超音速微粒轰击对Q355NH耐候钢微观组织及性能影响研究
发布时间：2022-01-07 21:34
耐候钢作为高强度低合金钢之一,生产成本略高于普碳钢,但是其耐大气腐蚀性能接近不锈钢。随着国民经济现代化,在重载设备、轻量化设计、节能车辆等众多领域,均对钢结构材料提出了高强度、耐腐蚀及低成本等要求,因此,提升耐候钢的力学性能和耐腐蚀性能具有重要的理论意义和工程价值。为了探究表面纳米化对耐候钢的塑性变形及抗腐蚀的影响和机理,选用Q355NH耐候钢为母材,通过改变超音速微粒轰击（Supersonic Fine Particle Bombarding,SFPB）处理时间（15min、30 min和45 min）,研究表面组织形貌、力学和电化学腐蚀性能,并基于单丸粒喷丸强化有限元模型,利用有限元软件ABAQUS研究喷丸速度（60 m/s、80m/s、100 m/s和120 m/s）和喷丸角度（30°、45°、60°、75°和90°）对金属板材表面残余应力、等效塑性应变及表面粗糙度的影响。研究结果表明:（1）经SFPB的试样表面晶粒尺寸均达到纳米级,随着时间的增加,抗拉强度呈线性增加趋势,同时,延伸率的变化与抗拉强度相反,沿着厚度方向上显微硬度呈梯度分布。未处理试样及处理15 min试样断裂方式...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气腐蚀后的锈层形貌：（a）碳钢（b）耐候钢耐候钢应用范围巨大，主要产品类型为热、冷板卷、线材、管材及型材等
西安建筑科技大学硕士学位论文3[15,16]。焊接结构耐候钢的服务目标范围较结构用耐候钢广泛，其主要用于焊接要求高的金属结构件中，这种钢通常具有优异的可焊接性、良好的低温韧性及良好的耐腐蚀性。迄今为止，美国牌号的A514耐侯钢以及日本牌号的SMA耐候钢都是典型的焊接结构用耐候钢，广泛应用于焊接结构件[16,17]。近年来，我国陆续研究出了许多用于焊接结构的新型耐候钢，以提高钢材在大气中的使用寿命，并制定了相应的国家标准GB4172-2000。耐候钢的使用范围广泛，如图1.2所示[18]：图1.2耐候钢的应用领域：（a）塔架；（b）桥梁；（c）道路设施；（d）天然气管道（1）铁塔塔架，桥梁轨道，建筑外墙等室外建筑结构；（2）重型机械、采矿设备、大型集装箱等；（3）交通设施，如铁路轨道、围栏、城市地铁、各类汽车、军用装甲车、起重机、挖掘机等；（4）矿藏、煤炭运输设备，水泥和天然气运输管道。1.2.2国外耐候钢的发展耐候钢的诞生可以追溯到含铜钢的发展，即所谓的铜钢[19]。1910年，Buck观察到，美国钢铁公司生产的铜含量为0.07%且暴露在三种不同腐蚀性环境（农村、工业和海洋）中的钢板，其耐大气腐蚀性比普碳钢高1.5-2%[20]。因此，1911年，美国钢铁开始销售具有一定铜含量的钢板。Buck随后发现，当铜含量超过0.25%
并且Cu含量在0.15%大多数情况下与0.25%的铜耐腐蚀性能相近[21]。一旦了解了含铜钢的这一特点，耐候钢的研究迅速进行，从而发展成为了高强度低合金钢（HSLA）[22]。20世纪20年代，美国钢铁公司生产了一系列主要用于铁路行业的高强度低合金钢。最终在1933年，美国钢铁公司生产用于商业用途的第一代耐候钢，名称为USSCOR-TENSteel，这一名称反映了区别于CS的两种特征，即耐腐蚀性（COR）其优越的机械性能（TEN）。该产品对传统碳钢的机械性提高了30%，从而减少了必要的钢板厚度，相应地降低了整体建筑结构的重量[23]。图1.2[24]所示为三种钢在工业大气环境中耐蚀性随时间的演化过程。我们可以看到早期的COR-TEN钢就已经具有明显的优势了。图1.2三种钢的大气腐蚀及其随暴露时间的演化规律最早的USSCOR-TEN钢是基于Fe-Cu-Cr-P合金系统的，为了提高海洋环境中的耐腐蚀性，后来添加了Ni元素。USSCOR-TEN钢有A和B两种规格，其主要区别在于成分中磷的含量。USSCOR-TENA可以说是磷含量最高（0.07-0.15%wt.）的耐候钢，而USSCOR-TENB则是磷含量最低（≤0.04%wt.）