高熵合金

• 高熵合金：能源领域的“多面手”新材料

  王家晟;张勇;

  想象一种合金，它不是由一两种金属主导，而是由5种甚至更多种金属元素“平等”混合而成！这就是高熵合金（HEA），一种近年来材料科学领域的明星新秀。得益于这种独特的“多主元”配方，高熵合金展现出许多令人惊叹的性能组合，比如极强的抗破坏能力、优秀的耐极端环境特性以及可调控的物理化学性质。这些特质让它们在解决能源领域的诸多关键难题上大放异彩。·安全储氢：高熵合金能像“海绵”一样高效地吸收和释放氢气，容量大、速度快，而且反复使用性能稳定，是未来安全储氢技术的强有力候选者。·高效催化：在将水分解成氢气（电解水制氢）或燃料电池发电等反应中，高熵合金催化剂表现优异，效率甚至能超越昂贵的贵金属（如铂金），为低成本、高效率的清洁能源转换带来希望。·强力储能：无论是锂电池的电极，还是超级电容器的核心部件，高熵合金都能显著提升设备的储电能力、充放电速度和循环寿命，让我们的电子设备和电动汽车拥有更强续航。·坚韧核材：面对核反应堆中极端的高温、强辐射和腐蚀环境，高熵合金展现出卓越的耐受力和稳定性，是下一代核能系统理想的结构材料之选。本文将带您深入了解高熵合金在这四大能源关键领域（储氢、催化、储能、核能）的最新研究进展和巨大潜力。虽然目前还面临成本、工艺优化等挑战，但高熵合金无疑为开发更高效、更可持续的未来能源技术，提供了令人兴奋的新材料选项。

  2025年04期 No.240 1-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 2052K]
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科技前沿

• δ-TRIP钢的研究进展——轻量化高强钢新星：δ-TRIP钢如何助力汽车节能减排？

  李春诚;刘宏亮;杨波;姜乐朋;李科龙;

  想让汽车更省油、更环保，同时保证安全坚固？关键一招是给汽车“瘦身”——使用更轻但依然强韧的材料！低密度高强钢正是这种理想的“钢铁减重专家”，它能在降低自身密度的同时，满足汽车零部件对强度和韧性的高要求。其中，δ-TRIP钢凭借其出色的高强塑性和显著的轻量化效果，正成为科研人员和汽车制造商眼中的“未来之星”。那么，δ-TRIP钢是如何实现既轻又强的？它的独特成分（如关键元素铝的作用）和特殊的内部结构（如存在δ铁素体）是核心奥秘。本文带您深入了解δ-TRIP钢的这些“成分奥秘”“结构特点”以及它的实际“性能表现”，并梳理国内外最新的研究热点和进展，看看科学家们如何努力解决它在实际大规模生产（如冶炼、铸造）和应用中面临的挑战。虽然目前δ-TRIP钢主要处于实验室研究阶段，但它在降低合金成本、利用现有设备生产方面展现出的潜力，使其在汽车安全结构件等领域的应用前景十分广阔。本文将为您全面解读这种有望助力汽车实现更轻、更安全、更节能目标的高性能材料。

  2025年04期 No.240 15-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1541K]
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炉火探秘

• 高炉炼铁如何降低并稳定控制铁水硅含量？——首钢长钢公司的实践探索

  杨军昌;刘璐;梁学强;刘丽歆;孟佳欣;

  铁水中的硅含量是高炉炼铁过程稳定性和能耗高低的关键“温度计”。本文分享了首钢长钢公司炼铁厂在降低铁水含硅量并保持其稳定方面的成功经验。通过提升操作人员的理论水平和实操能力、推行标准化操作、优化高炉核心操作参数（如炉料分布、送风方式、炉温控制等），并同步加强炉外操作管理和设备保障，有效优化了炉内环境，提高了生产效率。实践结果表明，这些措施显著降低了铁水的含硅量并提升了铁水含硅量的稳定性（平均硅质量分数降低至0.46%，稳定率达到85%），同时改善了高炉运行状况，有助于降低生产成本。

  2025年04期 No.240 21-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 1436K]
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• 120 t转炉“半留渣”新工艺：降成本提效率的炼钢妙招

  潘佳;汪聪;江涛勇;张超杰;张立强;

