核乏燃料储运用难加工高硼不锈钢薄板的组织调控及高效制备

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51774081
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0414.材料冶金加工
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Coarse, hard and brittle eutectic borides with a low melting point and a network-like distribution existing in the initial solidification structure of high boron containing stainless steels lead to some problems such as bad hot workability, very narrow processing widow and so on, due to which the development of compact and high-performance fabrication technology for high boron containing stainless steels is hobbled. In order to solve this bottle-neck problem, we propound to design a new thermodynamic phase diagram and new chemical composition based on the introduction of new ‘Liquid→Liquid+δ’ transformation at the beginning of solidification to change the solidification behavior, by means of which the borides can be greatly refined and dispersed fundamentally. Also, much higher solidus temperature can be achieved so as to broaden processing widow. In the present project, this work will elucidate the principle of designing a new thermodynamic phase diagram and new chemical composition, clarify the new phase transformation behavior during sub-rapid solidification and the corresponding controlling mechanism. Moreover, the microstructure evolution, deformation behavior and failure mechanism during hot-working will also be revealed. The synergistic effects of a new thermodynamic phase diagram and new chemical composition, sub-rapid solidification as well as thermal-mechanical treatment on microstructure evolution and materials performance will be systematically explained. Thus, the key theoretical points of microstructure controlling and high-efficient fabrication for hard-to-work and high boron containing stainless steels will be established. Two new types of compact and high-performance fabrication process, ‘Die casting of thin slab + Side welding protecting material onto rolled slab + Hot continuous rolling’ and ‘Twin roll strip casting + Single-pass hot rolling’, will both be invented and developed to produce thin gauge hot rolled prototype steel with a combination of excellent thermal neutron absorption performance, good mechanical properties and favorable corrosion resistance.
凝固组织中粗大、网状分布的低熔点硬脆共晶硼化物导致高硼不锈钢热加工性非常差、热加工温度窗口极为狭窄等问题,严重制约了其短流程、高性能制备技术的发展。针对这一瓶颈,申请人提出通过基于引入L→L+δ的新型相图及成分设计来改变凝固过程的相变行为,从根本上实现硼化物的微细化与离散化控制,并大幅提高固相线温度以扩大热加工温度窗口。将阐明新型相图及化学成分的优化设计原理,弄清(亚快速)凝固过程基于新相图及成分设计的相变行为及控制机理,揭示热加工过程的组织演变规律、变形机制及破坏机理,系统阐明新相图及成分设计、(亚快速)凝固过程、形变热处理对组织演变的协同调控作用以及对材料性能的综合影响。据此建立难加工高硼不锈钢组织调控及高效制备的关键理论要点,发明“模铸薄板坯+侧边焊接组坯+热连轧”和“双辊薄带连铸+一道次热轧”两种新型短流程、高性能制备技术,并获得热中子吸收、力学、耐腐蚀性能俱佳的薄规格热轧原型钢。

