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期刊信息/Journal information
钢铁
钢铁

翁宇庆

月刊

0449-749X

gangtiebianjibu@163.com

010-62182345

100081

北京海淀区学院南路76号

钢铁/Journal Iron & SteelCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊创刊于1954年，是由中国科协主管，中国金属学会主办，我国冶金界历史较长的综合性科技期刊，也是反映钢铁工业的科技成就的主要刊物之一，在国内外享有 较高的声誉。其宗旨是面向生产、结合实际，坚持为钢铁工业生产建设服务，报道钢铁工业的科技成就、生产工艺的技术进步、生产工艺的技术进步、品种质量的改善提高、新技术新产品的开发应用、企业经营管理经验和专业理论应用研究等，以提高钢铁行业科技工作者和干部的科技水平，促进钢铁工业的发展。
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收录年代

    序言

    王華明
    1页
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    粉末床熔融增材制造工模具钢的研究进展

    刘世锋孙志雄魏瑛康王岩...
    2-21页
    查看更多>>摘要：工模具被誉为"现代工业之母",其发展水平直接决定了制造业的核心竞争力,在国家重大工程、高端装备和先进武器中的地位不可替代.增材制造技术基于"离散-堆积"原理,以逐点/逐线/逐层堆积方式制造实体零部件,能实现复杂外形或内流道刀具、模具的短流程高效制备,进而提高刀具切削效率、解决模具制品翘曲变形难题,近年来已发展为高端刀具、模具制造的新兴技术之一.粉末床熔融(PBF)是近年来发展较为迅猛的一种金属增材制造工艺,具有材料选择多、成形精度高、成形件力学性能好和对几何形状不敏感等突出优点,可满足极端复杂构件的高质量、高效制造.综述了国内外PBF成形工模具钢的研究与应用现状.首先介绍了PBF技术的特点及商用设备的最新发展状况;国产商用PBF设备已有较大程度的发展,可成形零件尺寸已达米级.其次重点分析了PBF成形工模具钢的特有优势,以及高速工具钢、热作模具钢及塑料模具钢等3类工模具钢的工艺窗口与组织、性能特征;在快冷(106～108 K/s)条件下,PBF成形组织更加细小且有效抑制宏观偏析,优化工艺后PBF可成形完全致密工模具钢,其热处理后的综合力学性能接近甚至超过标准锻件水平.接着总结了PBF成形工模具钢在复杂构形刀具、模具方面的工程应用,提出了领域关注方向及进一步的发展趋势.最后总结了该方向的研究进展并对其发展前景和重点发展方向进行了展望.

    增材制造工模具钢显微组织碳化物力学性能

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    激光粉末床熔融制备高强钢的研究进展与展望

    陈超越赵旺蒋丹青徐松哲...
    22-37页
    查看更多>>摘要：高强度钢是一种具有高强度、高韧性等多种综合优异性能的钢材.根据合金元素含量不同,可以区分为低合金高强钢、中合金高强钢和高合金高强钢,并根据其不同的元素和组织强化机制,以不锈钢、高速钢、工具钢等钢种广泛应用于汽车、建筑、航天航空等领域.伴随着高强钢零件复杂结构的需求增大,以及传统零件生产流程繁杂冗长等弊端日益明显,能短流程直接成形复杂零件的生产制造技术正急需被研究应用.增材制造(additive manu-facturing,AM)技术生产的金属具有更细小的晶粒、可控性更高的基体相、组织分布更加均匀、碳化物更细小且AM能直接成形复杂零件并大幅缩短工艺流程,有望满足更高的力学性能和日趋复杂的结构需求.从高强钢的基本特征入手,分析了传统制造下高强钢的微观组织、力学性能及强化机制.然后分析了增材制造技术特点,重点论述了激光粉末床熔融技术(laser powder bed fusion,L-PBF)生产高强钢的微观组织与力学性能,针对其内部的强化机理做出了系统的阐述,对传统制造高强钢的微观组织和力学性能较L-PBF制造的高强钢作了归纳与系统对比.其次关注了高强钢在增材制造领域的实际应用和部分研究成果,对高强钢增材制造的未来发展做出了展望,以期有助于高强钢在增材制造领域的进一步应用及工业化推广.

