HP45NbTi合金具有优异的抗氧化、抗渗碳、抗硫化性能，以及很好的铸造和机械加工性能，在石化行业成功地应用于乙烯蒸汽裂解炉炉管，制氢、合成氨和甲醇催化转化炉转化管及其他加热炉、热解炉等的部件，同时也成功地应用于钢铁冶金及热处理行业的辐射管、炉底辊、工装工具和各种铸造部件。HP45NbTi合金的化学成分（质量分数，%）为：0.40～0.45C，1.0～2.0Si，1.0～1.5Mn，24～27Cr，33～37Ni，0.8～1.5Nb，≤0.30W，P＜0.03，S＜0.03，0.05～0.20Ti。 HP45NbTi合金炉管是采用离心铸造工艺制备的，所以炉管在径向上的内壁和外壁组织会有所差异。母材内侧的组织主要是树枝晶和柱状晶，柱状晶焊接时受到应力作用容易沿晶界断裂，所以焊接时应尽量采取减少焊接应力的措施。铁镍基高温合金的焊接都具有热裂倾向和焊接接头的“不等强”问题。而热裂纹主要由两方面因素引起的：一方面冶金因素，高温合金成分复杂、含量多，易在晶界处形成低熔点的物质，特别是镍元素含量相当高，能形成熔点比较低的低熔点共晶物，在晶界处形成液态薄膜，晶粒越大越容易产生连续的液态薄膜，危害越大；另一方面应力因素，高温合金具有较大的线膨胀系数和较小的导热系数，焊接时能产生较大的热应力，当拉应力超过晶粒之间的承受能力时，就会产生结晶裂纹。在焊接过程中应采用线能量小的焊接方法，减少热影响区的过热程度和热应力，防止热裂纹的产生。并且采用短弧焊，焊接时可做微小摆动，必要时可以采取强迫冷却措施。 为获得与母材性能接近的接头，可选用化学成分与母材相近的焊丝。表2是用NiR82焊丝打底焊、用25-35Nb焊丝填充并盖面焊所得焊接接头母材、焊材和焊缝化学成分分析的数据。采用安泰科技股份有限公司的25-35Nb焊丝填充，焊丝和焊后焊缝成分均与母材的比较接近，尤其是C、Cr、Ni的含量，由此可以确定选用25-35Nb焊丝填充能满足HP45NbTi母材焊接的要求。选择塑性好的高镍NiR82焊丝打底焊，该焊丝抗裂性较好，在保证不裂的情况下焊厚尽量要小。打底焊时背面通氩气保护，保证单面焊双面成形；焊后着色探伤合格后再改用25-35Nb填充并盖面。第一道填充应重熔打底焊道，保证其一定的合金元素含量，层间温度要控制在90℃。 本文研究的炉管尺寸是外径125mm、壁厚11mm。根据生产条件选择手工钨极氩弧焊，直流正接，多层多道焊，保护气体选用纯度99.99%的高纯氩气；选择φ2.5mm的NiR82焊丝打底焊，φ2.4mm的25-35Nb焊丝填充及盖面焊。 采用小线能量的焊接规范，NiR82打底、25-35Nb填充并盖面的手工钨极氩弧焊工艺成功地焊接了HP45NbTi离心铸造炉管的接长对接焊缝，焊接质量优良，焊接生产效率较高，焊缝外观质量漂亮。焊接接头的常温和高温瞬时拉伸性能达到母材的要求。在1050℃和25MPa拉伸应力作用下测试高温持久性能，经过100h未断，表明焊接接头具有良好的高温持久性能。常温和高温拉伸性能测试时，试样均断于母材，表明焊接接头具有良好的常温、高温拉伸性能。

