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2021年 56卷 7期
刊出日期：2021-07-15
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
朱苗勇
高拉速连铸过程传输行为特征及关键技术探析
高拉速连铸是实现直轧、铸轧的前提保障,是实现钢铁生产流程高效化、绿色化的具体体现,是发展新一代高效连铸的主题。高拉速连铸面临最大挑战是漏钢与裂纹频发,凝固坯壳均匀生长控制应是其实现的核心内涵,重点在于结晶器技术集成,包括结晶器流动控制、保护渣类型、结晶器润滑、结晶器内腔结构、结晶器冷却结构与制度等,关键在于结晶器液位的稳定控制。阐述了高拉速连铸过程传输行为特征及其实现的关键技术。
2021 Vol. 56 (7): 1-12 [
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13
杨健, 蔡文菁
镁处理对钢中夹杂物以及HAZ组织和性能的影响
近年来镁处理的氧化物冶金技术研究非常活跃,为了总结镁处理氧化物冶金研究的最新成果,综述了镁处理对钢中夹杂物以及HAZ组织和性能的影响研究。通过镁处理形成的微米级含镁氧化物和硫化物复合夹杂物可以诱导晶内针状铁素体析出;镁处理过程中形成的纳米析出物,通过对奥氏体晶界的钉扎作用可以抑制原奥氏体晶粒长大,钉扎粒子多为300 nm以下的TiN、在MgO表面析出TiN形成的MgO+TiN复合夹杂和镁的氧化物或硫化物及其复合夹杂物。这两种氧化物冶金作用机理都有助于提高厚钢板的大线能量焊接热影响区的低温冲击韧性。镁处理可以同时对钢中氧化物和硫化物进行改性,改变了硫化物的组成和形态,生成以含镁夹杂物为核心,外围包裹MnS的复合夹杂物抑制了树枝状MnS的生成,促进钢中生成细小、球状分布的MnS夹杂物,进而改善钢的可加工性能;并且形成的含镁复合夹杂物之间的作用力约为Al
2
O
3
夹杂物之间作用力的1/10,作用距离约为Al
2
O
3
夹杂物最大作用距离的2/5,呈现弥散分布状态。
2021 Vol. 56 (7): 13-24 [
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原料与炼铁
25
余建文, 欧杨, 曲孔辉, 高鹏, 李艳军, 孙永升
鞍钢东部铁尾矿悬浮磁化焙烧-磁选试验
为提取和回收鞍钢东部铁尾矿中的铁,采用实验室间歇式悬浮反应炉作为磁化焙烧装置,以高纯CO和N
2
的混合气体作为还原性气体,考察了铁品位为26.50%的鞍钢东部铁尾矿强磁再选精矿在悬浮磁化焙烧-磁选过程中的影响因素。试验结果表明,在气体流量为800 mL/min、焙烧温度为600 ℃、CO浓度为25%、焙烧时间为2.5 min及焙烧矿磨矿粒度小于0.023 mm占90%的条件下,可获得TFe质量分数为65.91%、铁回收率为94.06%的磁选精矿。物相分析表明,在上述还原焙烧条件下,弱磁性赤(褐)铁矿选择性转变为强磁性磁铁矿,实现了铁矿物相转化的精准调控。
2021 Vol. 56 (7): 25-30 [
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31
王宪珍, 王炜, 李和平, 张琦, 杨代伟, 林国
ZnO对烧结矿矿相和结构的影响
ZnO在烧结矿中的分布和存在形态,对烧结矿的矿相、结构和冶金性能有重要影响。在实验室条件下采用含ZnO的分析试剂,进行1 300 ℃、纯氮气条件下准平衡相烧结试验,研究不同ZnO含量对烧结矿矿相和结构的影响规律。结果表明,添加ZnO的烧结矿中主要矿相为磁铁矿、复合铁酸钙(SFCA)、硅酸盐相和铁酸锌相,ZnO与Fe
2
O
3
结合生成铁酸锌,铁酸锌在烧结矿中与磁铁矿固溶,且随着ZnO含量的增加,烧结矿中铁酸锌含量逐渐增加。烧结矿中ZnO质量分数由0到4%逐渐增加时,SFCA相的形貌由块状逐渐向条状、针状甚至更细密的网络状转变,且分布由分散到集中。烧结矿中添加ZnO对其液相生成有促进作用,从而对孔结构和孔隙率有较大的影响,ZnO含量增加使微孔减少,大孔数量逐渐增加,且大孔形状较规则;烧结矿的总孔隙率在ZnO质量分数从0到1.6%增加时变化不明显,而随着ZnO含量继续增加,其总孔隙率呈现逐渐增加的现象。
