持最佳的状态。
现如今在医院看病有一个不成文的规定，无论大病小病都要进行各种各样的检验，花费许多检验费用。有许多专家学者就此提出建议，大力杜绝此类现象发生，低倍检验能进行判定的就不要进行高倍检验，能够用光学显微镜解决的问题就不使用电镜。总而言之，根据不同的检验目的，选择相应的检验仪器设备和方法，从而有效的降低检验费用，使检验成本达到最低。
结语：
本文从微观的角度对钢铁材料进行深入的分析和谈论，对钢铁的材料组织和性能之间的关系给出了较为合理的解释，在对材料的研究过程中起着至关重要的作用。在材料的研究过程中，必须对材料的性能、组成、结构进行深入的研究，选择较为合适的材料，获得最理想的内部组织结构，从而满足人们的使用要求。
参考文献：
[1]王建萍,王家平,许建广.数字图像处理在定量金相分析中的应用[J];材料导报;2012(01).
第7篇
【关键词】热轧双相钢;焊接性能;重工业发展
双相不锈钢是一种常见的钢材种类，在此种钢材中固液组织中的铁含量比重占到了一半左右，奥氏体含量也占一半。在碳含量较低的情况下，Cr、Ni、Gu等元素也占有一定比重。此种钢材因为有一定成分的奥氏体与铁元素，为此，具有不锈钢的优势，并且可塑性与韧性均非常高，没有非常明显的温脆性，可以使焊接性能大大提高，并且在导热系数上也非常高。本文结合上述热轧双相钢的这些优势深入研究了其性能，希望能够为相关部门提供一些参考。
1 热轧双相钢特点以及组成成分
1.1 特点
（1）双相钢2250的合金成分是310升，奥氏体成分为312，与其他的合金材料相比，双相钢有着非常强的抗斑腐蚀以及抗裂缝性能，总的来说，其抗腐蚀性非常强，而在奥氏体上比较，此钢型有较低的膨胀系数，能够有效导热。
（2）双相不锈钢2205的合金与奥氏体在耐热性能上比普通的钢材合金高出3倍，在对其进行设计过程中，可以适当的减轻其重量。其适应的温度一般在―40°F/+500°F左右，如果在具体的生产中有着特定的要求可以适当的调整，对于其焊接结构来说，低温效果将非常好。
1.2 化学成分
双相钢的主要化学成分有C、Mn、Si、p、S、Cr、Ni、Mo、No（奥氏体―铁元素）等，每一种化学成分都占有一定比重。C≤0.020;Mn≤3.00;Si≤2.00;p≤0.020;Cr含量在23.0～2.0;Ni的含量在4.1～5.6左右;Mo为13～0.30。
2 实验研究
2.1 实验材料与方法
本文通过一组实验分析热轧双相钢焊接性能，实验中应用到的材料为硅、锰、铬、钼型的热轧钢化板，钢板的厚度在2.5毫米～6毫米之间。本文实验中钢的所有成分分别有C、Si、Mn、Cr、Mo、P、S等合金元素，这些合金元素的重量百分比分别为：0.06、1.23、1.05、.047、0.05、0.018、0.009。
在应用膨胀仪器进行检测时，可以将检测点集中在钢的临界点位置处，一般Ac1的温度可在606℃左右，而Ac2的温度可以控制在852℃左右。再应用分析检测仪检测出马氏体的含量占总成分的百分之十五。
选择一段厚度为6毫米的钢板，做二氧化碳焊接试验，并做出温度曲线循环图。试验的各个要素构成分别为：电流（A）、电压（V）、焊接速度（mm/s）、气体流量（m3/h）、冷却条件等。
在实验中，双相钢的钻孔深度可以为3.2mm、4mm、2.3mm、还要有一个尺寸在1毫米左右的孔缝，可以将热电偶焊接在小孔的底部，具体样式如下图1所示，可以将热电偶的另一端接到一个时间记录仪上面，能够准确的记录下来整个焊接过程，对于绘制各个区域温度曲线图有重要作用。
热模试验的全部过程都在一个成型的热模型上开展，按照实际的热循环曲线图，选择适当的温度值，温度变化幅度在Tp从700℃降低到400℃，其最终的冷却时间在5分钟。每一个实验组的拉伸值与曲线样式选取的峰值温度分别在1260℃、1130℃、800℃、620℃、400℃。
2.2 实验结果的分析
通过以上实验结果显示，模拟的实际热影响区域内的各个部分的组织要能够符合每一种组织的实际热规范。实际的焊接热区域中具有梯度值，并且从当前的热量条件上看，各个相邻的奥氏体都是顺着低温趋势扩张，但因为所处的受热条件是有差异的，模拟的奥氏体晶粒都是在温度均匀的状况下运行。总体来说，就是双相钢中的晶体能够沿着特定的方向长大。为了确保不同奥氏体能够实现尺寸上的均等，就要对模拟温度适当降低，这样才能与实际显微组织效果接近。
通过实验中硬度的对比分析可以知道，模拟的过热区域中的峰值温度在1260℃，其他的各个温度段的峰值都与实际相差无几。其重要参数为600℃～500℃的冷却时间在t7/8，这个测定值与其他各个温度点上的温度基本一致，可以作为全部热循环的重要参数。
在实验完成以后，能够绘制出一个系统化的曲线图，能量达到了2.3千克每立方厘米时对应的温度可以成为脆性温度，每一个温度区间都不能低于―20℃。在峰值达到了600℃时，断口的外部形态呈现蜂窝状，而其他都是断裂桩，在800℃以上的高温韧性非常好，这是由马氏体与铁软化致使的。将焊接内容放置到显微镜下观察，可以看出，影响热区母材会受焊接的影响，其原组织将发生变化，在铁元素上出现了细小的碳化物质，整体上晶体物质较大。
实验结果可以总结为：
应用CO2气体进行电弧焊接，利用硅、锰、铬、钼等导热的热轧双相钢板是适合的，能够测得平滑的焊接孔道，焊接时飞溅少，并且有较窄的热影响区域;
热轧双相钢的焊接抗冲击性能较好，冷脆温度在―20℃;
双相钢在焊接时发生软化是在热影响区域达到600℃的时候，但其仍然会存在500MPa的抗拉强度。
3 结语
本文主要对热轧双相钢的主要构成及化学成分进行了分析，并以一组实验探讨了其具体存在的性能，可见，做好热轧双相钢的性能研究对于提高双相钢利用效率、节省资源、提高生产率有重要意义。
参考文献：
[1]王国栋，刘相华，孙丽钢.等.包钢CSP"超快冷"系统及590 MPa级C-Mn低成本热轧双相钢开发[J].钢铁，2010（3）.