在连铸过程中，为减小使用保护渣的结晶器内壁与铸坯的摩擦，必须对结晶器进行振动。采用普通连铸法时，结晶器保护渣的压力会周期性变化，在铸坯表面沿浇注方向会形成被称作“振痕”的周期性印痕，尤其是在浇注低碳钢时，在振痕的底部有时能看到被称作“钩状结构”的凝固尖端，非金属夹杂物和气泡被夹在钩状结构里面，这有可能成为导致铸坯和产品发生缺陷的原因。 采用电磁连铸技术时，在钢液面的正下方附近安装了圆筒形线圈，并在线圈中接通交流电，使钢水和凝固坯产生感应磁场和感应电流，利用两者的相互作用，使电磁场从结晶器对钢水产生作用。这样，可以使作用于初期凝固部分中的钢水和凝固壳的钢水静压得以缓和，使钢水和结晶器之间的保护渣层的厚度扩大，形成钢水与结晶器之间的“软接触状态”。 在“软接触状态 ”下，可以抑制保护渣压力的周期性变化，使初期凝固部分形成缓冷却状态，尤其是与因电磁场而产生的钢水流动所具有的冲洗凝固壳的效果相结合，避免产生振痕和钩形物，或使振痕深度明显减小，抑制缺陷的产生，从而显著提高铸坯质量。 但是，以往的电磁连铸技术还存在一些问题。其中之一是因电磁场而产生的钢水流动的速度会变得过大，钢水面的形状会在时间上和空间上变得不稳定和不均匀，无法使浇注方向或结晶器周向保持稳定的“软接触状态”，结果无法获得电磁连铸技术稳定改善铸坯质量的效果。 在此情况下，日本有企业提出了脉冲电磁连铸技术。这种脉冲电磁连铸技术以数赫兹到数十赫兹的频率向圆筒形线圈间歇通上交流电，并以此对初期凝固部分中的钢水和凝固壳施加间歇的电磁场。由此可以减少投入钢水中的动能，抑制因电磁场而产生的过快的钢水流动速度。 日本新日铁公司在八幡制铁所板坯连铸机上进行了脉冲电磁连铸试验。在实际板坯连铸机中设置脉冲电磁连铸用的电源、圆筒形线圈和结晶器，并将不锈钢制容器插入结晶器内，然后将低熔点合金在熔融状态下注入，间歇施加电磁场，对钢液面的稳定性进行了评价。从间歇施加电磁场过程中低熔点合金的液面照片上可以确认结晶器横向的钢液面均匀、稳定。然后，采用上述设施，浇注了1200mm×250mm和1600mm×250mm的低碳铝镇静钢。采用脉冲同步涡流式传感器测定了钢液面及自动控制钢水的注入量。结果表明，在间歇施加电磁场时，完全能够稳定控制钢液面和钢水注入量；至于其它的操作性能，与普通浇注相同，能进行稳定长时间浇注。对所获连铸板坯的质量及整个板坯的振痕深度进行了评价，结果表明，铸坯的表面性状得到了明显稳定的改善。

传统的压铸模具热处理工艺是淬火-回火,以后又发展了表面处理技术。由于可作为压铸模具的材料多种多样,同样的表面处理技术和工艺应用在不同的材料上会产生不同的效果。史可夫最近提出针对模具基材和表面处理技术的基材预处理技术,在传统工艺的基础上,对不同的模具材料提出适合的加工工艺,从而改善模具性能,提高模具寿命。热处理技术改进的另一个发展方向,是将传统的热处理工艺与先进的表面处理工艺相结合,提高压铸模具的使用寿命。如将化学热处理的方法碳氮共渗,与常规淬火、回火工艺相结合的NQN(即碳氮共渗-淬火-碳氮共渗)复合强化,不但得到较高的表面硬度,而且有效硬化层深度增加、渗层硬度梯度分布合理、回火稳定性和耐蚀性提高,从而使得压铸模具在获得良好心部性能的同时,表面质量和性能大幅提高。 表面热扩渗技术 这一类型中包括有渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共渗、硫碳氮共渗等。 渗碳和碳氮共渗 渗碳工艺应用于冷、热作和塑料模具表面强化中,都能提高模具寿命。