钢铁
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2020年 55卷 11期
刊出日期：2020-11-15
综合论述
原料与炼铁
炼钢
压力加工
钢铁材料
技术交流
综合论述
1
邓万里
智能制造视野下钢铁企业能源管控系统展望
能源管控系统存在生产组织层级多、系统架构离散、管控依靠经验等诸多问题,难以面对钢铁工业智能制造的目标。能源管控系统应按流程工业智能制造的范式构建自身的人-信息-物理融合系统(HCPS),学习生产工艺智能优化和生产全流程整体智能优化的技术思维,借鉴能源互联网的供需互动理念,部署与企业整体协同的IT架构。在此基础上,从生产管理模式变革、系统的数字化组建、优化控制功能、精细化能源管理等角度描述了能源管控系统的发展愿景。
2020 Vol. 55 (11): 1-9 [
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原料与炼铁
10
于浩博, 姜鑫, 高强健, 王学斌, 梁栋, 沈峰满
红土镍矿高料层碳热还原试验
红土镍矿是生产镍铁合金的主要原料之一,其碳热还原后的镍铁金属颗粒尺寸对后期磁选分离至关重要。基于此,进行了红土镍矿在高料层条件下的碳热还原试验研究,考察了还原温度、时间及添加剂CaO等对还原后镍铁金属颗粒尺寸的影响规律和作用机理。试验结果表明,在配碳量C/O(质量比)为1.0、还原温度为1400 ℃、还原时间为45 min的条件下,还原效果最佳,还原后大于40 μm的金属颗粒约占70%,最大颗粒约为100 μm。对该还原条件下得到的金属化球团进行磁选分离可得到镍铁合金,基本可以将金属镍回收。研究结果可为红土镍矿碳热还原工艺的应用提供操作参数和理论依据。
2020 Vol. 55 (11): 10-15 [
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269
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643
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16
刘振楠, 陶东平, 姚春玲, 刘聪, 张凇源, 黄卉
应用M-MIVM预测含钛渣系组元活度
在钢铁冶炼过程中,随着护炉钛材料和含钛铁矿石的应用,大量的含钛炉渣被生产出来。由于缺少多元含钛渣系的热力学数据,限制了钛资源综合利用技术的深入发展。因此,应用改进的分子相互作用体积模型(M-MIVM(FII)),预测了基础渣系Al
2
O
3
-CaO-SiO
2
、FeO-MnO-SiO
2
和含钛渣系FeO-MnO-TiO
2
、FeO-SiO
2
-TiO
2
、MnO-SiO
2
-TiO
2
、Al
2
O
3
-CaO-FeO-TiO
2
中各组元活度,并与试验值比较。结果表明,M-MIVM(FII)的预测值与试验值符合较好,6个体系总的平均相对误差为11%,该精度处于Turkdogan提出的30%以内的试验误差范围; M-MIVM(FII)在参数拟合与活度预测能力方面均优于MIVM,该模型对多元含钛熔渣体系组元活度具有更好的预测效果。在此基础上,应用M-MIVM(FII)预测Al
2
O
3
-CaO-SiO
2
-TiO
2
熔体中TiO
2
活度,并分析其影响因素。结果表明,TiO
2
活度预测值与试验值吻合良好,且随炉渣碱度、Al
2
O
3
含量的增加而降低,该规律与试验规律相一致。M-MIVM(FII)仅通过拟合子二元系活度或者直接由无限稀活度系数就能够预测多元熔体的热力学性质。
2020 Vol. 55 (11): 16-29 [
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炼钢
30
谢毓敏, 宋明明, 薛正良, 朱航宇, 徐润生, 刘升
钙处理对稀土在C-Mn钢中作用的影响
为了明确钙处理对稀土在C-Mn钢中作用的影响,利用扫描电镜、光学显微镜和超景深三维显微镜对热轧态试验钢夹杂物和显微组织进行了观测,结合热力学计算和冲击断口分析结果,对比研究了稀土和钙-稀土复合处理对C-Mn钢力学性能的影响规律。结果表明,稀土能将钢中典型夹杂物改性为近球形的含硅稀土氧化物的复合夹杂,尺寸细化,长宽比降低。钙-稀土处理后夹杂物变为球形含稀土和钙的复合夹杂,钢洁净度增高;添加钙能将稀土的收得率从7.6%提高到42.4%,有效提高稀土利用率,钙-稀土处理后珠光体所占面积百分比提高,钢的强度提高。证明采用钙处理提高稀土在C-Mn钢中的作用是可行的。
2020 Vol. 55 (11): 30-36 [
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37
曹磊, 金朋亮, 肖远悠, 尚德礼, 刘春伟, 王国承
