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2020年 55卷 9期
刊出日期：2020-09-15
综合论述
原料与炼铁
炼钢
压力加工
钢铁材料
环保与能源
综合论述
1
韩毅, 张龙, 肖瑶, 于恩林, 王青亮, 赵玉倩
中空钢疲劳寿命的研究现状及展望
中空钢是制造凿岩钎杆的专用钢铁材料,也是钎钢工业的代表性产品。世界上优质钎杆所采用的中空钢,均具有较高疲劳寿命且质量稳定,是高技术含量和高附加值的精品钢铁材料。与进口高端中空钢相比,同类型的国产中空钢的疲劳寿命仍有较大提升空间。中国是钎钢工业大国,为实现高质量发展,应借鉴钢铁工业的新技术、新工艺,探索提高中空钢疲劳寿命的新方法,打造高疲劳寿命且质量稳定的精品中空钢。针对中空钢失效形式及影响其疲劳寿命的主要因素,对提升和预估其疲劳寿命的现有研究成果进行了综述。未来应采用电磁搅拌、脉冲电流作用等先进技术提升中空钢质量,并探索疲劳寿命智能化预测技术与裂纹修复技术相结合的应用条件。
2020 Vol. 55 (9): 1-10 [
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原料与炼铁
11
陈雯, 王鑫, 雷鹰, 李雨, 何思奇, 廖振鸿
高磷铁矿石含碳球团等温还原动力学
为了研究高磷铁矿石含碳球团等温还原动力学在温度为1 173、1 273、1 323、1 373、1 423和1 473 K时,采用界面化学反应模型、Jander方程、Ginstling-Broushtein方程、G Valensi-R E Carter方程等固-固/气反应机理函数对反应过程进行拟合,并采用XRD、SEM、EDX等对样品的物相组成、微观形貌和元素分布进行表征分析。研究结果表明,随着还原程度提高,反应速率由0迅速增至最大值,随后逐渐减小并趋于平缓;当温度为1 173～1 373 K时,反应过程符合界面化学反应,表观活化能为70.02 kJ/mol,线性相关系数为0.948 1;当温度为1 373～1 473 K时,反应过程符合Jander方程,限制步骤为铁离子固相扩散,表观活化能为215.36 kJ/mol,线性相关系数为0.991 2。
2020 Vol. 55 (9): 11-15 [
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16
李神子, 龙跃, 潘向阳, 杜培培, 邢磊
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)对复合炉料熔滴性能的影响
高炉炉料中适宜的
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)可以提高炉渣的冶金性能,有利于高炉的冶炼,以达到增产、节能和降耗的目的。为探究MgO质量分数对复合炉料性能的影响,在试验过程中分别改变复合炉料内烧结矿、球团矿的
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
),使用高温熔滴炉检测其熔滴性能,并对未滴落物进行XRD、SEM-EDS检测,探究渣中成分和分布规律,最终得到合理的MgO配分结构。试验结果表明,烧结矿中
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)由0.8增加至1.2的过程中,滴落温度先减小后增大,软熔带位置不断下移并呈现先变窄后变宽的趋势,镁硅钙石和镁黄长石的含量不断增大,而尖晶石和方镁石含量在
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)超过1.0后逐渐增大;球团矿中
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)由1.39增加至2.09的过程中,熔化区间先减小后增大,软熔带先上移后下降。烧结矿中
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)为1.0、球团矿中
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)为1.74时,熔滴特征值为95.55 kPa·℃,复合炉料熔滴性能最佳,有利于高炉顺行。