如3Cr2W8V钢制的压铸模具,先渗碳、再经1140～1150℃淬火,550℃回火两次,表面硬度可达HRC56～61,使压铸有色金属及其合金的模具寿命提高1.8～3.0倍。进行渗碳处理时,主要的工艺方法有固体粉末渗碳、气体渗碳、以及真空渗碳、离子渗碳和在渗碳气氛中加入氮元素形成的碳氮共渗等。其中,真空渗碳和离子渗碳则是近20年来发展起来的技术,该技术具有渗速快、渗层均匀、碳浓度梯度平缓以及工件变形小等特点,将会在模具表面尤其是精密模具表面处理中发挥越来越重要的作用。 渗氮及有关的低温热扩渗技术 这一类型中包括渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、氧氮共渗、硫氮共渗以及硫碳氮、氧氮硫三元共渗等方法。这些方法处理工艺简便、适应性强、扩渗温度较低(一般为480～600℃)、工件变形小,尤其适应精密模具的表面强化,而且氮化层硬度高、耐磨性好,有较好的抗粘模性能。 3Cr2W8V钢压铸模具,经调质、520～540℃氮化后,使用寿命较不氮化的模具提高2～3倍。美国用H13钢制作的压铸模具,不少都要进行氮化处理,且以渗氮代替一次回火,表面硬度高达HRC65～70,而模具心部硬度较低、韧性好,从而获得优良的综合力学性能。氮化工艺是压铸模具表面处理常用的工艺,但当氮化层出现薄而脆的白亮层时,无法抵抗交变热应力的作用,极易产生微裂纹,降低热疲劳抗力。因此,在氮化过程中,要严格控制工艺,避免脆性层的产生。最近,国外提出采用二次和多次渗氮工艺。 采用反复渗氮的办法可以分解容易在服役过程中产生微裂纹的氮化物白亮层,增加渗氮层厚度,并同时使模具表面存在很厚的残余应力层,使模具的寿命得以明显提高。此外还有采用盐浴碳氮共渗和盐浴硫氮碳共渗等方法。这些工艺在国外应用较为广泛,在国内较少见。如TFI+ABI工艺,是在盐浴氮碳共渗后再于碱性氧化性盐浴中浸渍。工件表面发生氧化,呈黑色,其耐磨性、耐蚀性、耐热性均得到了改善。经此方法处理的铝合金压铸模具寿命提高数百小时。再如法国开发的硫氮碳共渗后进行氮化处理的oxynit工艺,应用于有色金属压铸模具则更具特点。

———新型铁碳活性焦处理难降解工业废水的应用分析 铁碳微电解技术是利用金属的电化学腐蚀原理，分解废水中污染物的一种污水处理工艺。当紧密接触的铁和碳浸泡在废水溶液中时，会自动在铁原子和碳原子之间产生一种微弱的分子内部电流，从而实现大分子有机污染物的开环、断链，提高废水的可生化性，以利于后续生化反应的进行。目前，有研究表明，微电解技术可用于印染废水、化工废水、电镀废水等各种高浓度、难降解工业废水的预处理或后处理，并能显著提高废水可生化性。 传统的微电解填料是将碎铁屑和活性炭（石墨颗粒等含碳类物质）按一定比例物理混合于箱体内，这种工艺下的铁颗粒经常由于没有被分散均匀而生锈板结。而新型铁碳活性焦则经过了特殊的高温烧结活化工艺，填料中的铁和碳以铁碳包容构架的形式存在，铁骨架与碳链相互交叉，使得铁颗粒均匀地分散在碳颗粒周围，很好地解决了传统微电解填料的板结问题。 新型铁碳活性焦微电解技术的反应机理分析 新型铁碳活性焦是以褐煤为主要原料，经粉碎、过筛后，用硫酸溶液浸泡、烘干、碳化，以煤焦油为黏结剂，加入一定量的还原铁粉和焦煤混合后经高温焙烧及微孔活化制得的。 