2021 Vol. 56 (7): 31-37 [
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38
张伟阳, 刘小杰, 李宏扬, 卜象平, 程相文, 吕庆
基于大数据技术的炉缸状态可视化
为了更好地监测炉缸工作状态的变化,建立了高炉炉缸状态可视化系统,以展示炉缸热电偶温度、热流强度和炉缸活性的历史趋势和实时监控。收集了某高炉相关参数的数据,使用拉依达准则进行粗大异常值的处理并采用线性插值法进行了空缺值的填补,对热电偶温度和热流强度进行了分区域监测和计算并据此分析了炉缸炉底的侵蚀情况,最后将焦炭质量、渣铁成分和操作参数作为输入变量,提出了融合大数据技术的炉缸活性定量模型。大数据技术为钢铁行业的发展提供了新思路,进一步推动了高炉智能化炼铁。
2021 Vol. 56 (7): 38-46 [
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炼钢
47
孙萌, 姜周华, 李阳, 马帅, 陈常勇, 刘航
Ce-Mg复合处理对含硫齿轮钢SCr420H洁净度的影响
为了探究不同的Ce、Mg含量对含硫齿轮钢SCr420H洁净度的影响,在真空感应熔炼条件下对含硫齿轮钢SCr420H进行Ce-Mg复合处理,分析了Ce、Mg的收得率、脱氧与脱氮效果及夹杂物的形貌、种类、数量、尺寸及形态。结果表明,Ce的收得率稳定在10%～15%,Mg的收得率在1%～1.5%之间;Ce-Mg处理能够在铝脱氧的基础上进一步将钢中氧质量分数降低至0.000 9%;Ce-Mg处理后形成的含Ce、Mg夹杂物呈现近球状形态,可在一定程度上改善含硫钢中夹杂物的形态。
2021 Vol. 56 (7): 47-55 [
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56
王林珠, 席作冰, 李长荣
镁处理高碳硬线钢中夹杂物
为了研究镁处理对高碳硬线钢中夹杂物影响规律,采用扫描电镜-能谱仪、FactSage热力学软件研究了不同镁添加量下钢中夹杂物的成分、形貌、尺寸、数量和分布,计算了高碳硬线钢中夹杂物平衡成分和生成质量随镁添加量的变化,分析了镁处理对夹杂物熟化生长的影响规律。结果表明,高碳硬线钢中镁质量分数由0.001 0%增加到0.001 8%,夹杂物的转变路线为Al
2
O
3
→Spinel→MgO,夹杂物平均尺寸由1.68 降到1.39 μm,且夹杂物分布更加均匀。随着溶解氧含量的增加,夹杂物的粗化率增加。当钢中溶解氧含量相同时,镁铝尖晶石的粗化率最大,其次是氧化镁,氧化铝夹杂物的粗化率最小。高碳硬线钢中镁添加量为0～0.004%,夹杂物的粗化率先增加后减小,镁添加量为0.001%时,夹杂物的粗化率最大。
2021 Vol. 56 (7): 56-62 [
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63
周朝刚, 胡锦榛, 陈虎, 艾立群, 赵长亮, 王书桓
基于高FeO转炉渣的钢液脱磷行为
为了研究在转炉冶炼中高FeO转炉渣条件下钢液的脱磷行为,采用双联法在某钢厂300 t脱磷转炉上展开高氧化性转炉渣脱磷工业试验。通过理论分析并结合XRD、拉曼光谱分析等手段,研究了脱磷温度、转炉渣矿相结构以及终渣成分等因素对高FeO转炉渣条件下钢液的脱磷的影响。通过热力学公式计算发现,脱磷转炉最佳理论脱磷温度约为1 675 K。对比分析了不同脱磷效果的转炉渣的矿相结构,结果表明,2CaO·SiO
2
和3CaO·P
2
O
5
矿相结构有利于脱磷反应的进行,3CaO·SiO
2
对脱磷效果的影响不明显;Si—O—Si键和[FeO
4
]键特征峰面积越大,Q
0
和Q
2
单元特征峰面积越小,脱磷效果越好。最后研究了脱磷炉钢液脱磷率≥60%时终渣成分的最佳控制工艺参数,碱度
R
为1.05～1.30,
w
([FeO])为33%～37%,
w
([MgO])≤3.0%,
w
([MnO])为4.3%～5.4%。本研究可以为钢铁企业采用双联法开发超低磷钢提供理论依据和技术指导。