[2]孟凡磊，孙成钱，张红梅.等.不同加热温度对含Al热轧双相钢中第二相粒子回溶行为的影响[J].热加工工艺，2012（20）.
[3]孙成钱，孟凡磊，张红梅.等.热模拟工艺参数对热轧双相钢中第二相粒子析出行为的影响[J].热加工工艺，2012（5）.
[4]方圆，刘雅政，周乐育.等.马氏体体积分数对热轧双相钢形变位错结构和断裂的影响[J].钢铁，2010（8）.
[5]孙全社，U.Lorenz，W.Bleck等.一种热轧双相钢在γ和γ+α相区的静态软化动力学研究[J].宝钢技术，2010（4）.
第8篇
【关键词】天然气管线；水流冲刷；失效分析
【Abstract】 A section of underground high-pressure natural gas pipeline in gas company broken. Failure causes were investigated by means of visual examination， SEM observation， chemical compositions analysis， metallographic examination， mechanical properties testing and simulation with Fluent software. The results show that the water pipeline， which was laid close and parallel to the gas pipeline， broke and leaded to spewing out of high speed water flow. High speed flow had a big scouring action on the gas pipeline and finally leaded to broken of it. Prevention measures and recommendations were proposed to prevent the similar failure.
【Keywords】natural gas pipeline； scouring action； failure analysis
0 引言
某燃气公司一段高压天然气输送管线中某处发现严重破损，造成该天然气管道出现一个长为200mm宽为135mm的不规则贯穿性破口。此段高压天然气管道于2008年铺设后，一直作为备用应急管道，从未正式使用过，但是会定期做氮气保护及增压保压检验工作。在2012年7月下旬的检测过程中，发现管线系统压力显示不正常，后经现场勘查发现管段存在破口，该部位恰好位于一条自来水管上方70mm处，该部位自来水管曾经发生过爆管，爆管部位已用管箍把紧处理。据调查，事发天然气管段采用GB/T9711.2～1999 L415MB的材料，对应的是美国石油学会标准API SPEC 5L X60材料。为分析破裂原因，作者对破口处管材进行了一系列的理化检验和模拟分析。
1.理化检验分析
1.1 现场勘察分析
从现场勘察得知，该破口天然气管段和自来水供水管道（ND250）上下并行铺设，两管线外表面平行距离约70mm；此处自来水供水管曾发生破裂，后用管箍修补，管箍与天然气管外表面平行距离约25mm，如图1。
现场观察发现，天然气管破口周边3层PE防腐层脱落；破口呈现船形，边缘厚度减薄，边缘圆滑，具有严重的冲刷宏观特征 [1]。
通过比对天然气管破口周边泥土、水源、环境差异性，综合分析天然气管、自来水管各部位形貌特征，初步判断事故原因为自来水管破裂未及时发现，高速水流直接冲击、冲刷天然气管道外表面，导致天然气管发生穿孔性破坏，破口逐渐扩大，直至水管堵漏为止。
1.2 破口宏观形貌分析
对该天然气管道破口进行宏观观察发现：破口呈不规则、近椭圆形状；破口周边发生从外壁向内壁的壁厚减薄，最薄处壁厚约2～3mm；减薄形成的坡度变化范围为10°到85°，表明破口不同部位所受冲刷的角度存在差别；破口内壁可以观察到明显的气液分界线，破口内壁无明显的壁厚减薄；破口坡度陡峭处可观察到径向冲刷痕迹[2]。如图2。
宏观分析表明，破口陡峭处外壁受到了高压流体的正面冲击，冲击方向与管外表面接近垂直；在破口其它位置，流体流向与管外壁夹角逐渐减小；当天然气管出现破口后，部分高速水流冲入管内，形成了流痕与水线。
1.3 破口微观形貌分析
使用扫描电子显微镜（SEM）对破口周边外壁面进行微观观察发现，坡度平缓处外壁面具有相互平行的冲刷沟槽（图3a），属于典型的剪切冲刷痕迹；坡度陡峭处外壁面呈现蜂窝形貌[3]（图3b），其凹坑属高速流体垂直冲刷致使晶粒脱落形成的韧窝痕迹，个别凹坑沿冲刷方向有略微拉长现象。
微观分析表明，天然气管破口周边外壁面具有高速流体冲刷作用的微观形貌，其中破口平缓处受剪切冲刷左右，陡峭处受垂直冲刷作用[4]。
1.4 化学成分分析
在天然气管破口部位取试样进行化学成分分析，结果如表1。分析结果显示，破口段材料的各化学成分均符合标准指标的要求。
1.5 金相检验
在天然气管破口处制取金相试样，经磨抛腐蚀后，采用光学显微镜进行显微组织观察，如图4。
由破口段管材金相图观察可得，管材的基体为白色铁素体，在铁素体间分布着珠光体；管材的晶粒细小，排列规整，分布均匀，无偏析、渗碳等组织缺陷[5]。检验结果表明管材的金相组织正常，基体组织并未受高速水流冲刷作用影响。
1.6 力学性能检验
对破口段管材沿径向从外壁向内壁进行显微硬度测试，测试结果如表2。硬度测试结果表明，破口段管材硬度从外壁向内壁均匀分布，平均硬度为209.2HV。
对破口段管材分布制取标准拉伸样和冲击样进行拉伸和冲击试验，其测试结果如表3。测试结果表明破口管段的强度指标、塑性指标和韧性性能均满足标准要求。
2.Fluent模拟分析
为分析天然气管壁受到高速流体冲刷时流场压力分布及管壁周围流体的速度矢量分布，从视觉上更加直观地认识高速水冲刷管线的过程，根据破口管道现场环境，用Fluent软件对天然气管受到高速水冲刷进行模拟[6]。
模拟假定参数为：天然气管外径为711mm；水管爆口尺寸为长100mm，宽5mm；爆口长度方向和水管中心线平行，爆口深度方向和铅锤面成2°夹角；设定流体为水，设定水管中水的压力为0.6mPa；网格及边界条件设置如图5所示。
模拟结果如图6所示。由天然气外壁受流体作用压力分布图和冲刷流体压力分布图可以看出，正对着水管爆口的管壁所受压力最大，压力范围为0.0973mPa～0.109mPa；且天然气管外壁受流体作用冲刷严重处压力分布形态呈椭圆形，与实际破口形貌对应。由天然气管外壁表面冲刷流体速度矢量图和冲刷流体速度矢量图可以看出，正对着水管爆口的管壁受到流体冲刷的速度最大，流速范围为9.92m/s～11.9m/s，当水流冲击天然气管壁后流向突变，开始沿着管外壁周向冲刷，冲刷速度从爆口向四周逐步减小。
模拟结果表明，在破口，冲刷水流压力较小，流速较低，且方向呈切向，从而形成破口边缘平缓坡度；同时由于水管爆口方向和铅锤面呈一定角度的因素，最终形成该天然气管线破口特殊形貌，如图2（a）。
3. 结论及建议
依据上述现场勘察、系列试验及模拟分析可知：（1）天然气管线的材料满足相应标准指标，管材质量符合要求；（2）天然气管线破口产生的原因为，邻近天然气管线铺设的供水管道发生破裂，高速水流喷射在天然气管线表面而产生的长时间正面与切向冲刷作用。
为预防此类失效的重复发生，作者建议：（1）在规划、设计、铺设天然气高压管道时，要严格执行相关法规、标准、规范，严禁不同管道交叉和超近距离铺设；（2）加强管线的监控、巡线、检测与检验和维护，主动预防天然气管线的第三方破坏。
参考文献：
[1] 廖景娱，刘正义. 金属构件失效分析[M]. 北京：化学工业出版社，2003.