  炼钢时炉渣太多会怎样？成本高、控制难！某钢厂在120 t转炉生产中，虽然传统“全留渣”工艺（把上一炉渣全留下）对去杂质和保护炉子有用，但渣量太大反而增加了石灰等原料消耗，操作也过于依赖经验，效果不稳定。“半留渣”工艺（只留一部分炉渣）应运而生。通过研究炉渣的特性，计算出了既能保证去杂质效果又能保护炉子的最佳渣量，同时优化了炉渣的状态（熔点和黏度）和喷枪高度。效果如何？立竿见影！新工艺实施后：造渣用的石灰等材料消耗从每吨钢40 kg降到了27.6 kg；钢铁原料（铁水+废钢）消耗成功控制在每吨钢1050 kg以内；炉子运行更稳定，操作更轻松。这项研究不仅为优化转炉炼钢提供了理论和实践依据，更重要的是，它展示了一种更经济、更高效的炼钢新思路，实实在在地降低了成本。

  2025年04期 No.240 27-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1659K]
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金属变形记

• 如何优化高强Al–Zn–Mg–Cu–Zr合金型材挤压工艺？——实验与数值模拟揭示关键参数

  庄大勇;任大为;潘宏伟;李洋;刘杰;

  Al–8.79Zn–2.16Mg–2.11Cu–0.12Zr高强铝合金因其优异的比强度、成形性和耐蚀性，在航空航天、轨道交通等高端装备领域应用前景广阔。其挤压型材的质量（尺寸精度、力学性能）高度依赖于工艺参数（温度、速度）控制的精确性。传统试错法优化成本高昂且效率低下。本研究旨在通过实验表征与数值模拟的深度融合，系统揭示该合金挤压过程的变形行为与组织织构演变规律，并精准优化工艺窗口。结果显示：（1）速度主导流动均匀性：低速挤压（<0.3 mm/s）时温升小、流动均匀，型材成形性佳；速度>0.3 mm/s导致摩擦热剧增，引发截面流速不均和型材弯曲。（2）温度窗口优化：390～430°C区间材料塑性最佳，挤压力适中，低于350°C则抗力过大，高于470°C易过烧。（3）组织织构演变：挤压后晶粒从等轴态（～200μm）显著细化拉长（～30μm），形成强的丝{123}<634>,<111>//ED，柏瑞丝{110}<112>织构。

  2025年04期 No.240 36-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1681K]
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• 轧制程度如何改变纯锡的晶粒结构与强度韧性？

  封志斌;李博新;孙洁;刘毅;

  纯锡因其优异的塑性和低熔点，广泛应用于包装和焊接领域。本研究旨在探究不同轧制变形量（即压薄程度）对纯锡内部晶粒结构和硬度、强度、塑性等力学性能的影响。实验采用高纯度铸态纯锡，在室温下通过轧机施加3种不同的变形量（17.6%,35.3%,52.9%）。利用扫描电子显微镜（SEM）及其电子背散射衍射（EBSD）技术详细观察了轧制后晶粒的尺寸、形态和取向变化；同时使用硬度计和万能试验机测量了材料的硬度和拉伸性能（强度和延伸率）。主要研究发现：（1）晶粒显著细化：随着轧制变形量的增加，纯锡内部发生了明显的动态再结晶过程。这个过程如同材料的“自我重组”，导致原始粗大的晶粒被破碎并转变为细小的新晶粒。变形量越大，动态再结晶越充分，晶粒细化效果越显著。在52.9%变形量下，组织几乎完全由细小均匀的再结晶晶粒组成。（2）硬度与强度下降：与未轧制的铸态纯锡相比，即使经过17.6%的轧制，纯锡的硬度和拉伸强度也出现下降。并且，变形量越大，硬度降低得越多。这种“软化”现象主要是由于动态再结晶过程消耗了晶粒内部的位错等缺陷（这些缺陷通常是材料硬化和强化的来源）。（3）塑性变化复杂：在较低变形量（17.6%）下，纯锡的拉伸应变（塑性变形能力）略有提升，可能与部分细化的晶粒有关。然而，当变形量继续增大（35.3%和52.9%）时，拉伸应变反而下降，材料断裂时表现出脆性特征。这是因为较大的塑性变形导致材料内部产生了应力集中区域，降低了其整体塑性变形能力。因此轧制加工能有效细化纯锡的晶粒，但同时会显著降低其硬度和强度。虽然轻微轧制可能略微改善塑性，但过大的变形量反而会损害其韧性，使其更容易脆断。理解轧制变形量与纯锡组织性能之间的这种关联，对于优化其加工工艺和应用性能至关重要。