2021 Vol. 56 (7): 63-74 [
摘要
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75
唐雯聃, 唐海燕
钢包水口偏心率对浇注过程影响的数学模拟
钢包的水口偏心率会显著影响浇注末期汇流旋涡的形成和发展过程。基于钢包特征设置合理的水口偏心率,有利于控制旋涡形态、抑制旋涡的危害。但是偏心率的变化如何改变流场,对浇注过程产生哪些影响,目前的研究并不充分。通过数值模拟方法,研究了水口偏心率对钢包流场和旋涡的影响规律,同时定义了“影响度”指标,定量分析了偏心率对浇注过程中表征流场和旋涡特性的14个物理量(如水口流量、旋涡角速度、湍动能、水口含气率等)的影响程度。结果表明,水口偏心率和各物理量之间存在非线性关系;不同物理量变化的临界点不同,普遍为0.5~0.7,旋涡的稳定性和容器壁面是影响临界点的主要因素。
2021 Vol. 56 (7): 75-85 [
摘要
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86
彭治强, 曹江海, 侯自兵
基于高通量试验原理82B连铸坯组织形貌特征
凝固组织形貌对铸坯宏观偏析的形成有非常重要的影响,并在一定程度上决定了铸坯后续的加工使用性能。基于高通量试验原理,引入分形维数和无量纲周长对82B帘线钢连铸坯凝固组织形貌特征展开分析。结果表明,对于连铸坯两侧中间区,窄宽度长区域取样方法得到的凝固组织面积率可近似等效为固相率;同时凝固组织整体形貌的分形维数随着固相率的增加而增加,但其无量纲周长呈现相反的趋势,故两者对凝固组织渗透率大小存在相反的影响作用;计算表明,实际铸坯组织的渗透率最小值对应的固相率为0.667。提出了一种基于实际铸坯分析凝固组织形貌特征变化规律的新方法,同时能为连铸末端电磁搅拌与轻压下等偏析控制技术的最佳作用固相率提供参考。
2021 Vol. 56 (7): 86-93 [
摘要
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压力加工
94
张帅, 于华鑫, 张桐源, 高心成, 刘宏民
冷轧带钢板形辊激光熔覆表面强化试验
板形辊是生产高端冷轧带钢的关键装备,其表面性能对保证带钢产品表面质量和提高其自身使用寿命都至关重要。为了提高板形辊辊面的硬度和耐磨性,通过激光熔覆铁基耐磨合金的方式对其进行了表面强化处理,通过试验对比了激光熔覆强化辊面与淬火强化辊面性能。结果表明,在满足硬度要求的前提下,熔覆层的耐磨性比淬火层至少提高20.9%。为研发冷轧带钢板形辊表面强化技术开辟了一条新途径。
2021 Vol. 56 (7): 94-100 [
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101
矫志杰, 蔡沅良, 王龙鑫, 王志强, 孙旭东
5 000 mm单机架宽厚板轧机力臂系数模型
轧制力矩是中厚板轧制过程中最重要的工艺参数之一,力臂系数模型精度直接影响轧制力矩的计算精度。推导了力臂系数反算模型,基于现场轧制数据获得实际力臂系数。研究了轧制变形区几何条件对力臂系数的影响规律,确定变形区形状系数和压下率作为力臂系数的关键影响参数。通过实际数据回归分析,获得最佳的模型形式和模型系数。针对某5 000 mm宽厚板轧机,分别采用经验力臂系数、现场原力臂系数模型以及改进后力臂系数模型进行轧制力矩计算,并与实际数据对比分析模型精度,采用改进力臂系数模型计算的轧制力矩的最大误差不超过10%,平均误差在5%以内,计算精度远高于其他模型。
2021 Vol. 56 (7): 101-106 [
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钢铁材料
107
潘以庆, 殷胜, 田青超, 裴新华, 罗克力
热轧板翘皮缺陷的渗碳行为和组织特征