[2] 蔡峰，柳伟等. 流体喷射条件下金属材料冲刷腐蚀的研究进展[J]. 摩擦学学报，2011，31（5）：521-527.
[3] 韩顺昌.金属腐蚀显微组织图谱[M].北京：国防工业出版社，2008.11
[4] 赵会友，陈华辉，邵荷生，赵善钟等. 几种钢的腐蚀冲蚀磨损行为与机理研究[J]. 摩擦学学报，1996，16（2）：112-119.
[5] 任颂赞，张静江，陈质如等. 钢铁金相图谱[M]. 上海科学技术文献出版社，2003：29.
第9篇
关键词 金相检验;发展;重要性
中图分类号TF1 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)24-0166-01
1 金相检验在材料研究中的重要性
物理冶金学的任务在于研究金属和合金的成分、组织和性能之间的关系,而这些研究的深度与广度主要依赖于人们对金属内在组织的结构的识别,即金相检验。
在材料的研究过程中:一方面,材料的确切组成、结构和性能结果的获得是通过大量的理化检验研究和测试工作所完成的;另一方面,其材料的组成、结构和性能之间相互关系及变化规律的研究和确定也是大量的理化试验研究和测试工作的参与而得以实现的。在这两个方面中,金相检验占有重要的地位,只有通过金相检验才能完整的解释组成、结构和性能之间的相互关系。许多制备具有优异性能材料的重大进展常常可追溯到对于它们显微组织结构的确定和控制。所有工艺的目的都是为了得到可控的微观组织结构,从而得到所需要的性能。金相学的进步与发展对冶金、机械制造、动力、能源、建筑、国防和其它许多部门无论现在还是将来都会产生巨大的影响。由此可见,在材料的研究与发展中,金相检验是必不可少的,是材料研究的重要组成部分,这是金属材料发展史上人们最深刻的体会。同时也促进了金相检验技术和检测设备的发展。
2 金相检验在现代材料研究中的作用
新一代钢铁重大基础研究项目以3类典型钢材作为代表开展研究。第一类为热轧普碳钢材,通过工艺优化来优化显微组织结构,生产廉价的金属材料;第二类为低合金钢高强度热轧钢材;第三类为合金结构钢。在这3类钢材研究开发的整个过程,始终贯穿一条主线,就是显微结构组织的确定和优化控制。金相检验在现代材料研究中的作用主要体现在如下几个方面。
2.1 化学成分与金相组织
合金设计的根本任务是满足工程构建或用户提出的各项性能要求。而这些性能受控于成分、内部显微组织、杂质和缺陷、表面组织及应力状态等,其中主要是成分和组织。成分和组织在很大程度上控制着所有组织敏感性能。合金设计中首先要做组织设计,选择满足性能要求的组织结构。控制组织结构的第一个因素就是化学成分。化学成分通过相变等方式控制组织中的相、体积分数和形态,如马氏体形态、贝氏体形态等首先受控于碳的含量。低碳钢淬火后得到板条状马氏体,而高碳钢淬火后得到针状马氏体。所以,金相检验是验证和解释所设计成分是否合理的强有力的手段。
2.2 组织演变规律与工艺制度
化学成分确定之后,控制组织结构的主要因素就是制造的装备和制造工艺,包括冶炼、铸造、锻轧、热处理等。从冶炼到成品各环节中,每一个生产环节,对最终产品的组织结构都起到至关重要的作用。金相检验就是各种检验、检测仪器设备和一定的方法,显示、判定、测量材料显微组织随工艺变化的规律,从而制定合理的工艺制度。现代冶金工艺之一连铸连轧一个重要组织因素就是铸造树枝晶的破碎和混晶。原始铸造粗大的树枝晶奥氏体再结晶不完整或再结晶组织不均匀是导致最终铁素体组织混晶的主要原因。
2.3 金相学与材料科学
显微镜的发展给合金设计带来了革命性的变化。众所周知,人类冶炼金属通过各种途径了解合金工艺过程、特性以及使用性能的漫长历史,直到有了金相显微镜后才形成了当今的冶金科学。显微组织与宏观力学关系的认识,为成分―组织―性能半定量或定量的研究和建立关系式创造了条件,为材料的发展奠定了理论基础。其中,最典型的就是Hall―Petch关系式(σs=σo+kd-1/2)。该关系式是细晶强化的理论依据,是20世纪下半叶与钢的组织细化相关的5个重大成就之一。所以,必须依靠实际的金相研究和金相检验工作,来证实材料设计的科学性,制定工艺的合理性。
金相检验分析,不仅有组织识别还有评定,即有定性还有定量、半定量的检测。金相检验的内容归纳起来有一下几项:1)材料基体相的组织结构及其缺陷;2)显微组织的取向和状态的非均匀性,如带状、分布不均、晶粒度等;3)第二相的类型、结构、组成、数量、形态、尺寸和分布;4)研究原子按键力分布的晶体结构和电子按能量分布的原子、离子结构。就显微组织检验来说,显微组织检验是通过一个二维截面视图来建立一个三维结构图形的,这样在显微组织检验中就分为4个级次。A正确识别是什么显微组织;B定性的显微组织状态;C定量的显微组织状态;D显微组织与性能之间的关系。
3 金相检验的主要应用技术
第10篇
关键词：ICP-OES 镍基高温合金 主量元素 回收率试验
镍基高温合金的化学成分异常复杂，合金饱和度高，要求对每一添加元素的含量都进行严格控制，其成分分析是其质量控制的关键。本方高法通过用盐酸、硝酸、硫酸、酒石酸对样品进行消解，优化仪器测定条件，选定最佳测定波长，对镍基高温合金主量元素进行同时测定，用准确、快速的仪器分析来代替复杂、繁琐的手工分析，在保证测量准确度和精确度的前提下大大提高了样品分析效率。本方法经标准样品测定及样品回收率试验，准确可靠。
一、实验部分
1.主要试剂及仪器
仪器：Agilent 725ICP-OES型光谱仪，分辨率0.007nm,石英雾化器，石英矩管。盐酸：ρ1.19g/ml,AR；硝酸：ρ1.42g/ml,AR；硫酸：ρ1.84g/ml,AR；酒石酸：称取100g,AR的酒石酸溶于纯水中，稀释到500ml,其质量百分比为20%；纯水：电导率为18.25 MΩ@25℃的超纯水。