镁处理低碳钢中MgAl
2
O
4
夹杂物的聚集行为
为了研究MgAl
2
O
4
夹杂物的聚集行为,通过金相试样法和有机溶液电解分离法结合场发射扫描电子显微镜对镁处理铝脱氧低碳钢中单颗MgAl
2
O
4
夹杂物、多粒子MgAl
2
O
4
夹杂物进行观察。热力学计算结果表明,MgAl
2
O
4
夹杂物在液相中析出。FactSage计算得到钢中夹杂物相变规律,夹杂物预测种类与试验观察结果一致。对多粒子MgAl
2
O
4
夹杂物进行分析,发现腔桥力远远大于毛细管作用力、范德瓦尔斯力、黏滞力。因此,腔桥力是诱导MgAl
2
O
4
夹杂物发生聚集的主要作用力。钢液条件为温度升高、低
a
O
(氧活度)、低
w
([S])时,腔桥力数值较小,引起MgAl
2
O
4
夹杂物的聚集能力最弱。
2020 Vol. 55 (11): 37-46 [
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47
音正元, 张立峰, 李超, 杨文, 任英
Q345D钢中含钙类夹杂物的演变和生成机理分析
通过工业实践研究Q345D钢生产过程含钙类夹杂物的演变和生成机理,并结合热力学计算研究了夹杂物凝固过程的转变机理。结果表明,钢中钙主要来源于VD真空冶炼和钙处理;真空前夹杂物CaO含量很低,破空后夹杂物CaO含量开始升高;之后由于钙处理,夹杂物CaO含量进一步升高。钢液冷却凝固过程中夹杂物发生明显转变,铸坯夹杂物中CaO含量明显降低,CaS含量显著升高,其结果与FactSage热力学计算结果一致。铸坯大尺寸含钙夹杂物主要分为钙铝酸盐、CaS包裹钙铝酸盐、CaS包裹钙铝酸盐且中间析出尖晶石、CaS和Al
2
O
3
黏结型及CaS和尖晶石黏结型;统计表明,铸坯中夹杂物尺寸越大,夹杂物中CaO含量越高,大尺寸夹杂物中CaS含量极低。
2020 Vol. 55 (11): 47-56 [
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57
马钰, 唐海燕, 张硕, 张家泉, 肖红, 马志民
通道式感应加热五流中间包流场的水力学模拟
通道式感应加热能有效补偿连铸过程中间包钢水的温降,且具加热效率高、设备简单等优点,是近年来得到快速推广应用的中间包新技术。配置感应加热器后的中间包结构与常规中间包差异较大,其加热通道的设计对中间包流场具有明显影响。针对实际应用的某5流直通道感应加热中间包边部流和中间流温差大、钢水浇铸过热度偏高的问题,通过水模拟试验对该中间包流场进行优化,提出了一种新型的分口通道方案。该方案可将中间包的死区比例由原型的29.50%降低到20.33%,钢水平均停留时间较原型延长了40 s。工业试验表明,分口式新型通道设计中间包各流浇铸温度一致性得到改善,其中边部流和中间流的平均温差较原型降低了3.6 ℃,实现了感应加热中间包应用效果的进一步提升。
2020 Vol. 55 (11): 57-64 [
摘要
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65
朱立光, 袁志鹏, 肖鹏程, 王杏娟, 殷楷, 张杰
低碳钢薄板坯高速连铸保护渣研究与优化
针对低碳钢薄板坯高速连铸过程中保护渣液渣层过薄、黏结报警频发、铸坯表面纵裂纹过多等问题,在充分考虑高拉速下低碳钢凝固收缩特性的基础上,确定了保护渣润滑与传热性能的优化方向并开展了工业试验。将保护渣碱度从1.10提高到1.30,Li
2
O质量分数从0.57%提高到1.06%,Na
2
O质量分数从5.48%提高到8.16%,碳质量分数由7.71%降低到6.72%。对2种保护渣的流变性能和渣膜3层结构进行了深入研究,发现优化后保护渣渣膜中的液渣层比例增加,渣膜润滑系数
α
增大;同时,渣膜中的结晶层比例也有一定程度的提高,渣膜热阻系数
β
增大,从而使保护渣的润滑性能和控制传热能力均得到改善。从矿相分析结果看出,保护渣碱度的提高在一定程度上会促进硅灰石的析出,导致渣膜结晶率提高、热阻增大,进而起到控制传热的目的。生产实践表明,在拉速提高后,使用新型保护渣基本避免了黏结和裂纹的产生,生产效率和铸坯质量均得到显著提高。
2020 Vol. 55 (11): 65-73 [
摘要
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压力加工
74
刘旭明, 冯光宏, 刘鑫, 张宏亮, 王宝山, 马健
2205不锈钢-碳钢复合带肋钢筋的热轧