2020 Vol. 55 (9): 16-22 [
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23
马洪佑, 王振阳, 戴建华, 袁军, 李秀亮, 王永龙
不同溜槽形状下的料流偏析现象
无钟炉顶设备主要通过改变溜槽倾角以调整布料矩阵,最终改变炉料在高炉内的分布。此外,炉料分布还受溜槽形状的影响,不同形状的溜槽,其料面偏析情况不同。为探究不同溜槽下的布料偏析现象,针对常见圆方比例不同的3种类型溜槽、带储料槽型溜槽以及破损溜槽,运用离散单元法对溜槽表面和布料特征进行研究,探究在不同溜槽下炉料的偏析现象和溜槽受力情况。模拟结果表明,相对于圆形出口溜槽,方形出口溜槽料流宽度小,分布均匀,更有利于精准布料;带储料槽溜槽可以减小炉料对溜槽的冲刷,延长溜槽寿命;破损溜槽料流宽度较大,炉料分布不均匀,会加大炉料在料面上的偏析。
2020 Vol. 55 (9): 23-28 [
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炼钢
29
王雨墨, 陶林, 郭皓宇, 左大文, 韦杰, 杨世山
转炉铁水预处理脱磷的影响因素
基于炉外铁水深度预脱硫+转炉铁水预脱磷的铁水预处理工艺是当今低磷或超低磷钢冶炼的重要工艺平台,其中转炉铁水预处理脱磷是关键的技术环节。以国内“双联转炉炼钢法”预脱磷炉实践为出发点,在实验室高温炉上通过顶加脱磷剂、浸入吹氧进行了铁水模拟转炉预脱磷影响因素的试验研究,比较了铁水温度、铁水初始硅质量分数
w
(Si)
i
、脱磷渣碱度、供氧制度、搅拌强度、萤石加入量对脱磷效率的影响。结果表明,各因素对脱磷率影响的顺序为铁水温度＞
w
(Si)
i
＞供氧制度＞脱磷渣碱度、搅拌强度＞萤石加入量;适宜的工艺参数为铁水温度为1 300 ℃,
w
(Si)
i
为0.10%～0.26%或低于0.30%,脱磷渣碱度为2.9～3.0,供氧制度中气氧与固氧各占50%或固氧稍偏多,维持较高的搅拌强度;转炉内铁水预脱磷处理可不加萤石。
2020 Vol. 55 (9): 29-37 [
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38
李超, 李建新, 刘占礼, 张飞, 姜静宇, 李杰
宽厚板低成本洁净钢生产工艺
为了进一步提高钢板洁净度,降低生产成本,通过理论计算和工业试验对宽厚板LF-VD精炼双联低成本洁净钢生产工艺进行了研究。VD精炼过程中,精炼渣中SiO
2
与钢中铝反应,使渣中SiO
2
质量分数降低、Al
2
O
3
质量分数升高。通过优化转炉和精炼脱氧合金化制度,降低VD前精炼渣中SiO
2
质量分数和钢中铝质量分数,减弱了VD过程渣钢反应。VD过程铝损降低29%。不仅炼钢过程综合吨钢铝耗降低0.68 kg,而且钢板洁净度显著提升。全氧和氮质量分数都分别降低0.000 6%,钢板中大于2 μm夹杂物数量密度降低74%,大于5 μm夹杂物数量密度降低81%。
2020 Vol. 55 (9): 38-42 [
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43
姜学锋, 彭飞, 张艳龙, 薛文辉
碳脱氧在钢包顶渣改质中的应用
为了进一步降低夹杂物缺陷并提高产品质量,基于碳脱氧进行了钢包顶渣改质的研究。冷轧产品的生产工艺为铁水预处理→转炉→RH精炼→连铸,为减少钢中夹杂物质量分数,需要进行钢包顶渣改质,同时降低钢包顶渣TFe质量分数。采用粒碳部分替代铝渣球的方法进行基于碳脱氧工艺的钢包顶渣改质,试验结果表明,顶渣改质效果良好,在顶渣TFe质量分数、中间包钢水游离氧明显降低的同时铸坯中Al
2
O
3
夹杂物得到优化;“30 kg粒渣+铝渣球”工艺降低生产成本5.16元/t(钢)。
2020 Vol. 55 (9): 43-48 [
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49
牛亮, 赵俊学, 仇圣桃, 唐雯聃, 杨凌志
偏心M-EMS作用下连铸圆坯流动-传热模拟