2.试验条件
RF功率：1.10KW；等离子体流量：15L/min；辅助气流量：1.50L/min；雾化器压力：200Kpa；观察高度：10mm；氩气纯度：99.999%。
3.试验方法
按以下元素含量配制标准溶液，做工作曲线。表1 GH169工作曲线（μg/ml）
称取样品0.1000g与150ml锥形瓶中，加入25ml盐酸，5ml硝酸，在低温电炉上加热溶解。完全溶解后，加入5ml硫酸沸煮至冒白色烟雾，滴加浓硝酸破坏碳化物，取下自然冷却。加入10ml酒石酸溶盐，冷却后移至100ml容量瓶中，加纯水稀释至刻度定容待测。
二、结果与讨论
1.酸度试验
本方法进行酸度试验，分别加入3:1,4:1,5:1,6:1盐酸、硝酸混合酸进行溶样，并加入5-10ml硫酸冒烟，5-20ml酒石酸溶盐后测量试样，数据与标准样品标称值比较，选择5:1混合酸，5ml硫酸，10ml酒石酸测量值最为接近。故本方法采用25ml盐酸,5ml硝酸溶解试样，并加入5ml硫酸冒烟，10ml酒石酸溶盐。
绘制工作曲线时，对标准溶液进行酸度匹配，和样品保持一致。
2.元素谱线选择
在测量过程中，遵循低含量元素用灵敏线，高含量元素用非灵敏线的原则，由于本方法使用设备自动扣除背景，所以只需考虑基体干扰而选择合适的谱线进行测定。经多次反复试验，选择谱线为：Mn为257.6nm、Si为288.1nm、Fe为238.2nm、Cr为213.3nm、Mo为202.0nm、Nb为309.4nm、Al为309.2nm、Ti为338.3nm。
3.加标回收率试验
本方法对标准样品进行加标回收率试验，以验证检测方法的可靠性。各元素标准值、加标量、十次测量值、平均测量值及加标回收率分别为：（1）Mn：0.20%，0.20%，0.195%，0.398%，101.5%；（2）Si：0.119%，0.10%，0.121%，0.219%，98.0%；（3）Fe：18.10%，2.0%，18.13%，20.25%，106.0%；（4）Cr：18.37%，2.0%，18.31%，20.37%，103.0%；（5）Mo：3.06%，1.0%，3.084%，4.062%，97.4%；（6）Nb：5.22%，1.0%，5.253%，6.291%，103.8%；（7）Al：0.60%，0.5%，0.604%，1.101%，99.4%；（8）Ti：0.98%，0.5%，0.962%，1.492%，106.0%。经实验测得，加标回收率在97.4%-106%之间，测试结果显示本方法满意可靠。
三、精密度和准确度试验
本方法对标准样品进行精密度和准确度试验，来验证方法的准确性和可靠性。对样品进行连续10次测试，其测量值、相对标准偏差（RSD）如下。表2 精密度和准确度试验结果
四、结论部分
第11篇
关键词：水冷壁 氧腐蚀 氢腐蚀 停炉保护
某电厂#3炉为WGZ-200/9.8-4型高温高压固态排渣锅炉，1995年投运。锅炉采用膜式水冷壁，前后墙各94排，左右墙各80排，规格：Φ60×5mm，材质：20G。2011年8月至10月，连续3次在喷燃器标高上下1m附近发生爆管事故，对该锅炉爆管事故进行了取样分析。
1、试验方法与分析
1.1 宏观检查
取样两根水冷壁管，一根外壁存在破裂开口，一根外壁无可见损伤。两根内壁均有红黑色沉积物，向火侧沉积物较厚，并有点状或块状的堆积凸起，尤其在鳍片附近的向火侧，堆积凸起更多更高。两根均可见的腐蚀坑，腐蚀为局部腐蚀，形态为溃疡状，横截面观察腐蚀坑呈碗状，深度在1-3mm不等。个别腐蚀坑端面可见明显分层，外层砖红到褐色，为Fe2O3，内层黑色，实际上是Fe3O4和贴近金属基体的FeO。破裂就发生在向火侧碗状腐蚀坑最深处，破口长50mm，破口边缘粗钝且不减薄，呈脆性断口，破口边缘未见细小群裂纹。破口旁边另有两条裂纹，一条长30mm，裂纹深3mm；一条长20mm，裂纹深2.5mm，裂纹由内壁往外壁发展，管段无明显变粗。
（a）破口外壁侧宏观形貌 （b）破口内壁侧宏观形貌 （c）破口横截面宏观形貌
图1 破口形貌
1.2 壁厚测定
游标卡尺测定厚度如下：
表1测厚数值（单位：mm）
注：1：向火侧2，3：腐蚀坑4：背火侧
1.3 金相组织分析
破口附近有两条长裂纹，破口附近及长裂纹两侧存在多条微裂纹，裂纹由内壁向外壁发展。破口和裂纹的组织存在明显的分层，管外壁组织为铁素体加珠光体，珠光体球化2级，组织正常。见图2（b）和图3（b），管内壁组织绝大部分是白色的铁素体，几乎没有珠光体存在，脱碳现象集中在破口与裂纹的内壁周围，由管内壁向管外壁逐渐减轻，脱碳层厚度较小，最严重的地方在1.5mm左右。脱碳区内，小裂纹联通形成大裂纹或孔洞，见图2（a）和图3（a）。（a）图中黑色部分为主要为裂纹，沿铁素体晶界分布，这些沿晶微裂纹破坏了金属晶粒之间的联系，致使金属的强度和塑性降低[1]。
（a）破口近内壁组织：300× （b）破口近外壁组织：300×
图3 破口处金相组织
1.4 力学性能试验
在破口向火侧与背火侧各取一组进行拉伸试验，数据见表2。
表2 拉伸试验数据
从试验数据看，抗拉强度及伸长率均符合GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》的要求，背火侧抗拉强度略高于向火侧。
1.5 钢材化学成分分析
对破口试样母材取样进行化学分析，数据见表3 。
表3 化学成分%