为了提高SPHC热轧带钢的表面质量,针对异常翘皮缺陷的成因展开研究。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和硬度仪分析了缺陷处与基体的组织、成分和硬度的差异。结果表明,翘皮缺陷主要是由连铸坯中存在大量的夹杂物所致,同时这些夹杂物碳含量较高,在板坯加热过程中对周围基体起到“渗碳”作用,渗碳层厚度可达5 727.2 μm。带钢横截面的组织差异是由表面与芯部的温差所导致的动态回复与再结晶差异造成的。在层流冷却段,渗碳区域的过冷奥氏体发生了离异共析转变,粒状渗碳体均匀弥散析出。
2021 Vol. 56 (7): 107-114 [
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501
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115
王晓磊, 邓想涛, 付天亮, 王麒, 曹艺, 王昭东
稀土铈对内生TiC型超级耐磨钢组织性能的影响
作为耐磨钢研究的新领域,引入高体积分数TiC粒子的超级耐磨钢,虽然能够提升钢的耐磨性,但会降低材料的韧塑性。为了提升超级耐磨钢的综合性能,研究稀土铈对超级耐磨钢组织性能的影响,采用真空感应炉冶炼出不同铈质量分数的试验钢,通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、电子探针(EPMA)、硬度测试、低温冲击性能测试、磨损性能测试等手段,研究了铈对试验钢TiC粒子析出行为、组织、力学性能以及耐磨性能的影响。结果表明,热处理后试验钢的组织为回火马氏体。铈可以将高钛耐磨钢中TiC、TiN粒子改性为Ce
2
O
2
S-TiC、Ce
2
O
2
S-TiN、CeP-TiC和
x
CeP·
y
Ce
2
O
3
-TiC稀土复合粒子。随着铈质量分数的增加,试验钢的强度和硬度变化不大,低温韧性和耐磨性先提高后下降,在铈质量分数为0.002 5%时,其综合性能最佳,相对耐磨性为未添加铈试验钢的1.27倍。
2021 Vol. 56 (7): 115-122 [
摘要
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415
)
123
李洪, 雷敬, 陈胜, 张必良, 喻翔, 赵成志
铜含量对改良型T91钢高温氧化行为的影响
为了研究铜元素对改良型T91钢抗高温氧化性能的影响,在650 ℃空气环境下,采用了高温氧化试验法和不连续称重法,获得了3种不同铜含量的高温氧化动力学曲线,并利用XRD、SEM、EDS对其高温氧化膜的物相、表面及截面形貌结构和特征进行了分析。结果表明,随着铜含量的增加,改良型T91耐热钢的抗高温氧化性能得到提高,表面氧化膜的晶粒增大,且更为均匀、致密;氧化膜为双层结构,外层为疏松多孔的Fe
2
O
3
“非保护性”氧化膜,内层则拥有连续致密的“保护性”氧化膜;铜元素在高温氧化过程中对铝、硅元素的扩散有一定的促进作用,可生成Al
2
O
3
和SiO
2
保护性氧化膜,在与Cr
2
O
3
保护性氧化膜的共同作用下提高了试验钢的抗高温氧化性能。
2021 Vol. 56 (7): 123-128 [
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188
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439
)
129
尹朝朝, 张莉芹, 胡锋, 周松波, 周雯, 吴开明
马氏体亚结构对F690超厚板表层强韧性能的影响
由于沿厚度方向冷却速度不同,超厚板表层与1/4
H
处(
H
为厚度)具有不同的微观组织。为了研究微观组织对超厚板不同部位强韧性能的影响,进行了室温拉伸、低温冲击等试验,并利用SEM、TEM、EBSD等技术手段对超厚板表层及1/4
H
处微观组织及力学性能进行了表征分析。结果表明,试验钢表层较为细小的马氏体板条块(Block)及高于1/4
H
处的位错密度导致表层屈服强度略高于1/4
H
处。表层及1/4
H
处低温冲击性能差异明显,-60 ℃冲击功较1/4
H
处降幅约为12.6%,-80 ℃冲击功降幅约为24.7%,这是由于表层马氏体板条块界等大角度晶界(HAGB)数密度低于1/4
H
处马氏体+贝氏体混合组织的大角度晶界数密度,同时过快的冷却速度使得表层马氏体组织中具有更大的内应力集中,增加了微裂纹萌生的可能性。