为探究偏心结晶器电磁搅拌(M-EMS)对圆坯钢液流动和传热的作用,减轻偏心M-EMS对圆坯的不利影响,通过建立三维耦合模型研究了偏心M-EMS作用下
Φ
380 mm连铸圆坯钢液流动和传热特点及M-EMS参数的影响。结果表明,在偏心M-EMS(300 A/2 Hz)作用下,由水口进入结晶器钢液流向外弧侧,碰壁后会形成较大回流;外弧侧钢液温度比内弧侧温度高;随着距弯月面距离增加,外弧侧钢液温度先增加后降低,温度最大处在M-EMS中心,为1 779 K;内弧侧钢液温度则一直降低。随着电流强度由100增加到500 A,圆坯下方回流区由1个变为2个;内、外弧侧钢液温差先减小后增加,在300 A时最小,为8.4 K。随着电流频率由1增加5 Hz,外弧侧回流区变小直至消失。当电流频率小于3 Hz时,内、外弧侧钢液温差小于10 K;而当频率大于3 Hz时,温差则大于16 K。
Φ
380 mm圆坯推荐M-EMS参数为300 A/2 Hz。
2020 Vol. 55 (9): 49-56 [
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压力加工
57
王四海, 翟德家, 刘立辉, 何海楠, 李磊, 徐冬
1 250 mm热连轧工作辊磨损控制策略
国内大量的1 250 mm热轧机精轧机组普遍使用带有负凸度的凹形工作辊,由于轧机辊形配置及轧制工艺特点,工作辊出现严重“猫耳”型磨损,造成轧制带钢断面出现局部高点现象。为改善1 250 mm热连轧工作辊的磨损,提升带钢板形质量,提出了一种适用于1 250 mm热连轧工作辊磨损的控制策略,在保证板带稳定轧制的同时,通过轧辊辊形和工作辊窜辊策略优化来控制工作辊的磨损。本策略已应用于德龙钢铁有限公司轧钢厂,工业试验表明,该策略可减小工作辊磨损量,使轧辊磨损更加均匀,增加弯辊力调控能力,并使工作辊单位周期轧制带钢长度延长40%,对1 250 mm热连轧产线工作辊磨损控制具有研究价值和推广前景。
2020 Vol. 55 (9): 57-63 [
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64
王东城, 张亚林, 徐扬欢
热轧带钢尾部“伪板形不良”问题研究
热轧带钢头部与尾部处于非稳态轧制区,容易出现各种尺寸形状质量缺陷。在轧制软薄料时,带钢尾部经常出现一种外观与中间浪类似的“伪板形不良”,但其产生机理与板形不良完全不同,因此常规的板形控制手段无法解决该问题。为此,首先对该问题的产生机理进行了分析,发现这一现象的原因是抛钢一瞬间张力消失引起的突然收缩。根据上述机理,对抛钢前F8机架与卷取机的速度匹配关系进行了优化设定,使带钢尾部的“伪板形不良”问题得到极大改善,还避免了带钢表面与辊道之间的擦伤与划伤。
2020 Vol. 55 (9): 64-68 [
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69
宜亚丽, 韩晓铠, 金贺荣
带夹层不锈钢复合板异步轧制力数学模型研究
为实现带夹层复合板异步轧制力的预报,对直接添加薄板作为中间层的不锈钢复合板进行受力分析,依据各层金属变形特点以及轧件摩擦力方向的变化,将轧制变形区划分为5个分区,考虑复合板单元体截面法向应力与剪应力在各层金属间的线性分布,借助各个分区力平衡方程,建立了带夹层复合板异步轧制力数学模型;研究了剪切屈服应力比、辊径比、摩擦因数比对各层单元体应力分布的影响以及不同压下率下中性点和连接点的位置变化规律;运用MSC.Marc有限元仿真软件,对316L/Ni/EH40复合板进行了5道次异步轧制仿真,轧制变形区受力状态与理论模型基本一致,各道次轧制力大小与理论计算值误差在10%以内,结果表明,本模型可为带夹层复合板异步轧制力精准预报提供理论指导。
2020 Vol. 55 (9): 69-80 [
摘要
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)
钢铁材料
81
何方, 王瑞珍, 杨才福, 贾亚飞, 吴彦欣, 李免
Q&P钢在冷却过程中铁素体的相变规律