为了研究覆层为2205不锈钢的复合钢筋的热加工范围,利用Gleeble-3800进行热模拟试验,得出2205不锈钢的高温流变曲线及热加工图,并最终确立复合钢筋的开轧温度不低于1 150 ℃。利用有限元软件对复合钢筋的粗轧和精轧道次进行数值模拟,结果表明,粗轧变形时,应变集中在轧件表层和1/4位置,随着变形不断向芯部渗透,塑性应变较大的位置不锈钢覆层较薄;在精轧k1道次变形时,发现在横肋根部的不锈钢覆层厚度最薄,在横肋顶部的覆层厚度最大。对复合钢筋的界面进行研究后发现,Cr、Ni、Mo的扩散距离为18~20 μm,从碳钢侧到不锈钢侧的微观组织依次为铁素体和珠光体、脱碳组织、复合界面、奥氏体不锈钢组织、铁素体和奥氏体不锈钢双相组织。
2020 Vol. 55 (11): 74-81 [
摘要
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82
王东城, 徐扬欢, 段伯伟, 汪永梅, 刘宏民
数据驱动的热轧带钢边部线状缺陷智能预报模型
边部线状缺陷是热轧带钢易发缺陷,不仅严重影响成材率,还可能对热轧下游工序生产过程造成影响。边部线状缺陷的影响因素复杂多变,建立精确的机理预报模型十分困难。为此,首先分析边部线状缺陷的主要影响因素;然后以智能方法为基础,分别建立了基于逻辑回归与神经网络的边部线状缺陷智能预报模型,并分析了2个模型的精度与泛化能力;最后,以神经网络智能预报模型为基础,对加热工艺参数进行优化,使缺陷发生率与封闭率均大幅降低。研究结果对提高热轧带钢表面质量具有实践意义,可推广应用于同类轧线。
2020 Vol. 55 (11): 82-90 [
摘要
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钢铁材料
91
陈林恒, 王文涛, 李昭东, 崔强, 隋凤利, 张可
Nb-V微合金化低钼型Q345耐火钢的开发
为了推动耐火钢的市场应用,采用低碳、低钼(约0.2%)及铌、钒、钛的复合微合金化成分设计,成功开发出低成本Q345耐火钢。采用Formastor-Digital全自动相变测试仪测定了试验钢的连续冷却转变(CCT)曲线,利用Gleeble-1500热模拟试验机研究了变形后不同冷却工艺对试验钢组织及硬度的影响,并采用SEM、EBSD、TEM和物理化学相分析等手段对热轧及600 ℃高温拉伸试样基体组织及纳米第二相进行了详细表征,定量分析了试验钢室温及高温下的强度机制。结果表明,轧后760~780 ℃开始层流冷却、终冷温度为400~600 ℃,试验钢获得铁素体+贝氏体组织。经600 ℃高温拉伸后,试验钢中MC相的质量分数及处于18 nm以下的粒子质量百分比相对于热轧态试样分别提高了16.4%、9.8%,这些新析出的纳米级粒子在高温下起到了良好的沉淀强化作用,一定程度弥补了高温下因剪切模量下降和细晶强化失效导致的高温屈服强度的损失;固溶、沉淀强化为Q345耐火钢主要的高温强化方式。
2020 Vol. 55 (11): 91-102 [
摘要
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103
周松波, 胡锋, 尹朝朝, 吴开明
块状组织细化对贝氏体钢断裂行为的影响
中碳贝氏体钢由亚微米贝氏体铁素体板条和残余奥氏体组成,对韧性起主要作用的为残余奥氏体,通过细化块状组织能显著提高贝氏体钢的韧性。为了探究块状组织细化对断裂行为的影响,采用两步贝氏体等温工艺对中碳(碳质量分数为0.3%)贝氏体钢中块状组织进行细化,对拉伸和冲击性能及其裂纹扩展行为变化进行了研究。利用光学、扫描电子(SEM)、透射电子(TEM)显微镜、X射线衍射(XRD)等对试验钢的显微组织类型和尺寸、拉伸和冲击性能及断口形貌进行表征和分析。结果表明,与一步贝氏体工艺相比,两步贝氏体工艺中新形成的贝氏体铁素体分割细化块状马氏体+残余奥氏体,随着真应变的增加,加工硬化的效果更好;断裂形式为韧性断裂,且韧窝的数量、深度更优于一步贝氏体转变,塑韧性更佳。
2020 Vol. 55 (11): 103-111 [
摘要
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288
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112
何肖飞, 胡成飞, 徐乐, 王毛球, 时捷
极值法在高品质齿轮钢夹杂物评价中的应用
为了获得高品质齿轮钢中更加确切的夹杂物信息,并评价齿轮钢中的夹杂物,选择高品质Mn-Cr系齿轮钢为研究对象,分别利用评级法、电镜检验法、极值法等对钢中夹杂物进行了研究。结果发现,评级法、电镜检验法获得的氧化物夹杂尺寸分别在16、23 μm以下,尺寸相对较小。而通过扫描电镜大面积检测分析,试验钢中最大氧化物夹杂等效尺寸达到34.2 μm。进一步利用Gumbel统计极值法对试验钢中最大夹杂物预测,在99.9%概率条件下,试验钢中最大夹杂物尺寸为62.1 μm。99.9%的概率条件相当于约100 000 mm
2
检测面积,对于工业及常规科研检测分析已足够充分。
2020 Vol. 55 (11): 112-117 [