2021 Vol. 56 (7): 129-138 [
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139
邱木生, 朱浩, 韩赟, 韩龙帅, 滕华湘
退火工艺对780 MPa冷轧多相钢组织及性能影响
为了研究退火工艺对780 MPa冷轧多相钢组织及性能影响,采用万能试验机、场发射扫描电镜(SEM)、综合成形试验机及电子探针(EPMA)对两种具有相同成分、抗拉强度均为780 MPa但具有不同屈强比和扩孔性能的多相钢进行了相关研究,结果表明热处理工艺对试验钢组织、力学性能及扩孔性能有着重要影响,采用两相区退火时马氏体岛呈现连续的和条带状分布特征,马氏体岛平均晶粒尺寸为3.7 μm,且碳和锰具有明显的聚集分布现象,而全奥氏体化退火时组织呈弥散细小分布,马氏体岛平均晶粒尺寸为1.4 μm,碳和锰元素没有明显富集,且具有更高的屈强比和扩孔率。另外还对扩孔失效机制及微观形貌进行了分析,组织中条带状马氏体岛促使裂纹沿软硬相界面快速扩展,而细小弥散分布的硬质相促使应变向多方向扩展,避免在软硬相界面处形成较大的应力集中而产生开裂,同时高扩孔率材料表现出具有更高比例的光亮带及大尺寸韧窝。
2021 Vol. 56 (7): 139-144 [
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环保与能源
145
王亚军, 李俊国, 张玉柱, 曾亚南, 赵雷
淋溶气氛对AOD不锈钢渣中铬动态淋溶的影响
AOD不锈钢渣(AOD渣)中的铬主要以三价态存在,但是在一定的条件下会被氧化从而以六价态释放至环境中造成生态破坏。以AOD渣为研究对象,采用长期动态淋溶的试验方法,研究了淋溶气氛对AOD渣中铬动态淋溶特性的影响。结果表明,淋溶气氛对浸出液氧化还原电位影响较为显著,空气气氛下氧化还原电位值在淋溶20 d之后明显高于氮气气氛;淋溶气氛对铬的淋溶能力有一定影响,空气气氛下初始淋溶液中的溶解氧会促进铬的浸出;在淋溶的前期,浸出液中的铬主要为Cr
3+
,而在淋溶后期,空气气氛下溶解氧的氧化作用开始显现,浸出液中出现较多的Cr
6+
;在空气气氛下,AOD渣中的铬会以比氮气气氛下更快的速率溶出,当淋溶进行到第44.6 d时,Cr
3+
的累积溶出率达到5.71%,Cr
6+
达到3.70%,总铬达到9.41%。AOD渣中的铬具有持续的溶出能力,淋溶毒性不容忽视。
2021 Vol. 56 (7): 145-151 [
摘要
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152
刘金生, 丁学勇, 薛向欣, 张学婕
提钒尾渣资源化综合利用的研究进展
由于含钒产品需求量的不断增加,提钒尾渣的产量也逐年增加,若不能对其实现有效的综合利用,不仅占用了大量土地,造成大量有价金属的浪费,而且会对环境造成严重污染。结合提钒尾渣的物化特性,对提钒尾渣在有价组分回收、制备特种功能材料、有害元素脱除和生产建筑材料等4个方面的研究进展进行了综述。目前,提钒尾渣的综合利用虽然取得了一定的进展,但仍存在不够经济环保、消纳量有限等缺点。而随着人们环境保护意识的不断提高,以及高品位富矿储量的逐年减少,未来对提钒尾渣的综合利用也必将向多种有价元素综合回收,以及降低提钒尾渣产品中有毒、放射性元素含量等方面发展。同时,还需进一步简化工艺流程,利用提钒尾渣制备高附加值产品,以此来降低生产成本,扩大产品的使用范围,提高提钒尾渣的消耗量,实现环境保护和经济增长的可持续发展。
2021 Vol. 56 (7): 152-160 [
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530
)
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
·
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”
·
《钢铁》创刊60周年纪念特刊征订
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