为了研究冷却过程中Q&P钢(quenching and partition steel)铁素体的相变规律,在热膨胀仪上以846 ℃均热200 s为冷却的初始条件,检测了成分(质量分数)为0.2%C、1.25%Si、2.0%Mn的Q&P钢在不同冷却速率下铁素体的相变热膨胀数据,应用杠杆定律将数据处理为相变规律与温度的关系,通过光学显微镜检测热处理后金相中的铁素体相体积分数和铁素体晶粒尺寸,得出了饱和位置形核条件下铁素体的形核率,基于混合控制模型得出了铁素体相变的相界迁移速率。结合相变开始温度,利用混合控制模型计算了相变结束温度和铁素体晶粒尺寸在相变过程中的演变规律,铁素体晶粒尺寸计算值与实测值吻合程度较高,相变结束温度的计算值与实测值的误差在±15 ℃以内,所获得的铁素体相变规律可以用于控制Q&P钢在冷却过程中的铁素体相变体积分数。
2020 Vol. 55 (9): 81-85 [
摘要
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86
詹放, 林田子, 阴树标, 曹建春, 高鹏, 陆春祥
轧制工艺对高强抗震耐火钢板组织性能的影响
为了提高建筑用钢的屈服强度,优化轧制工艺和降低生产成本,通过实验室轧钢并结合室温、高温拉伸试验以及扫描和透射电镜观察,研究了4种不同轧制工艺下的高强抗震耐火钢板的组织和力学性能。研究结果表明,试验用耐火钢板的组织主要由铁素体+粒状贝氏体组成。粗轧开轧温度较高时,试验用钢板的室温屈服强度和高温屈服强度都较高,粒状贝氏体的体积分数也较多。开轧和开冷温度较高时,试验钢板的高温屈服强度可以满足建筑用耐火钢板的力学性能要求。随着开冷温度的提高,试验钢板的屈服强度会进一步提高,但是组织中铁素体晶粒尺寸较大,而且塑性较差。根据冲击试验结果可以发现,随着冲击温度的降低,试验钢板的断裂吸收功下降较多。析出相分析结果表明,析出相主要是(Nb,Ti)C和(Ti,Nb,Mo)C,析出相颗粒尺寸较大。
2020 Vol. 55 (9): 86-96 [
摘要
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97
刘思涵, 王存宇, 徐海峰, 曹文全
冷轧中锰钢的超塑性与组织结构演化行为
为了研究含铝冷轧中锰钢的超塑性能和在超塑性变形下的组织结构演化过程,对冷轧含铝中锰钢在800 ℃进行了高温拉伸试验和不同变形量下的微观组织结构表征。研究结果表明,0.05C5Mn2Al、0.10C5Mn2Al和0.15C5Mn3Al钢伸长率分别达到了740%、850%和350%,都获得了超塑性现象,EBSD表征结果表明0.05C5Mn2Al、0.10C5Mn2Al两种冷轧组织均匀细小,在高温拉伸过程中具有较高的稳定性,拉伸过程中铁素体与原奥氏体均匀长大,且最大晶粒尺寸小于10 μm;但0.15C5Mn3Al冷轧组织存在条带状的铁素体,该组织易于通过吞并细小的铁素体和原奥氏体晶粒而异常长大,高温拉伸后的尺寸达到了20 μm。通过对3种含铝冷轧中锰钢的超塑性行为与微观组织结构演化关系分析,认为初始均匀一致的冷轧组织具有高的组织稳定性而有利于超塑性,而具有粗大条带状的铁素体组织易于发生异常长大而不利于超塑性。
2020 Vol. 55 (9): 97-103 [
摘要
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104
康荻娜, 庞玉华, 罗远, 孙琦, 林鹏程, 刘东
F45MnVS钢热变形本构方程
为了建立可以满足计算精度的F45MnVS钢高温塑性变形本构关系模型,利用Gleeble-3500试验机完成了热模拟等温压缩试验,获得了变形温度为800~1 000 ℃、应变速率为0.01~10 s
-1
、变形量为0~70%时的金属流变行为。结果表明,应力随应变的变化具有明显动态再结晶特征,应力随变形温度的降低、应变速率的增加而增大;基于对Arrhenius方程和Zener-Hollomon参数的解析,获得了热变形激活能
Q
,建立了峰值应力本构模型;基于应力-位错关系和动态再结晶动力学,建立了加工硬化-动态回复和动态再结晶两个阶段的机理型本构模型,用于描述不同变形温度和应变速率时应力与应变之间的关系;采用所建模型完成了不同变形条件的应力应变预测,与试验结果的对比分析表明,相关系数为0.997,吻合度高。
2020 Vol. 55 (9): 104-110 [
摘要