新型铁碳活性焦为铁碳一体化的微孔构架式结构，不会出现传统微电解填料铁碳分离，从而影响原电池反应的问题。同时，铁碳一体化还可降低原电池反应的电阻，提高电子的传递速率。此外，经高温活化后的活性焦具有很大的比表面积，从而具备机械强度高（可承受较大的水压力）、活性强、产生电流密度大、作用效率稳定等优点。 新型铁碳活性焦浸入电解质溶液（废水）时，由于铁和碳之间存在1.2V的电极电位差，会形成无数的微电池系统，在其作用空间构成一个电场，阳极反应生成大量的Fe2+浸入废水，进而氧化成Fe3+，形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，在偏酸性的条件下，[H]和[O]均能与废水中的许多成分发生氧化还原反应，使有机大分子发生断链降解，消除色度，提高废水的可生化性。 由于在阳极生成的Fe2+对某些有机物具有降解作用，所以，在实际水处理中要求Fe腐蚀要持续进行。 由Fe-C组成的许多微小原电池会产生许多小的电场。在该电场力的作用下，废水中的重金属离子、苯酚、苯胺等物质可以产生电泳现象。同时，可利用机械增氧曝气方式使Fe2+转化为Fe3+，进而转化为Fe(OH)3胶体，该正电胶体的混凝吸附可去除废水中的负电荷基团，且对去除COD（化学需氧量）亦有较好的效果。经活化后的铁碳活性焦比表面积大，具有很强的吸附能力，尤其是废水中的固体颗粒，很容易被其吸附去除。 新型铁碳活性焦在废水处理中的影响因素 新型铁碳活性焦在废水处理中的影响因素主要有以下3点： 一是废水pH值的影响。 废水pH值（氢离子浓度指数）直接影响铁碳活性焦中铁的腐蚀速度和生成具有絮凝作用的Fe(OH)2的量。pH值不同，铁的腐蚀速度有所不同。铁在pH值为2~4时腐蚀速度最快，pH值为5~9时腐蚀速度比较稳定。当碱性较强时，随着pH值的升高腐蚀速度呈减慢趋势；在碱性极强时，腐蚀速度又会加快。 由铁碳微电解基本原理可知，参加原电池反应的离子数目和产物因pH值变化而变化：pH值较高时，参加反应的H+数目不足，Fe被氧化成Fe2+的反应受到抑制；pH值较低时，虽可加快Fe/C微电解反应，但破坏了Fe2+为胶凝中心的絮凝体的形成。 从已有的工程和实验数据分析，pH值控制在5~6.5，其效果和经济性最佳。在部分特难降解废水处理中，适当降低pH值，会提高COD的去除率，pH值降低到3以下时，活性焦中铁损失较快，影响处理效果。 二是铁碳质量比的影响。 新型铁碳活性焦中铁和碳组成微电解电池，随着反应的进行，铁在活性焦中逐渐被腐蚀，含量会降低。当活性焦中铁含量低时，微电解作用减弱，更多表现为活性焦的吸附作用，提高含铁量会使体系中的原电池数量增多，提高有机物的去除效果。但当铁颗粒过量时，会导致活性焦的机械强度下降，且会抑制原电池的电极反应，同时，还增加了处理的成本。所以，在铁碳活性焦的制备中要综合考虑微电解反应的持续时间、微电解作用强弱、活性焦机械强度等因素，选择合适的铁碳比。 三是反应时间的影响。 在实际处理过程中，反应时间越长越好，但是反应时间除与活性焦中铁的含量有关外，与处理过程中pH值的变化也有很大关系。随着反应进行，整个活性焦填充柱的酸性会下降，间接影响后续絮凝沉淀过程。伴随着微电解作用减弱，活性焦的吸附作用更加突出，实际应用中应采用动态填充柱。 