的WS[25]。美国进行了两项万众瞩目的科学研究计划，一项始于1941年，由ASTM委员会A-5[26]主持，另一项始于1942年，由美国钢铁公司带头进行，随着研究的金相，人们对不同合金元素（铜、铬、镍、磷等）在大气腐蚀中所起的作用有了更深入的了解。在第一个研究中，71种低合金钢暴露于Bayonne,N.J.（工业大气环境）和BlockIsland,R.I.和KureBeach,N.C（海洋大气环境）。在第二个研究中，270种不同的钢暴露于SouthBend,Pa（半乡村大气环境）、Kearny,N.J.（工业大气环境）和KureBeach,N.C（海洋大气环境）。随着USSCOR-TEN钢的发展，成分在一定程度上发生了变化，特别是在规格
【参考文献】：
期刊论文
[1]免涂装耐候钢桥梁腐蚀设计方法现状及展望[J]. 张宇,郑凯锋,衡俊霖. 钢结构. 2018(09)
[2]耐候钢的最大用途就是造桥[J]. 侯华兴. 中国公路. 2017(21)
[3]区域性气候条件下低合金高强耐候钢的初期腐蚀行为研究[J]. 潘雪新,姜海昌,付鸿,黄耀,韩军科,曾令会,张德龙. 腐蚀科学与防护技术. 2017(04)
[4]焊前混合表面纳米化对2A14铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响[J]. 杨建海,张玉祥,葛利玲,程晓,陈家照,高杨. 金属学报. 2017(07)
[5]纳米晶304不锈钢板材的深度轧制技术及其力学与腐蚀性能研究进展[J]. 王胜刚,孙淼,龙康. 精密成形工程. 2017(03)
[6]基于表面纳米化技术的2A14铝合金表面强化[J]. 杨建海,张玉祥,葛利玲,陈家照,樊星. 金属热处理. 2017(03)
[7]国内外铁路车辆用耐候钢板发展现状[J]. 陈付红,高真凤,黄维,丁伟. 上海金属. 2017(01)
[8]2A14铝合金混合表面纳米化对电化学腐蚀行为的影响[J]. 杨建海,张玉祥,葛利玲,陈家照,张鑫. 金属学报. 2016(11)
[9]钢件表面纳米化对化学热处理过程的影响研究进展[J]. 刘自平,宋月鹏,陈义祥,李江涛,杨增超,贺刚. 热处理技术与装备. 2016(02)
[10]金属表面纳米化及其对材料性能影响的研究进展[J]. 何柏林,熊磊. 兵器材料科学与工程. 2016(02)
硕士论文
[1]TC4钛合金喷丸强化工艺的数值研究[D]. 郭彪.南京航空航天大学 2017
[2]金属材料在污染土壤中的腐蚀规律研究[D]. 贾思洋.中国海洋大学 2007
本文编号：3575309
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气腐蚀后的锈层形貌：（a）碳钢（b）耐候钢耐候钢应用范围巨大，主要产品类型为热、冷板卷、线材、管材及型材等
西安建筑科技大学硕士学位论文3[15,16]。焊接结构耐候钢的服务目标范围较结构用耐候钢广泛，其主要用于焊接要求高的金属结构件中，这种钢通常具有优异的可焊接性、良好的低温韧性及良好的耐腐蚀性。迄今为止，美国牌号的A514耐侯钢以及日本牌号的SMA耐候钢都是典型的焊接结构用耐候钢，广泛应用于焊接结构件[16,17]。近年来，我国陆续研究出了许多用于焊接结构的新型耐候钢，以提高钢材在大气中的使用寿命，并制定了相应的国家标准GB4172-2000。耐候钢的使用范围广泛，如图1.2所示[18]：图1.2耐候钢的应用领域：（a）塔架；（b）桥梁；（c）道路设施；（d）天然气管道（1）铁塔塔架，桥梁轨道，建筑外墙等室外建筑结构；（2）重型机械、采矿设备、大型集装箱等；（3）交通设施，如铁路轨道、围栏、城市地铁、各类汽车、军用装甲车、起重机、挖掘机等；（4）矿藏、煤炭运输设备，水泥和天然气运输管道。1.2.2国外耐候钢的发展耐候钢的诞生可以追溯到含铜钢的发展，即所谓的铜钢[19]。1910年，Buck观察到，美国钢铁公司生产的铜含量为0.07%且暴露在三种不同腐蚀性环境（农村、工业和海洋）中的钢板，其耐大气腐蚀性比普碳钢高1.5-2%[20]。因此，1911年，美国钢铁开始销售具有一定铜含量的钢板。Buck随后发现，当铜含量超过0.25%