化学成分符合标准GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》的要求。
1.6 氢含量测定
外委钢铁研究总院测定含氢量。对外壁损伤管段取样进行测定，破口处含氢量高达8.9PPM，裂纹处含氢量达8.3PPM，背火侧无腐蚀坑位置处仅0.62PPM，含氢量相差10倍以上，说明破口及裂纹处存在氢腐蚀。另一根外壁无可见损伤管材，腐蚀坑较浅，腐蚀坑处氢含量为0.65PPM，无腐蚀坑处为0.67PPM，含氢量正常。
2、原因分析
#3机组在2007年至2009年间停运，未做停炉保养，水冷壁管内形成氧腐蚀。近年来#3机组停运时间较多，机组停运期间，内既有充足的水分又有充足的空气，其表面非常容易发生氧腐蚀，停运时间越长，腐蚀越严重。锅炉启动后，停运腐蚀的部位会进一步发生运行中腐蚀并容易产生沉积物。形成水冷壁管停运腐蚀、运行中腐蚀、结垢的恶性循环。
经过氧的一二次腐蚀过程，炉管减薄，炉管内表面生成氧化铁，炉水进入后疏松氧化铁一部分脱落，导致炉水含铁量增大，进入炉水中铁化合物形态主要是带正电的胶态氧化铁，炉管局部热负荷高导致该部位金属表面电子集中而带负电，正电的胶态氧化铁受负电金属表面吸引造成聚集并覆盖在原有未脱落的氧化铁上，在热负荷高的区域使氧化铁垢增厚。氧化铁垢层的形成造成垢下腐蚀，浅腐蚀坑处氢含量正常，金相组织正常，氧腐蚀是减薄的主要原因。而对破口和裂纹，金相分析发现，破口及两条裂纹内壁侧均明显脱碳，但脱碳层较浅，集中在深腐蚀坑底部，所以氢腐蚀相对较弱且位置集中，故未出现常见的“窗口”爆裂[2]，而是条状的破口和裂纹，为非典型的垢下氢腐蚀。
综上所述：氧腐蚀是造成腐蚀坑的主要原因，主要由停炉保养不到位或水质控制不过关引起。氧腐蚀深度较大的地方形成垢下局部氢腐蚀，导致水冷壁管破口和裂纹的产生。
3、处理方案
根据上述情况，制定综合性的处理方案。（1）对后墙标高6-10米的位置进行重点割管，按每10根间隔割一根进行割管检查，其他三面墙割管各抽查2根。（2）根据割管情况，初步判断腐蚀情况。腐蚀严重时，采取超声波测厚结合漏磁腐蚀检验技术进行普查，必要时配合内窥镜检查，查找壁厚减薄严重的管子并进行更换。（3）更换管子后对锅炉进行酸洗，在管壁钝化形成保护膜。（4）切实加强机组的停用保护工作，减轻停用期间的腐蚀。（5）加强水汽品质检测，及时调整水汽品质。保证水质良好尤其是锅炉刚启动的一段时间。（6）进行空气动力场测试，调整燃烧器角度，保证锅炉火焰中心的正确位置。运行中及时调整锅炉燃烧工况，保证燃烧工况良好，不发生偏燃。对壁厚减薄严重部位管子的汽水循环性进行分析，是否存在影响汽水循环的不合理结构。
4、情况跟踪
电厂进行了割管检查和漏磁腐蚀检查，对标高5-20米部位进行了集中排查，腐蚀主要集中在后墙，其余三墙也有零星的几根。说明腐蚀具有区域性，并不具有整体性。
考虑到垢下氢腐蚀的严重性，厂家决定对后墙5-10米腐蚀严重区域外扩5排作整体更换，更换58根。再更换其他三墙个别管子。更换结束后进行空气动力场测试，调整燃烧器角度，重新找回火焰中心，使偏燃得到纠正。
处理结束后开机运行，运行过程中加强水汽品质检测，水汽品质正常。三个月正常运行无爆管。
参考文献
第12篇
一、实验部分
1.试剂
硝酸（HNO3）：分析纯，密度1.42g/mL，科龙化学试剂厂。
盐酸（HCl）：分析纯，密度1.19g/mL，科龙化学试剂厂。
氢氟酸（HF）：分析纯，密度1.13g/mL，科龙化学试剂厂。
丙酮：分析纯，科龙化学试剂厂。
标准贮备液1：含Al、As、B、Ba、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd、Sr等元素，各元素浓度均为1mg/mL。
标准贮备液2：含Mo、Pd、Si、Sn、Ti、W、Sb等元素，各元素浓度均为1mg/mL。（所用试剂除特殊说明外，均为符合国家标准的分析纯试剂和高纯水）
2.仪器和设备
等离子体发射光谱仪（ICP-AES）：型号IRIS-HR-DUO，全谱直读，美国Thermo公司。
电子天平：AG-245型，，感量0.05mg，瑞士梅特勒公司。
微波炉：Galanz格兰仕，型号G08F23CSP-Q5（R0）。
聚乙烯瓶：100mL。
微波消化罐：70 mL。
其他实验用玻璃器皿。
3.样品的处理
将不锈钢样品用丙酮清洗后再用高纯水冲洗干净，转移至经过干燥恒重的烧杯中，放入烘箱中于110℃烘干2h，然后放入干燥器中冷却至室温，称重并记录样品的实际重量。
将称好的样品放入微波消化罐中，加入适量高纯水和14mL浓盐酸，拧紧盖子，放入微波炉中，微波消化5min，冷却后加入5滴氢氟酸，待样品完全溶解后，转移至准备好的100mL容量瓶中，用高纯水定容至刻度，并尽快转移至100mL塑料瓶中。
在不加入样品条件下，按照样品的溶解方法制备空白溶液。
4.标准溶液的配制
1）空白标准溶液STD0的配制
采用浓硝酸用高纯水稀释至5%的硝酸体系溶液作为标准空白溶液。
2）标准溶液STD1的配制
取1mL标准贮备液1于干净的100mL容量瓶中，并加入5mL硝酸，用高纯水定容至刻度。溶液中含Al、As、B、Ba、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd、Sr等元素，各元素浓度均为10mg/L。
3）标准溶液STD2的配制
取1mL标准贮备液2于干净的100mL容量瓶中，并加入5mL硝酸，用高纯水定容至刻度。溶液含Mo、Pd、Si、Sn、Ti、W、Sb等元素，各元素浓度均为10mg/L。
5.样品测量