  2025年04期 No.240 45-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1485K]
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• Q235B热轧带钢锯齿边缺陷：成因分析与控制策略

  兰明清;张向东;陈业雄;田鹏;杜明山;田亚强;马银涛;

  在热轧带钢生产中，批量出现的锯齿边缺陷会对产品质量构成严重威胁。本文聚焦Q235B带钢的锯齿边现象，通过宏观形貌观察、显微组织分析及气体含量测定等手段，系统研究了缺陷成因。研究发现，铸坯角部裂纹、三角区裂纹、皮下气泡和针孔是导致锯齿边及伴随边部分层缺陷的关键因素。基于分析结果，提出以下控制措施：(1)优化连铸二冷工艺，确保结晶器均匀冷却，并精确控制矫直温度以避开钢的脆性区间，防止角部裂纹产生；(2)强化钢水纯净度管控，保证充分脱氧脱气，严防二次氧化，严格控制保护渣水分，优化氩气流量，避免浇注流量过大，从源头消除皮下气泡与针孔；(3)加强铸坯质量监控，在下线坯料中进行宏观检查与取样检验，确保铸坯表面质量达标。这些措施为提升Q235B热轧带钢边部质量和产品附加值提供了有效途径。

  2025年04期 No.240 49-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1622K]
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• 温度密码破译：热挤压工艺如何塑造核电用UNS N08810合金的黄金性能？

  王哨兵;董浩;王曼;孙文强;周珠;江小川;

  UNS N08810镍基合金因其优异的高温耐腐蚀性能，被广泛应用于核反应堆热交换器等关键部件。然而，传统轧制工艺在制备小规格棒材时易出现组织不均和表面裂纹等问题。本研究采用热挤压工艺，创新性地采用了三向压应力的热加工方式，探究了不同挤压温度（1120～1240℃）对φ90 mm UNS N08810合金棒材成形能力、晶粒组织及力学性能的影响。实验发现：当挤压温度低于1160℃时，材料因变形抗力过大导致“闷车”（即材料无法挤出）；温度高于1200℃时，棒材头部因局部晶粒粗化出现开裂；而1160～1200℃为最佳成形区间，其中1163℃挤压的棒材晶粒度均匀（5.0～5.5级），室温拉伸性能（抗拉强度561 MPa，延伸率52%）完全满足核电标准（ASTM A312/A312M）。此外，高温拉伸测试表明，随着温度从500℃升至900℃，材料强度逐渐下降而延展性提升，但不同挤压温度下的高温性能差异不显著。最终通过数据拟合确定核电用棒材的优化挤压温度为(1160±10)℃，兼顾成形效率与组织均匀性。本研究为核电高温合金的精密加工提供了重要工艺参考，同时揭示了热挤压温度对材料性能的调控机制，对提升核能装备可靠性具有实际意义。

  2025年04期 No.240 54-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1657K]
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材料物语

• 镍铜合金NCu30薄板是如何炼成的？——高耐蚀材料生产工艺解析

  孙宏伟;程伟;杨哲;丁五洲;

  镍铜合金NCu30（美标牌号Monel400）是一种耐高温、抗腐蚀的“金属铠甲”，广泛应用于化工设备、海洋工程及航空航天领域。传统生产工艺存在成分不均、表面缺陷多等问题，导致我国长期依赖进口。本研究通过创新工艺，成功实现了国产NCu30薄板的高质量科研生产。采用“真空熔炼+电渣重熔”双重精炼技术，精准调控合金成分，大幅降低杂质含量；通过锻造、热轧和冷轧多道工序，细化晶粒结构，提升材料强度；结合优化的热处理工艺（860℃固溶，保温1.5 h，水冷+630℃时效，保温3 h），最终制备出厚度仅0.76 mm、表面光洁如镜的薄板，其抗拉强度达516 MPa，性能全面超越国家标准。这项技术不仅打破了国外垄断，还为我国高端耐蚀材料的自主生产提供了关键支撑。