    增材制造高强钢合金元素微观组织力学性能

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    SHPB参数对激光增材制造AerMet100钢动态力学行为的影响

    王丛瑞冉先喆董恒李卓...
    38-48页
    查看更多>>摘要：侵彻类武器装备在毁伤作用前需要保持高的结构完整性,发展具有优异强韧性能的超高强度钢弹体材料已成为保障相关武器装备结构完整性的重要途径,理解侵彻过程中环境载荷参数变化下超高强度钢弹体材料的动态力学行为成为研究的重要目标.主要研究了分离式霍普金森压杆(SHPB)关键载荷参数(如撞击杆长度和发射气压)影响下强韧化热处理后激光增材制造AerMet100超高强韧钢试样的动态力学性能,并结合试验前后的微观组织结构演化及断口形貌特征,分析了该合金钢的动态断裂行为.结果表明,强韧化热处理激光增材制造Aer-Met100钢在动态压缩试验中表现出了明显的应变速率强化效应,例如在80 kPa和160 kPa下发射200 mm撞击杆,试样应变速率分别为(2 131±76)s-1 和(5 149±326)s-1,抗压强度随应变速率增加从(2 062±32)MPa升高到(2 301±69)MPa;使用 160 kPa发射 100 mm撞击杆时,得到试样在(7 250±409)s-1 的应变速率下抗压强度为(2 488±100)MPa,此应变速率和抗压强度均为试验中的最大值;80 kPa和160 kPa气压发射相同长度撞击杆得到两种试样的绝热温升之比约等于气压之比,即1∶2.动态压缩前后试样显微组织没有明显变化,未出现绝热剪切带;在所有测试当中仅有160 kPa发射200 mm撞击杆时试样发生45°剪切断裂,试样断裂应变速率为5 292 s-1,断裂强度为2 281 MPa;断口中发现了放射区和剪切唇,放射区为准解理断裂,剪切唇为韧性断裂.试验结果为激光增材制造AerMet100钢的动态力学性能测试方法提供了试验参考.

    激光增材制造AerMet100钢显微组织动态压缩性能断口形貌

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    增材制造马氏体时效钢的析出行为与强化机制

    刘庆冬张孟超刘明洋刘晓晖...
    49-59页
    查看更多>>摘要：为了提升中国增材制造模具的品质和国际竞争力,加速世界向增材制造的转变,从汽车一体化压铸技术对可替换增材制造镶块材料的需求出发,在18Ni300马氏体时效钢的基础上,通过降低Ni含量、调整Co成分、保持Al含量并添加适量Cu的成分设计策略,开发了一种易于增材制造新型合金钢.利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和原子探针层析技术(APT)等微纳结构表征手段,研究了打印态马氏体时效钢在回火过程中第二相的析出过程和强化机制.结果表明,不同温度回火时,马氏体时效钢表现出明显的析出强化效应,在560℃时达到硬度峰值(约为54HRC),460℃和600℃时的硬度均约为50HRC,两者抗拉强度相近,但后者屈服强度较低,同时伸长率、断面收缩率和室温冲击韧性均大幅度提高,断口表现出明显的塑性断裂.低温(460℃)回火时,出现明显的Ni、Cu等元素的团簇,为富Cu的β-NiAl相形核早期的存在形式,同时还因调幅分解而出现Cr的成分起伏,并出现纳米薄膜状的奥氏体(γ)相;高温(600℃)回火时,形成纳米β-NiAl相和细小的富Mo、W、Cr的Laves相,且两者与α-Fe基体分别存在[001]β//[001]α和[-1-123]Laves//[011]α的位向关系,同时形成有利于塑韧性改善的α+γ的双相组织.低温(460℃)回火时形成的富Ni团簇和富Cr团簇,可能是高温(600℃)回火时β-NiAl相和Laves相的前驱体,2种形态均是析出强化的主要贡献者.