废水处理效率除跟以上因素有关外，还受曝气量、H2O2氧化剂等因素影响，为提高处理效率，应综合考虑各影响因素。 铁碳活性焦在污水处理中的应用探讨 铁碳微电解工艺作为一种氧化还原工艺并不能大幅度去除COD，但可破坏高浓度废水中的大分子有机污染物集团，提高废水的可生化性。在实际应用中，一般将其作为废水预处理或二沉池出水后处理，联合原工艺使用。 在微电解过程中添加H2O2可以增强氧化作用。电化学腐蚀过程中产生大量的Fe2+和H2O2组成Fenton试剂，反应产生具有强氧化性的羟基自由基进攻有机分子，并使其矿化分解，有利于凝聚和吸附过程的进行，从而去除有机物。研究表明，pH值是其主要影响因素，较低的pH值（2左右）有利于羟基自由基的生成，提高处理效率。 一般情况下，高浓度、高毒性工业废水的可生化性差，无法进行生物接触氧化作用。有研究表明，将高浓度、高活性的工业废水首先进行微电解，混凝出水后可大大提高废水可生化性，然后经水解酸化后可生化性进一步提高，最后进行两级生物氧化处理，出水可达到工业废水一级排放标准。以处理有机硅废水为例，进水COD为750mg/L，BOD5（微生物代谢作用所消耗的溶解氧量）为100mg/L时，经过微电解、水解酸化和两级接触氧化处理后，COD和BOD5总去除率分别为88%和80%，出水COD<100mg/L，BOD5<30mg/L，达到工业废水一级排放要求。 盐类物质（NaCl）作为电解质可增加微电解的反应效率。NaCl对微电解反应起到了强化作用，但NaCl投加量过大，反应体系中的微观电极和宏观电极可能受到破坏，造成氧化还原作用效率低下，COD去除率反而下降。因此，对含盐量特别高的废水应采取预处理方式将含盐量降低至合适范围。

轧带肋钢筋轧后余热处理工艺是利用轧制余热，在作业线上直接进行热处理。其基本原理是冷轧带肋钢筋钢筋从轧机的成品机架轧出后，经冷却装置进行快速表面淬火，然后利用钢筋芯部热量由里向外自回火，并在冷床空冷室温。 冷轧带肋钢筋余热处理工艺的冷却主要分为淬火、回火和最终冷却三个阶段。 穿水后钢筋表面淬火形成一层马氏体组织，随后上冷床的过程中，钢筋心部的热量传导至表面使表层马氏体自回火。钢筋上冷床后，心部和奥氏体组织进行半等温转变成铁素体和珠光体组织。上冷床温度是一个重要的控制参数，直接反映了冷却强度的大小。 钢筋的轧后穿水冷却，它是在轧制作业线上，通过控制冷却工艺，强化钢筋，代替重新加热进行淬火、回火。利用穿水冷却技术强化钢筋与一般热处理强化钢筋不同之处，不仅由于利用轧制余热，不需要重新加热，节约了能源和热量消耗，缩短了生产周期，提高了生产效率，减少了生产高强度钢筋的合金使用量，而且还具有更高的综合力学性能。这种工艺简单，改善操作环境，钢筋外形美观，条形平直，收到较发的经济效益和社会效益。 冷轧带肋钢筋的轧后穿水冷却过程可分为3个阶段： 1)轧件由精轧机出口至冷却装置入口冷却过程； 2)轧件在水冷装置中的急剧冷却过程； 3)轧件出水冷装置后上冷床前的自回火过程。终轧温度为1020℃-1050℃的轧件，在通过水冷装置时，被1.0MPa-2.0MPa压力的水流完全裹覆，水和高温钢材之间形成无汽膜的强制对流的热交换，钢材的表面温度骤降，与芯部产生较大温差，钢材处于自身的“降温-回温”式的热传导过程，从而达到钢材快速降温的目的。