按照ICP-AES光谱仪使用操作程序进行仪器预热及使用前的准备，使用仪器控制软件设定测量参数。改变RF功率、雾化器压力、进样泵速等主要参数，对仪器标样测量进行优化，采用折中方法选择所有要测量的元素及具有较好的灵敏度和稳定性的参数条件，作为仪器最终的测量参数，仪器参数见表1。在选定的条件下对所选择的每一条谱线进行准确定位后，依次测量标准溶液STD0、STD1、STD2，并对仪器进行标定。
二、结果与讨论
1.标准溶液中部分元素的线性相关性
在测量过程中，测量了Si、Mo、Ti等主要元素的浓度为1.0mg/L、2.0mg/L、5.0mg/L、10.0mg/L、20.0mg/L系列标准溶液的标准曲线，测得的部分结果见表2。
由表2可以看出：各元素在所选择的谱线处都具有很好的线性相关性，能够满足分析的需要。
2.不锈钢化学成分分析结果
不锈钢化学成分中元素含量按照下面公式计算：
式中：c—不锈钢样品中待测元素的含量，%；ci—试样中待测元素的浓度，mg/L；c0—试样空白中待测元素的浓度，mg/L；V—测量时试样溶液的体积，L；m—样品的重量，mg。
三、结论
第13篇
关键词 钢材；带状组织；产生原因
中图分类号TG142 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0194-02
0 引言
钢材存在的带状组织是常见的一种缺陷，然而带状组织缺陷问题却影响了钢铁公司的正常生产经营，一方面在公司内部发生了相当数量的由于带状组织不合所造成的废品，另一方面顾客用户提出产品质量异议，导致退货或索赔，这些都给企业产品信誉和经济效益带来了相当大负面影响。
研究证明亚共析钢冷却室温后，显微组织均是由铁素体和珠光体组成，经完全退火的亚共析钢，它的显微组织由铁素体与珠光体组成，正常情况下根据钢的含碳量按一定比例以无规律的混合状态存在，钢的含碳量越高，则珠光体量越高，而铁素体量越少，在热轧钢材上获取与轧制方向平行的截面上的试样，显微组织往往能看到沿轧制方向延伸了的交替排列的带状铁素体与带状珠光体的组织，这种组织在合金钢中最常见。
1 带状组织的成因和影响
1）钢中除C以外的合金元素和杂质的偏析，是形成带状组织的原因。因钢液在铸锭结晶形成的化学成分是不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长并逐渐与变形方向一致，因此形成碳等元素的贫化带。当钢中含有硫等害杂质时，因硫化物凝固温度较低，凝固时多分布在枝晶间隙，压延时杂质沿压延方向延伸，当钢材冷Ar3（冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度）以下时，这些杂质就形成了铁素体形核的核心使铁素体形态呈带状分布，当温度继续降低时，珠光体在余下的奥氏体区域中形成，也相应地成条状分布，形成带状组织，成分偏析越严重，形成的带状组织也越严重；
2）因钢材热加工温度不当引起。钢材在热加工停锻温度（在停锻时锻件的瞬间温度）低于二相区时（Ar1（冷却时奥氏体向珠光体转变开始温度）和Ar3之间），此时铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，还没有分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时带状奥氏体转化为带状珠光体。人们了解到这一点已相当久了。但是却没有弄明白偏析元素是通过什么样的机理使铁素体与珠光体成析出的。某XX公司技术部门对各种偏析层的试样进行了研究，提出了关于带状组织成因的如下推测。该部门认为，向P等提高铁素体开始析出温度的元素，或者像Mn、Ni、Cr等降低铁素体开始析出温度的元素，由于它们沿轧制方向成带状偏析，而引起带状组织，如果P成为带状偏析，就会使偏析部分的铁素体析出温度升高，所以铁素体就在那里成核长大。在铁素体增多的同时，C被排挤到部分尚处于奥氏体状态的偏析区外侧的低P区，在这里被富聚而转变成珠光体。相反，降低铁素体开始析出温度的Mn Ni Cr等成分产生偏析时，由于在偏析区的外侧铁素体最初形核增加，C则是被排挤到铁素体开始析出的温度比较低的，大部分尚处于奥氏体状态的偏析区，在那里富聚而转变成珠光体，结果，偏析区的外侧变成铁素体，偏析区则变成珠光体。关于带状组织对机械性能的影响，表3.2是某钢铁公司技术部门介绍关于SAE4340 （40CrNi2Mo0）钢的研究结果
表1带状组织对Ni-Cr-M0钢SAE4340 （40CrNi2Mo）调质后的机械性能的影响， 可以看出，存在带状组织使垂直于轧制方向的伸长率、断面收缩率以及冲击韧性有所减少。
（1） 成分分析值：0.42%C， 0.72%Mn， 0.82%Cr， 1.74%Ni， 0.25%Mo ， 从843℃油冷后635℃回火2小时的4-5根试样的平均值；
（2） 经1200℃×100小时扩散退火后，835℃正火5次。
2 消除带状组织的方法