    增材制造马氏体时效钢析出强化β-NiAl相Laves相压铸模

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    燃料电池双极板结构激光增材制造及表面精整加工

    张万里林开杰陕俊豪许勇...
    60-71页
    查看更多>>摘要：质子交换膜燃料电池双极板异形截面微流道制造成形存在挑战,且表面粗糙度对其性能与寿命造成重要影响.激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)技术得益于成形自由度高、可实现复杂结构成形等特点,在解决该复杂微流道成形问题方面具有显著优势,且磨粒流加工可实现复杂流道的高效精抛光.采用LPBF技术成形了316L不锈钢质子交换膜燃料电池双极板异形截面微流道结构,获得了优化的激光工艺(激光功率为150 W,扫描速度为800 mm/s,扫描间距为50 μm),该工艺下成形试样致密度为99.5%.自主研发设计了磨粒流抛光设备及夹具,对优化工艺下LPBF成形的异形截面微流道进行了抛光工艺优化,基于光镜、激光共聚焦和扫描电子显微镜等试验手段,研究了不同抛光压力对LPBF成形质子交换膜燃料电池双极板异形截面微流道成形精度、表面粗糙度及显微组织的影响规律,获得了最佳磨粒流抛光工艺(抛光压力为 9 MPa、抛光时间为 90 min、磨粒粒径为0.037 5 mm).结果表明,随着抛光压力增大,微流道内壁质量得到了有效提升且沿微流道长度方向的抛光不均现象明显改善,抛光压力为9～11 MPa时,成形构件表面粗糙度低至2.43～3.57 μm,改善量可达77.9%～85.7%.流道结构顶部硬度最小,变化量最大,与悬垂位置的致密度及显微组织有关.其中抛光压力为9 MPa时,中间及出口处的设计总偏差量最小,分别为61 μm和82 μm.揭示了磨粒流抛光LPBF成形燃料电池双极板异形截面微流道的机制,以期为LPBF成形复杂结构的表面精整工作提供参考.

    激光增材制造磨粒流燃料电池微流道表面精整抛光压力

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    《钢铁》杂志征稿启事

    71页
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    热处理对电弧增材制造低碳马氏体不锈钢构件均匀性的影响

    田宛平金志起谢广明
    72-82页
    查看更多>>摘要：采用冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)电弧熔丝技术制备了低碳马氏体不锈钢薄壁构件.为研究热处理工艺对构件微观组织和力学性能均匀性的影响,采用OM、SEM、EBSD、XRD等技术进行了组织表征,并通过拉伸和硬度试验测试构件力学性能.结果表明,沉积态构件底部为等轴晶,组织为板条马氏体+回火马氏体;顶部为粗大柱状晶,沿构件高度生长,组织为单一板条马氏体.自构件底部至顶部,沉积态构件硬度由314HV上升至361HV;抗拉强度先上升后下降,伸长率由23.5%下降至12.0%.拉伸断裂形式均为韧性断裂,但相比于底部拉伸断口,顶部的韧窝明显更大更浅,表明塑性急剧下降.晶粒形貌、相组成等变化是由随沉积高度增加,热积累增加、冷速下降以及自回火程度降低所导致.因此,沉积态构件的组织和性能存在不均匀性.另外,由构件中部的织构特征和横、纵向力学性能可知,沉积态构件的组织和性能存在各向异性.经热处理后,构件各处的自回火程度差异被消除,相组成全部变为回火马氏体与弥散分布的逆转变奥氏体,因此获得了均匀分布的硬度及拉伸性能.另外,由于热处理过程中发生了奥氏体重结晶,构件的各向异性也被消除.揭示了热处理对电弧增材低碳马氏体构件微观组织与力学性能变化的影响机制,为工程应用提供了指导.