轧后快速冷却，能有效抑制晶粒长大。通过控制轧后金属内部变形能的释放，达到细化晶粒，得到稳定和理想的金相组织结构，保证性能要求。 相同化学成分20MnSi钢筋通过穿水冷却工艺后与常规空冷工艺对比：抗拉强度平均提高55MPa-75MPa，屈服强度平均提高55MPa-85MPa，延伸率有所降低但均在22%左右，组织得到明显细化，边缘和芯部的晶粒度均提高了3-4级，绝大部分为细小的回火索氏体。由于穿水冷却工艺能使成品轧机后的钢材迅速冷却，避免了空冷条件下钢材高温二次氧化，表面质量有了明显改善，氧化铁皮致密，呈均匀的深兰色。轧后冷却工艺还解决了冷床冷却能力不足问题，为棒材轧制线产能释放提供了长件。 轧后余热处理技术能有效地发挥钢材的性能潜力，通过各种工艺参数的控制能改善钢筋的性能，在较大幅度提高钢筋强度的同时，保持较好的塑韧性，完全能保证钢筋的综合性能满足要求。同时，大幅度降低了合金元素用量，节约了生产成本，用余热处理工艺生产英标460MPa级钢筋，以目前市场价格计算，每吨钢材可节约成本200元以上，我国建筑业应用余热处理钢筋可实现强度等级的升级，节约钢材用量，增加建筑物的安全性。从理论上分析，335MPa级钢升级为460MPa级钢可节材27%以上，400MPa级钢升级为460MPa级钢可节材13%。更重要的是实现强度等级升级同时，不需要消耗大量微合金化元素资源。

TC2合金是一种低强度、高塑性近α型钛合金，含有4%α（质量分数）稳定元素Al和1.5%β稳定元素Mn。合金在室温平衡状态下由α相和少量β相组成，β相的含量一般为2%～4%。该合金具有良好的工艺塑性、焊接性能和热稳定性，在航空航天工业中获得了广泛应用，尤其是大规格TC2合金板可以减少焊缝数量，在航空工业中更具迫切性。 TC2合金板用作国产飞机零件时是采用冷成形，在成形过程中对它的各向异性提出了较高的要求，以防止在冷变形过程中出现变形不均的问题。钛是一种滑移系较少，对称性较差的密排六方金属。在板材轧制过程中极易形成织构而导致各向异性。   科研人员采用新的热轧工艺，在2800mm热轧机上制备出4mm×2500mm×1900mm的大规格TC2合金板。采用该技术制备的大规格TC2合金板材板型均匀，表面质量良好，有效地消除了板材的各向异性。 合金利用真空自耗电弧炉熔炼，采用一次真空、二次充氩熔炼工艺，制备出TC2的成品铸锭，其相变点为975℃±10℃。铸锭在大吨位快锻机上锻造成厚度为200mm的板坯，利用2800mm热轧机经三火轧制成4mm厚TC2板材。 实验采用160mm厚TC2板坯，在3种不同厚度进行换向热轧，其他工艺均相同，最后比较板材表面特性及力学性能。工艺制度：工艺1纵横向变形比分别为75%和90%。工艺2纵横向变形比分别为84%和84%。工艺3纵横向变形比分别为90%和75%。经酸洗后加工成拉伸试样，室温拉伸试验在MTS试验机上进行，金相组织观察在奥林巴斯显微镜上。试验结果如下： （1）采用热轧工艺2在两相区轧制大规格TC2合金板，得到的板材具有细小、均匀的等轴组织。 （2）采用热轧工艺2进行热轧可获得均匀的组织及较好的室温强度和塑性匹配，横、纵向性能均匀一致，利于后续板材使用。 （3）采用热轧工艺1、3进行热轧也可获得较好的室温强度和塑性匹配，但金相组织存在部分条状组织，横、纵向性能存在较大差异。