并且Cu含量在0.15%大多数情况下与0.25%的铜耐腐蚀性能相近[21]。一旦了解了含铜钢的这一特点，耐候钢的研究迅速进行，从而发展成为了高强度低合金钢（HSLA）[22]。20世纪20年代，美国钢铁公司生产了一系列主要用于铁路行业的高强度低合金钢。最终在1933年，美国钢铁公司生产用于商业用途的第一代耐候钢，名称为USSCOR-TENSteel，这一名称反映了区别于CS的两种特征，即耐腐蚀性（COR）其优越的机械性能（TEN）。该产品对传统碳钢的机械性提高了30%，从而减少了必要的钢板厚度，相应地降低了整体建筑结构的重量[23]。图1.2[24]所示为三种钢在工业大气环境中耐蚀性随时间的演化过程。我们可以看到早期的COR-TEN钢就已经具有明显的优势了。图1.2三种钢的大气腐蚀及其随暴露时间的演化规律最早的USSCOR-TEN钢是基于Fe-Cu-Cr-P合金系统的，为了提高海洋环境中的耐腐蚀性，后来添加了Ni元素。USSCOR-TEN钢有A和B两种规格，其主要区别在于成分中磷的含量。USSCOR-TENA可以说是磷含量最高（0.07-0.15%wt.）的耐候钢，而USSCOR-TENB则是磷含量最低（≤0.04%wt.）的WS[25]。美国进行了两项万众瞩目的科学研究计划，一项始于1941年，由ASTM委员会A-5[26]主持，另一项始于1942年，由美国钢铁公司带头进行，随着研究的金相，人们对不同合金元素（铜、铬、镍、磷等）在大气腐蚀中所起的作用有了更深入的了解。在第一个研究中，71种低合金钢暴露于Bayonne,N.J.（工业大气环境）和BlockIsland,R.I.和KureBeach,N.C（海洋大气环境）。在第二个研究中，270种不同的钢暴露于SouthBend,Pa（半乡村大气环境）、Kearny,N.J.（工业大气环境）和KureBeach,N.C（海洋大气环境）。随着USSCOR-TEN钢的发展，成分在一定程度上发生了变化，特别是在规格
【参考文献】：
期刊论文
[1]免涂装耐候钢桥梁腐蚀设计方法现状及展望[J]. 张宇,郑凯锋,衡俊霖. 钢结构. 2018(09)
[2]耐候钢的最大用途就是造桥[J]. 侯华兴. 中国公路. 2017(21)
[3]区域性气候条件下低合金高强耐候钢的初期腐蚀行为研究[J]. 潘雪新,姜海昌,付鸿,黄耀,韩军科,曾令会,张德龙. 腐蚀科学与防护技术. 2017(04)
[4]焊前混合表面纳米化对2A14铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响[J]. 杨建海,张玉祥,葛利玲,程晓,陈家照,高杨. 金属学报. 2017(07)
[5]纳米晶304不锈钢板材的深度轧制技术及其力学与腐蚀性能研究进展[J]. 王胜刚,孙淼,龙康. 精密成形工程. 2017(03)
[6]基于表面纳米化技术的2A14铝合金表面强化[J]. 杨建海,张玉祥,葛利玲,陈家照,樊星. 金属热处理. 2017(03)
[7]国内外铁路车辆用耐候钢板发展现状[J]. 陈付红,高真凤,黄维,丁伟. 上海金属. 2017(01)
[8]2A14铝合金混合表面纳米化对电化学腐蚀行为的影响[J]. 杨建海,张玉祥,葛利玲,陈家照,张鑫. 金属学报. 2016(11)
[9]钢件表面纳米化对化学热处理过程的影响研究进展[J]. 刘自平,宋月鹏,陈义祥,李江涛,杨增超,贺刚. 热处理技术与装备. 2016(02)
[10]金属表面纳米化及其对材料性能影响的研究进展[J]. 何柏林,熊磊. 兵器材料科学与工程. 2016(02)
硕士论文
[1]TC4钛合金喷丸强化工艺的数值研究[D]. 郭彪.南京航空航天大学 2017
[2]金属材料在污染土壤中的腐蚀规律研究[D]. 贾思洋.中国海洋大学 2007
本文编号：3575309
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