钢中的带状组织形成原因，对钢材质量的影响和消除方法，结果表明这种组织主要是钢中成分偏析引起的，而且常成因果关系，带状组织会降低钢的力学性能，切削性能和塑性成形性能，带状组织中的合金元素偏析，在常规退火、正火、淬火、渗碳加热条件难以小消除，采取电渣重熔，快速结晶，增大锻造比和扩散退火等技术可减轻或避免钢材带状组织的形成一般认为，带状组织起因于凝固时的树枝状偏析，因此，要完全防止它的发生是十分困难的，但是，可以用扩散退火、电渣重熔、快速结晶；增大锻造比等方法消除或减轻它，在这里介绍一下扩散退火，钢锭在凝固过程中总会产生不同程度的枝晶偏析。即化学成分很不均匀，扩散退火是将钢锭（或钢锭）高温加热并在次温度下保温，使元素扩散均匀，以减轻或消除枝晶偏析，从而，提高钢材质量。各种元素在奥氏体中的扩散能力，都是随温度升高而增大，所以扩散退火都要求较高的温度，具体的扩散退火温度由钢种和偏析的程度而定，如钢中偏析严重，含有扩散速度较慢的元素或含有难于溶解的特殊碳化物时，需采用较高温度。一般合金钢扩散退火温度多采用1200℃～1300℃而高碳钢采用1100℃～1200℃，保温时间为10h～15h。例如，碳钢的带状组织通过1300℃×5小时的扩散退火，就比较容易消除；镍钼钢SAE4340（40CrNi2Mo）的带状组织，通过1200℃×100小时扩散退火后得以消除。钢锭在热加工之前要进行一次扩散退火，但是，要完全消除树枝状偏析需要很长时间的退火，因此，通常只在扩散退火温度下保温几小时，这样既能达到扩散退火效果，又简化热处理工序。
3 结论
生产实践证明严格控制钢的冶炼及轧制工艺就可以得到均匀的铁素体和珠光体，有效地防止了带状组织的产生。
参考文献
第14篇
1.热模拟试验技术
1.1.主要功能热模拟试验机拥有高效和多样化的冶金过程工艺研究手段,是当前广泛应用的先进的动态热模拟试验设备,由计算机控制并且配有数据自动采样和处理系统,功能齐全、可以完成包括轧制锻压工艺、连铸冶炼工艺、焊接工艺、金属热处理工艺、机械热疲劳等内容在内的动态过程模拟试验,可以测定金属高温力学性能、金属热物性及CCT曲线、应力应变曲线等。具有试验精度高,重复性好,能够为试验者制订和改良其生产工艺提供可靠的实验依据。通过热模拟,新材料的开发和冶金过程工艺的改进可在实验室内进行,并可将结果直接应用到现场生产中。
1.2应用领域
1.2.1材料试验研究各种不同几何尺寸的热拉伸试验;热压缩试验,如:单向流变应力试验、平面应变压缩试验、应变诱导裂纹扩展试验等;熔化和凝固试验;零强度温度/零塑性温度确定;热疲劳/热机械疲劳试验;热循环/热处理;相变、TTT/CCT/CHT曲线测定;裂纹敏感性试验;形变热处理,如:应力松弛析出试验(PPT图测定)、蠕变/应力破坏试验等;液化脆性断裂研究;固/液界面研究;固液两相区变形行为研究。
1.2.2冶金过程模拟铸造和连铸;固液两相区加工过程;热轧;锻压;挤压;焊接;板带热处理;金属材料热处理;粉末冶金/烧结等。
2.X射线衍射(XRD)实验技术
2.1基本原理X射线衍射手段在许多学科和经济建设的各行各业都获得了广泛的应用。一是由于固态物质内部组织绝大部分都是以晶体形式存在,应用范围十分广泛。二是以晶体分析见长的XRD手段既能解决物质的名称、化学式、物相结构等物质认识的基本问题,又能解决物质结构与制备工艺、材料性能相互联系的深层次问题。固态物质按元素的种类、含量、结合键、原子排列方式及显微分析几个层次逐渐认识。基于原子内层电子的激发或吸收建立的各种光谱、能谱分析方法,是分析物质内所含元素的种类和含量,却无法判定元素的价态和结合方式。元素只见的结合构成物质的动力主要是外层电子的相互作用,XRD正好满足这种要求,它直接面对的是物质的本身,确定样品是单质、化合物、固熔体还是混合物,测定其排列结构和化学式。即确定元素存在的形式和状态。与光谱分析相互依存和补充。由于化学键的作用,使得原子之间近有斥力远有引力,最终只能束缚在网络结构中形成晶体,这在强相互作用的离子键、金属键、原子键、共价键更显突出。晶体空间点阵是最小单元晶胞的重复排列,晶胞三个轴长abc为晶格常数,它及其之间的夹角,构成了四方、立方、斜方、单斜、三斜等各种可能的晶系。
不同晶面之间最大的区别在于晶面距d不同,它是晶体物质的客观特征,它反映了元素之间结合方式和状态,构成了检验物质的“指纹”特征。简单的说,X射线衍射(XRD)分析正是基于这一“指纹”特征,利用具有特征波长和固定方向的X射线,以和样品表面成θ角入射,探头在和入射线成2θ处接收,这样从低角度到高角度扫描出的谱线即为X射线衍射峰。
2.2应用领域无机物、有机物物相的定性、定量测定;钢中残余奥氏体、残余应力的测定;点阵参数的测定;材料织构分析等。
3.金属原位分析技术
3.1工作原理利用火花直读光谱仪的原理,进行金属材料中大面积范围内的成分及状态定量分布的快速分析,具备元素偏析度分析、夹杂物的定量分析与分布分析、金属表面疏松度分析以及成分分析四大基本功能。与传统技术比较,具备制样简单、定量准确、分析速度快的特点。
3.2关键技术
3.2.1连续激发同步扫描定位技术全数字式交流伺服驱动;扫描范围:250×250mm;位置重复精度:±0.1mm
3.2.2单次火花放电高速采集技术高速数字式记录单次火花放电的全峰形;自动甄别夹杂物的异常火花;噪音自滤波功能,提高信噪比,实现纯金属分析
3.2.3火花光谱单次放电数字解析技术(SDA)利用扫描平台夹持试样,实现连续移动激发,由高速数据采集系统采集每次放电火花的谱线强度与位置,以数字方式实事记录,通过统计解析从而进行样品的成分分析、元素分布分析(偏析度分析)、疏松度分析以及夹杂物分布分析。
3.3.应用领域
3.3.1元素成分分布分析和偏析度分析中心线、对角线快速扫描分析;各元素沿线含量分布图;强度与浓度自动转换;面扫描分析;各元素二维等高分布图;自动计算偏析度;动态显示每点的各元素含量;色标定量指示成分高低;三维立体分布图;立体旋转功能。
3.3.2样品成分统计分布分析对样品表面一定区域内的元素成分进行区间统计分析,快速、准确、定量、全面表征元素偏析状况。
第15篇
关键词:烧结 专家系统 SPMS 智能控制 PLC
1 前言