  2025年04期 No.240 61-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1442K]
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• 温度与速度如何影响铁的“强韧度”？——多晶铁的拉伸奥秘

  武兴;李京;卢玮宁;陈浩;刘麟;陈杨;季敏;

  金属材料在高温或快速变形时，为何会变“软”或变“脆”？本文通过分子动力学模拟技术，观察多晶铁在不同温度和拉伸速度下的变形行为。研究发现：温度升高时，铁的“抗拉能力”和“刚性”显著下降，但“延展性”增强；而当拉伸速度加快时，铁的“抗拉能力”反而提升，但“刚性”变化不大。这些现象背后的原因是原子热运动加剧和位错密度的变化。该成果揭示了微观原子运动如何决定宏观力学性能的奥秘，并为开发高性能钢铁材料（如耐高温管道、高韧性机械部件）提供了理论支持。

  2025年04期 No.240 66-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1512K]
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• 温度与时间如何塑造冷轧纯钛的“筋骨”与“韧性”——TA1工业纯钛组织与力学性能研究

  曹育菡;孙宇幸;张鹏飞;肖瑛;魏东东;牛文宇;

  为探究退火工艺（温度、保温时间）对冷轧工业纯钛TA1微观组织演变与力学性能的影响规律，本研究对经历不同冷轧变形量（压下量20%、40%、80%）的TA1试样，系统开展了550和630℃下保温10、30和60 min的退火实验。研究发现，变形量驱动再结晶温度降低：随冷轧压下量增加，试样发生再结晶所需的退火温度显著降低；保温时间促进再结晶进程：在相同退火温度下，延长保温时间有效提升了材料的再结晶程度；再结晶程度主导力学性能：材料再结晶程度提高导致其强度下降，而塑性（延伸率）显著提升；变形量与织构导致性能各向异性：较低变形量（20%、40%）试样退火后，其横向与纵向拉伸性能呈现明显差异，这与冷轧塑性变形机制及形成的织构密切相关；细晶诱发特殊屈服行为：高变形量（80%）试样经特定退火（550℃/10 min）获得细晶组织（～6μm）后，其拉伸曲线出现明显屈服平台，该现象归因于变形过程中高临界应力<c+a>位错的大量开动与缠结。本研究结果揭示了冷轧变形量与退火参数协同作用对TA1工业纯钛组织性能的调控机制，为优化其退火工艺以获得目标性能提供了依据。

  2025年04期 No.240 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1951K]
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• 6005A铝合金的双轴肩搅拌摩擦焊：焊缝更均匀，强度更高

  郭钊;

  在固定搅拌头转速和焊接速度的条件下，对3.3 mm厚6005A铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊实验，研究焊接接头的表面成型、微观组织、力学性能及耐蚀性。实验结果表明，焊接接头表面成型美观、纹路均匀，焊接变形小，无明显缺陷，焊缝位置呈典型的“哑铃”状，上下端较宽，中间略窄。焊接接头可分为焊核区（WNZ）、热力影响区（TMAZ）、热影响区（HAZ）及母材区（BM)4个区域，其中焊核区的晶粒细小，第二相粒子基本溶入基体；热力影响区的晶粒在机械能和热能作用下被拉长且具有一定的方向性。焊接接头显微硬度分布呈不规则的“W”型，其中母材硬度最高，焊核区硬度次之，焊核区与热力影响区交界处硬度最低。此外，后退侧（RS）的热力影响区宽度大于前进侧（AS）。接头平均抗拉强度为201.94 MPa，达到母材强度的71.6%，平均伸长率为2.2%，断面收缩率为16.96%，表现出良好的塑性。同时，室温下焊缝的电阻率与母材基本一致，表现出优异的耐蚀性。当搅拌头转速为800 r/min、焊接速度为600 mm/min时，可得到表面成型美观、综合性能良好的焊接接头。

  2025年04期 No.240 76-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1439K]
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冶途质检站

• 2.5万次振动挑战！热浸锡工艺让汽车电连接器“高温不罢工”

  沙辉;罗祖国;