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300
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111
孙登月, 王朋鹤, 许石民, 汝文弟, 孙晨光
连铸机拉矫辊等离子喷涂WC-20Cr-7Ni涂层性能
连铸机拉矫辊作为连铸机的重要组件,工作环境恶劣、磨损严重。为了降低连铸机拉矫辊工作过程中的辊面磨损,利用等离子喷涂技术在拉矫辊及H13钢板表面制备了厚度为0.2 mm的WC-20Cr-7Ni涂层。通过水淬热冲击及轧制试验探究了WC-20Cr-7Ni涂层的抗热冲击性能及耐磨性,并对热冲击前后试样进行了金相分析及硬度测试。结果表明,WC-20Cr-7Ni涂层孔隙率较低,并具有较高的耐磨性及优异的抗热冲击性能,可以有效提升连铸机拉矫辊的使用寿命。
2020 Vol. 55 (9): 111-117 [
摘要
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环保与能源
118
郭瑞华, 王书桓, 李晨晓, 周朝刚, 赵定国, 陈虎
焦炭还原脱磷转炉熔渣的气化脱磷试验
为了解决脱磷转炉熔渣中磷含量过高而不能直接实现转炉内循环利用的问题,在实验室进行了焦炭还原脱磷转炉熔渣热态试验,系统研究了不同碳当量、温度、碱度、FeO质量分数、氮气流量对气化脱磷率的影响规律。研究结果表明,试验采用2倍碳当量气化脱磷效果较好,气化脱磷率随着温度的升高而逐渐增加,1 733 K时气化脱磷率为68.6%;气化脱磷率随着碱度的降低而逐渐增加,当碱度控制为1.4时气化脱磷率可以达到45.6%;FeO质量分数在10%~30%范围变化时,气化脱磷率随着FeO质量分数的增加先升高后降低,FeO质量分数为25%时气化脱磷率最高可以达到43.5%。气化脱磷率随着氮气流量的增加先升高后降低,氮气流量为80 L/h时,气化脱磷率为45.37%。由SEM分析结果可知,脱磷炉渣中的磷主要富集在硅钙富集区域,气化脱磷反应后微区内磷分布无特殊规律。
2020 Vol. 55 (9): 118-124 [
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125
王新东, 常金宝, 李杰
小方坯连铸-轧钢“界面”技术的发展与应用
运用冶金流程工程学观点,并结合工厂应用实例对小方坯热送热装技术、直接轧制技术和铸轧型无头轧制技术的发展和应用进行了介绍。以小方坯连铸-轧钢制造流程为例,讨论了冶金制造流程中时间、空间等关键要素的配置方法对整个流程中能量耗散的影响,研究了冶金流程典型耗散系统中物质流、能量流和信息流实现“层流”运行的关键技术以及应用效果。通过理论分析和工厂实例,证明通过优化连铸-轧钢“界面”衔接,建立物质流、能量流、信息流优化的运行网络并且实现高效运行,可以显著降低整个棒线材生产流程的能量耗散,节约大量能源,从而实现降本增效、节能减排、绿色化生产。
2020 Vol. 55 (9): 125-131 [
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钢铁
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中国科协全国学会学术出版道德公约
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公告：《钢铁》2018—2019年论文电子版已全文上网（附下载方式）
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《钢铁》杂志2019年“先进炼钢-连铸工艺与装备”专刊征稿通知
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热烈庆祝《钢铁》杂志被评为“2014中国国际影响力优秀学术期刊”
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《钢铁》创刊60周年纪念特刊征订
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