    低碳马氏体不锈钢电弧增材热处理不均匀性各向异性

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    增材制造高强钢中的马氏体组织与马氏体相变

    汤隽劼喻异双胡斌熊智慧...
    83-93,154页
    查看更多>>摘要：马氏体组织因其与多种强化机制兼容,是高强钢追求极致强塑匹配的理想组织.传统马氏体组织以板条或针状结构为主,而对于采用金属增材制造技术加工的高强钢而言,极快的冷却速率、循环热输入和扫描式的加工模式决定了其组织的非平衡性,高能热输入引入的胞结构、元素偏聚、位错塞积及原奥氏体母相组织均区别于传统高强钢.这些与传统减材加工的区别给增材制造高强钢的性能调控和组织强韧化带来了全新挑战,常规后处理工艺与增材高强钢适配性差,亟需依据增材高强钢的微观组织和马氏体相变特点设计更合适的强韧化组织和后处理路线.简析了金属增材制造技术的发展脉络及当前面临的强塑性、强韧性制约瓶颈,归纳了增材制造高强钢中多层级马氏体组织与板条等传统马氏体组织相比所具有的多组元、亚稳态、多尺度特点,以金属增材加工涉及的两个相变过程(凝固和马氏体相变)切入,从高冷速、循环热输入的工艺特点和化学成分梯度、位错分布、母相组织等微观特征阐释这些组织和性能差异性的成因,归纳了成分、热处理、组织设计等对增材高强钢进行改性和强韧化的可行方法,最后总结了当前增材制造高强钢中的马氏体组织研究进展与热点方向,为日后增材制造马氏体高强钢的发展与推广提供借鉴及指导.

    金属增材制造先进高强钢马氏体相变微观组织设计力学性能调控

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    增材制造抗氢钢组织性能调控及其氢脆敏感性

    张子雨李佶纳刘赓苏杰...
    94-103页
    查看更多>>摘要：沉淀强化Fe-Ni基奥氏体合金具有高强度、优异的耐腐蚀性和较低的氢脆敏感性,因而被广泛应用于航空航天、氢能源工程和石油化工等领域.相对于现有铸锻造等技术,增材制造工艺能够实现复杂形状零件近净成形.采用激光熔化沉积制备NASA-HR(NHR)抗氢钢,研究高温固溶(930～1 180℃)、时效处理(725～775℃)热处理工艺条件对其微观结构演变、力学性能和抗氢性能的影响.结果表明,由于激光熔化沉积过程中温度梯度高和熔凝速度快,其凝固组织主要由柱状晶组成,并在枝晶区域出现Ti元素偏析.经1 180℃高温固溶处理后,激光熔化沉积NHR合金熔池特征消失,成功消除Ti元素偏析并获得完全再结晶均匀组织.随后分别经过725、750和775℃时效处理,发现随着时效温度升高,晶粒尺寸略微生长,γ'相纳米析出尺寸逐渐变大,产生的析出强化效应越大,合金强度明显升高.在775℃时效处理后强度达到1 070 MPa,塑性略有降低,但其断后伸长率均保持在26%以上,拉伸断口形貌均由韧窝组成呈韧性断裂.优化热处理条件下可以使得增材制造NHR合金在力学性能上与锻态匹配.锻造和增材制造NHR合金氢致塑性损减分别是21.7%和20.8%,氢脆敏感性相当.充氢后两者拉伸断口均出现沿晶断裂特征,为韧脆混合断裂.增材制造NHR合金在力学性能和抗氢性能上的良好匹配,为增材制造抗氢钢在临氢环境下的服役性能提供参考,并为增材制造抗氢钢的应用开拓思路.

    激光熔化沉积NASA-HR合金偏析力学性能氢脆敏感性

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