  汽车电连接器作为车辆电气系统的“神经枢纽”，长期面临振动与高温的双重考验，近年频发的新能源车安全事故更凸显其可靠性至关重要。电连接器常因振动引发微小摩擦，导致接触表面氧化、电阻增大，从而导致的“信号罢工”，轻则引发功能异常，重则导致车辆失控或自燃风险。本研究针对该痛点，模拟汽车运行工况下（125℃高温）对热浸锡工艺电连接器展开“耐力测试”。结果显示2.5万次微小振动摩擦后，其接触电阻始终稳定低于100 mΩ，电接触保持稳定。这项研究可为同类型汽车电连接器的设计与验证提供参考。

  2025年04期 No.240 81-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1459K]
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• 基于激光闪射法测量3D打印铝合金的热物性参数

  徐亮;梁永仁;叶梦元;

  热管理是许多高科技设备的关键。本文使用激光闪射法测量3D打印铝合金在高温下的关键“热能力”——包括它传递热量的快慢（热扩散系数）、储存热量的多少（比热容）以及综合的导热性能（导热系数）。研究发现：(1)选对“尺子”很重要：在测量时，使用石墨作为参考样品（标样）得到的结果最接近铝合金的真实导热能力，比用铜或不锈钢更准确；（2）选择石墨标样，温度越高，导热能力越强：随着温度从室温升高到500°C，这种3D打印铝合金传递热量的能力（热扩散系数和导热系数）都逐渐变强了；（3）方向有影响：在3D打印过程中层层堆叠的特性，使得材料在水平方向（横向）传递热量比竖直方向（竖向）更快（热扩散系数和导热系数横向更高）。相反，材料在竖直方向储存热量的能力（比热容）略高于水平方向。这些“热能力”数据对于3D打印铝合金在需要良好散热的领域（比如航空航天中的火箭喷嘴、汽车制造中的发动机部件、船舶中的复杂零件）的设计和应用至关重要。了解材料在不同温度和方向上的导热表现，能帮助工程师设计出性能更好、更可靠的部件。本研究为3D打印高性能铝合金零件的热管理设计提供了重要的基础数据。

  2025年04期 No.240 86-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 1589K]
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产线装备进化论

• 棒材倍尺剪“速度滞后”与“尾部打弯”故障分析与优化

  李文文;

  棒材倍尺剪作为棒材产线的关键剪切设备，其精度和稳定性直接影响生产效率和产品质量。设备电控系统升级至西门子PLC 1517-3PN/DP+6RA80直流驱动后，频繁出现速度跟随滞后问题，导致剪切时轧件头部撞击剪刃引发堆钢故障。通过优化传动增益系数（提高Kv值）有效提升了响应速度、解决了滞后堆钢问题，却又因速度给定突增过大引发了剪切后尾部打弯的新故障。为解决这一矛盾，本研究实施了3重优化策略：(1)优化通信模式：由PROFINET RT切换至实时性更高的等时同步通信模式，减少通信延迟；(2)精细化控制参数：协同优化PLC工艺对象位置环Kv因子及传动装置转速调节器比例系数Kp，提升系统动态响应性能；(3)引入速度限幅机制：在PLC控制程序中增加逻辑，对传动装置的给定速度进行动态限幅，防止速度超调。优化后，速度跟随滞后时间显著缩短（由114 ms降至58 ms），彻底消除了堆钢及尾部打弯故障，设备运行稳定性和棒材成材率得到显著提升。本案例凸显了在高速轧制区域，通信实时性、控制参数精确整定与速度限幅保护对设备稳定运行的关键作用。

  2025年04期 No.240 92-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1492K]
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• 老旧生产线焕新记：如何通过技术改造实现高端汽车钢板升级生产

  丛伟;赵红;鄂立新;张伟勃;崔岚;

  为应对新能源汽车市场的快速增长和用户对汽车钢板质量的严苛要求，本钢浦项冷轧公司对已运行近20年的3号冷轧重卷生产线进行“智能焕新”。此次改造以“旧设备再利用+新技术加持”为核心，在保留部分原有设备的基础上，引入智能焊接机、高精度质检仪、无尘封闭系统等先进技术，成功攻克了老旧设备精度不足、生产环境粉尘干扰等难题。改造后，生产线不仅实现了高端汽车钢板（如超深冲钢、双相钢等）的批量稳定生产，还能精准检测上游工序的潜在缺陷，这一“低成本、高效率”的改造方案，为传统钢铁企业升级生产线、提升竞争力提供了可复制的样板。

  2025年04期 No.240 97-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 1424K]
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