摘要
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264
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663
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118
杜华云, 戴鑫宇, 卫英慧, 侯利锋, 方旭东, 徐芳泓
新型奥氏体耐热钢C-HRA-5原位拉伸断裂机理
断裂机理是材料力学性能研究的主要方向之一。为了阐明C-HRA-5钢单轴拉伸断裂机理,通过原位SEM观察拉伸全过程,对该耐热钢内部微裂纹萌生—扩展—断裂进行了深入分析。结果表明,C-HRA-5钢在室温和700 ℃下都表现出典型的韧性断裂特征。材料断裂主要受到M
23
C
6
相和MX相的影响,微裂纹由M
23
C
6
相聚集的三叉晶界处萌生。室温时,微裂纹与晶内MX相处裂纹相连,形成穿晶裂纹;高温时,微裂纹在剪应力的作用下形成局部穿晶裂纹,导致材料最终失效。
2020 Vol. 55 (11): 118-125 [
摘要
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126
王欢, 胡佳丽, 张朝磊, 李戬, 苗红生
履带销轴用1E1158M钢的奥氏体混晶情况
为了研究不同终轧温度下履带销轴用1E1158M钢奥氏体混晶情况,利用热模拟试验、显微组织定量分析以及截距法对不同状态下奥氏体晶粒以及本质晶粒的大小形貌进行研究,并提出了合理的终轧温度。结果表明,热轧态组织和正火态组织的粗化温度均为850 ℃,终轧温度对晶粒混晶程度有影响。终轧温度为850 ℃时,轧制终止时的奥氏体晶粒发生部分再结晶,混晶程度严重。随着终轧温度的升高,本质晶粒不均匀程度减小,建议终轧温度为1 000 ℃。
2020 Vol. 55 (11): 126-132 [
摘要
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222
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399
)
技术交流
133
侯耀斌, 艾立群, 洪陆阔, 孙彩娇, 周美洁, 周玉青
CO/CO
2
气氛下Fe-C合金气固反应脱碳
为研究Ar-CO-CO
2
气氛下Fe-C合金薄带的脱碳效果,通过热力学分析结合试验,确定脱碳气氛条件混合气体流量为850 mL/min,CO的体积分数为25%,
P
CO
2
/(
P
CO+
P
CO
2
)为0.26。以初始碳质量分数为4.2%左右的Fe-C合金薄带为研究对象,探索不同脱碳温度、薄带厚度、脱碳时间对脱碳效果的影响。研究结果表明,对厚度为2 mm的Fe-C合金薄带,脱碳温度分别为1 293、1 353、1 413 K,脱碳60 min后,平均碳质量分数分别为2.748%、1.870%、1.134%。厚度分别为1、1.5、2 mm的Fe-C合金薄带,脱碳温度为1 413 K,脱碳时间为60 min,对应的碳质量分数分别为0.32%、0.92%、1.05%。证明提高脱碳温度、延长脱碳时间、减少薄带厚度均有助于提高脱碳效果。
2020 Vol. 55 (11): 133-139 [
摘要
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140
李海军, 李睿昊, 宫美娜, 王昭东, 王国栋
热芯大压下轧制连铸坯再加热时的组织遗传性
热芯大压下轧制工艺在改善连铸坯内部缩孔、疏松缺陷的同时,可以破碎粗大的铸态组织,并通过影响再加热奥氏体化后的组织来影响最终产品的组织和性能。为了研究热芯大压下轧制后的铸坯再加热过程的组织演变,选用微合金钢和中碳钢2种具有代表性的钢种为研究对象,采用炼钢-连铸-轧制一体化试验,研究了热芯大压下轧制对连铸坯显微组织及再加热后奥氏体组织形貌的影响。研究结果表明,热芯大压下轧制可改善铸态组织,获得均匀细小的室温组织。对于中碳钢,热芯轧制获得的细小组织经再加热后无法继续保持,与无形变的坯料相比,再加热后的奥氏体晶粒反而更加粗大;而对于微合金钢,由于第二相粒子的钉扎作用,热芯大压下轧制获得的细小组织经再加热后可继续保持。
2020 Vol. 55 (11): 140-145 [
摘要
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602
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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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