河北钢铁集团唐钢公司炼铁厂南区现有烧结机一台,自2007年10月投产以来为4#高炉提供了足量的烧结成品矿。为了适应现代化生产的需要,满足日益提高的生产要求,提高烧结生产的成品率,通过对公司其他烧结机和兄弟单位烧结机生产情况的考察研究,公司决定为该烧结机增设专家系统。
2 烧结专家系统的组成
2.1 烧结专家系统概述
烧结过程智能控制管理系统(即SPMS)是按烧结工艺的要求,确定符合生产实际全过程的控制方案,对配料、加水、混合、烧结机布料及点火、机尾烧成等工艺环节分别进行模型化处理。SPMS分一级控制和二级人工智能控制两方面内容,即L1和L2。每级控制都包含诸多子模型,其中一级控制模型所含的子模型有混合料控制模型、燃料比控制模型、混合料水分控制模型、烧结机布料控制模型、烧结机点火控制模型、混合料槽料位控制模型;二级控制模型所含的子模型有基本配料模型、动态配料模型、BRP偏差控制模型、BRP位置控制模型和生产报表及历史趋势分析管理等。
2.2 SPMS一级、二级硬件配置
一级系统是专家系统PLC基础控制级:由AB公司的Logix5000系列产品组成,共有6个上位机、4对冗余CPU和对应4个远程站IO,将烧结工艺流程分为配料系统、烧结顺控系统、烧结仪控系统和烧结主抽系统。系统网络依据现场环境干扰大,采用了AB公司的ControlNet同轴电缆进行连接,通过1756-ENBT通讯模块实现上位机与PLC、CPU与远程站之间的可靠通讯。并采用冗余通讯方式,分为A、B两路,如果一条通讯链路出现故障,系统会自动在几百ms范围内切换到另外一条链路工作,确保PLC的正常工作。
一、二级系统通过通讯程序交换数据。通讯程序采用Microsoft Visual C# 2005开发,通讯程序把通过RSLinx OPC服务采集到的一级数据直接写到二级数据库表中,同时读取数据库中需要传到一级的计算数据并写到一级系统。二级系统采用C/S结构,即客户端/服务器模式。由一台服务器和两台客户机、一台打印机组成并通过100M交换机组成以太网络。
3 一级控制模型概述
3.1 烧结混合料量控制模型
其功能是根据一级配料设定值或二级动态配料模型计算的配料设定值自动控制各品种物料切除量,并根据混匀矿的下料量动态调整其它料种下料量,保证混合料配比(化学成分)稳定。模型控制每种料总下料量稳定的同时还根据混匀矿的实际下料量动态调整其它料种的下料量,目标是保证混合料化学成分稳定。
3.2 混合料槽料位控制模型
该模型根据混合料矿槽的料位变化情况,自动调整配料室混匀矿的下料量,并以混匀矿下料量为基础,按预先的比例,调整其它物料的下料量。最终保证混合料槽位始终控制在一个稳定的水平,设计控制精度达到目标槽位的10%范围内。这样的直接作用是混合料槽不会装冒也不会断料,保证了烧结生产的稳定运行。
3.3 燃料比率控制模型
该模型用于在线控制烧结混合料中的燃料量,目标是保证混合料中配碳量合理稳定。
燃料比率控制模型采用矢量跟踪技术,对实际的物料下料量进行跟踪,对燃料总量进行控制,并对生产过程中混匀矿、生石灰和返矿产生的波动,根据燃料中的碳含量通过配比计算动态调整燃料的切出量,确保烧结混合料中的碳含量保持恒定
3.4 烧结混合料水分控制模型
该模型的工作原理是:首先根据参加配料的各单品种物料切出量和原始水分值(水份测量值或二级传入),计算得出原始混合料的干料量和水量,使用矢量跟踪技术,按照一、二混后混合料目标水分率计算出一、二混需要补水量,再结合一混、二混后水份测量值,通过水分修正系数解决水分检测过程中的纯滞后问题,根据混合料料量变化控制污泥、水、蒸汽的流量。
3.5 烧结混合料布料控制模型
烧结机布料控制模型根据一级设定或二级烧透偏差计算值动态调节六个烧结机布料闸门开度,保证料层横断面形状符合要求,使混合料同时在目标烧透位置烧透,烧结矿烧结均匀合格,降低了返矿率。该模型还接收二级烧透位置模型计算的烧结机速度设定值,控制烧结机速度,保证烧透点位置在指定范围内。
3.6 烧结混合料点火控制模型
该模型原设计思想是保证单位烧结机面积上的点火热值保持恒定,但由于我厂没有安装煤气热值仪,因此我们对原模型设计思想进行了修改,使之可在线控制点火炉煤气及空气流量,即模型通过设定的点火炉温度控制煤气流量,根据空燃比设定值控制助燃空气流量。
4 二级子模型功能概述
二级系统在一级自动化控制的基础上,根据罗德罗基公司开发的人工智能系统利用VB设计开发的智能模糊控制模型。主要完成基本配料计算、动态配料计算、点火炉温度控制、烧透点控制和数据存储和报表管理功能。
4.1 基本配料模型
基本配料模型是优化配料的计算工具,根据目标烧结矿成份计算出需要的原料干配比。该模型提供多种计算方式,计算原理是根据输入的目标烧结矿碱度和新原料中的含碳量,依据输入的原料化学成分分析数据,通过科学计算,得出每种原料的干配比。在原料成分变化大时运行。
4.2 动态配料模型
动态配料模型是在基本配料决策模型的基础上,结合要求的烧结矿产量和实际的烧结矿成分数据,计算出合适的湿配比,使得生产的烧结矿成分尽可能的达到基本配料模型给出的目标水平,烧结矿产量达到目标值。一般在烧结矿成分发生变化时应使用该模型进行计算,对配料进行调整。
4.3 BRP偏差控制模型及BRP位置控制模型
实现过程是使用安装在机尾5个风箱热电偶矩阵(每个风箱电偶矩阵在烧结机宽度方向上8个测点,共40个温度测点)测量台车下的废气温度,在烧结机宽度方向上形成8个BRP温度趋势数据,根据8个BRP 温度趋势数据的变化趋势计算得出料层厚度偏差值,并向一级烧结机布料控制模型时实传送,改变微调闸门开度,对料层厚度进行调整,从而确保料层断面烧透均匀。根据废气温度均值变化情况调节烧结机速度,使废气温度上升点控制在沿烧结机长度方向上的某一位置。