结项摘要

高硼不锈钢凝固组织中粗大、网状分布的低熔点硬脆共晶硼化物导致热加工性非常差、热加工温度窗口极为狭窄等问题,严重制约了短流程、高性能制备技术的发展。针对这一瓶颈问题,首先,研究了模铸条件下的凝固行为及热变形行为。具有正交结构的层片状(Cr,Fe)2B在奥氏体晶界上呈连续网状分布,且具有堆垛层错亚结构。硼化物破碎产生的孔洞在宽展导致的拉应力作用下继续增殖、长大及聚合,进而诱发热轧边裂。为了改善热塑性,提出了引入铝合金化的新型成分设计。加入1.5%Al能够明显提升液相线和固相线进而扩大热加工温度区间。并且,使L+γ两相区温度区间缩小,使初生奥氏体的生长受到抑制。从而消除了网状不均匀分布特征,改善了硼化物在基体中的分布均匀性,进而在一定程度上改善了热塑性。但是,加入过量的铝会导致(Cr,Fe)2B异常粗大,使热塑性恶化。然后,研究了无硼钢/高硼钢异种材料焊接过程的金属学行为及焊接接头的力学行为,为焊接组坯提供了支撑。提出通过焊接组坯+复合热轧来抑制热轧边裂并提升力学性能。无硼钢包覆层作用于高硼钢芯层边部的附加压应力能够有效抑制热轧边部裂纹的扩展。“三明治”层间界面通过奥氏体再结晶和元素扩散实现了良好的冶金结合。另外,无硼钢包覆层具有较好的加工硬化能力,并在“几何约束”作用下对芯层产生附加压应力,这两个方面共同延缓了芯层颈缩的发生,使复合板塑性显著优于非复合板。最后,将近终形双辊连铸技术引入高硼不锈钢板的制备流程,揭示了亚快速凝固过程中硼化物的演变规律及细化机制。奥氏体和硼化物之间存在特定的取向关系,且两者之间的界面错配度较低,这有利于硼化物的形核和细化。所以,薄带连铸板材的强度和塑性均优于模铸+热轧板材。通过上述工作,基本阐明了高硼不锈钢的组织演变及性能优化控制机理,发展了“模铸薄板坯+侧边焊接组坯+热轧+固溶”和“双辊薄带连铸+热轧+固溶”两种原型制备工艺。该工作为发展我国核乏燃料安全储运用高硼不锈钢制造技术提供了重要的理论和技术支撑。基于本项目,发表(含录用)SCI收录论文9篇,获授权中国发明专利4项。入选2021年中组部“万人计划”青年拔尖人才1人,培养博士研究生2名。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Effects of boron content on the microstructure and mechanical properties of twin-roll strip casting borated steel sheets
硼含量对双辊薄带连铸硼钢板显微组织和力学性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.msea.2020.139847
  • 发表时间:
    2020-08-19
  • 期刊:
    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Wang, Zhao-Jie;Li, Yong-Wang;Liu, Hai-Tao
  • 通讯作者:
    Liu, Hai-Tao
高硼不锈钢板的组织演化及制备工艺研究
  • DOI:
    10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20180343
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    钢铁研究学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李永旺;刘光军;王昭杰;王国栋;刘海涛
  • 通讯作者:
    刘海涛
Heterogeneous nucleation of M2B-type borides (M=Cr, Fe) attached to TiB2 and Ti(C,N) particles in as-cast high borated steel
铸态高硼钢中附着在 TiB2 和 Ti(C,N) 颗粒上的 M2B 型硼化物 (M=Cr, Fe) 的异质形核
  • DOI:
    10.1016/j.matchar.2020.110588
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Materials Characterization
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Zhao-Jie Wang;Wei-Na Zhang;Yong-Wang Li;Guo-Dong Wang;Hai-Tao Liu
  • 通讯作者:
    Hai-Tao Liu
Suppression of edge cracking and improvement of ductility in high borated stainless steel composite plate fabricated by hot-roll-bonding
热轧复合高硼不锈钢复合板边缘裂纹的抑制和延展性的提高
  • DOI:
    10.1016/j.msea.2018.06.039
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Li Yong-Wang;Liu Hai-Tao;Wang Zhao-Jie;Zhang Xiao-Ming;Wang Guo-Dong
  • 通讯作者:
    Wang Guo-Dong
Fabrication of high borated austenitic stainless steel thick plates with enhanced ductility and toughness using a hot-roll-bonding method
热轧结合法制备塑性和韧性增强的高硼奥氏体不锈钢厚板
  • DOI:
    10.1016/j.msea.2020.140212
  • 发表时间:
    2021-01-02
  • 期刊:
    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Li, Yong-Wang;Wang, Zhao-Jie;Zhang, Xiao-Ming
  • 通讯作者:
    Zhang, Xiao-Ming

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其他文献

大口径光学非球面镜先进制造技术概述
  • DOI:
    10.12086/oee.2020.200203
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    袁洪瑞;钟莹;刘海涛
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    刘海涛
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘海涛;黄田;李曚;CHETWYND D G
  • 通讯作者:
    CHETWYND D G

其他文献

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近终形薄带钢连铸条件下基于氧化物冶金的组织超细化及强韧化控制机理
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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