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2022年 57卷 2期
刊出日期：2022-02-15
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
寇明银, 张众, 曾旺, 周恒, 吴胜利
铁矿粉烧结优化配矿及其模型研究进展
随着铁矿粉资源的不断消耗,各类铁矿粉呈劣化趋势,且大量新矿种出现,使烧结优化配矿需求愈发迫切。主要介绍了铁矿粉常温和高温等基础特性。其中,常温特性主要有化学成分、铁矿粉种类、粒度组成等,同时重点分析了与烧结生产息息相关的高温特征指标,主要有同化性、液相流动性、黏结性强度、铁酸钙生成特性、连晶特性、熔融特性、吸液性和烧结体固结强度,分别介绍了以上指标的定义、意义和测量方法。接着,讲述了烧结优化配矿技术从配矿探索阶段到基于常温特性配矿再到基于高温特性互补配矿的发展历程,然后介绍了铁矿粉优化配矿专家系统模型及其在实际生产中的应用,指出烧结优化配矿专家系统模型可以高效指导烧结优化配矿、降低烧结原料成本,并获得较好的烧结产质量指标。最后,对铁矿粉烧结优化配矿技术进行了总结,指出了其仍然存在的瓶颈和不足,包括铁矿粉烧结高温特性检测标准和指标体系尚未完善、铁矿粉基础特性与烧结矿产质量间缺乏定量关系、烧结配矿专家系统精度不足等问题;同时对烧结优化配矿进行了展望,即铁矿粉烧结高温特性标准和体系的凝练和完善、兼顾铁矿粉高温特性的烧结配矿专家系统的优化和完善、烧结优化配矿的自动化和智能化等方面仍需进一步深入研究。
2022 Vol. 57 (2): 1-11 [
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原料与炼铁
12
仇灏, 瞿立凯, 张雪红, 刘和平
炼焦工艺对干煤和湿煤成焦质量的影响
为了更好地优化炼焦工艺,有效地改善配合煤炼焦的成焦质量,系统性地分析了炼焦工艺及干煤和湿煤炼焦对焦炭强度与反应性的影响。采用5 kg试验焦炉对多种工况下的干煤(水分低于3%)和湿煤(水分高于6%)分别进行炼焦试验。通过研究装炉煤的水分、干基堆密度以及装炉温度对干煤和湿煤成焦强度及焦炭反应性(
CRI
)的影响,并结合干煤和湿煤成焦的光学组织及炼焦过程焦饼中心升温特征的对比,分析了煤的干、湿条件和不同工况等因素影响最终成焦质量的机理,从而给现场优化炼焦工艺提供理论参考。试验结果表明,水分及装炉温度维持不变时,增加装炉煤的干基堆密度能够有效地改善湿煤和干煤成焦的强度指标;使用水分高于6%的湿煤进行炼焦时,增加水分至8%以上时会对成焦的耐磨强度产生不利影响;使用水分低于3%的干煤进行炼焦时,水分越高,成焦的强度指标越差,将配合煤水分维持在2%左右能够使焦炭的反应性达到较高水平;通过控制加热过程来调控配合煤装炉温度并减少炼焦时间,有利于增强成焦的反应后强度(
CSR
),但会对焦炭的反应性产生不利影响。
2022 Vol. 57 (2): 12-18 [
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19
王桂林, 张建良, 刘征建, 王耀祖, 刘福成, 佟振
高硫精矿配比对烧结矿性能的影响
相比进口富矿粉,精矿品位较高,可广泛应用于铁矿石烧结工序。为了探究高硫精矿对烧结矿产质量的影响以及精矿中硫元素对烧结过程的影响,利用烧结杯试验装置进行了高硫精矿配比在25%~45%范围内的烧结杯试验。并通过微观结构、技术指标及冶金性能等方面表征了高硫精矿配比对烧结矿性能的影响。试验结果表明,精矿配比为25%时,烧结矿还原的界面反应条件较差,硅酸盐相阻碍了还原气体的扩散,致使烧结矿还原度为77.80%,软化开始温度为1 200 ℃,软熔带透气性能恶化。精矿配比为30%时,烧结利用系数提升至1.19 t/(m
2
·h)、垂直烧结速度达到22.22 mm/min。精矿配比为40%时,有效改善了烧结矿还原性能,恶化了低温还原粉化性能。精矿配比为45%时,烧结利用系数最高,为1.20 t/(m
2
·h),还原性能和低温还原粉化性能适宜。整体而言,在试验范围内,适当增加高硫精矿配比有利于提升烧结矿的还原性能和荷重软化熔滴性能,但精矿配比为45%时烧结矿的熔滴
S
特性值为281.02 kPa·℃,透气性能恶化。烧结烟气方面,精矿配比为40%时,烧结烟气的CO
2
和NO
x
含量较高,烧结过程氧化性气氛较强,降低了烧结矿中铁橄榄石等低还原性矿物含量,恶化了低温还原性能。烟气分析结果表明,高硫精矿烧结时硫元素基本都进入烧结烟气中,并未恶化烧结矿性能。
2022 Vol. 57 (2): 19-27 [
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28
何晓义, 刘周利, 吴胜利, 赵彬, 杨帆
包钢高炉炼铁优化配矿平台的开发与应用
为了降低高炉炼铁系统原料成本,实现自铁矿石采购到高炉炼铁全过程协同优化,开发了一个高炉炼铁全系统、全流程优化配矿平台。全流程是指从铁矿石采购到高炉产出铁水的整个工艺流程,全系统是指钢铁企业所有高炉炼铁整体系统。优化配矿平台包括数据库系统、单座高炉优化配矿平台、全系统高炉优化配矿平台、生产数据采集与分析平台4部分。平台以铁矿石为出发点,以高炉炼铁工艺计算、物料平衡计算为基础,采用规划求解、线性回归、多元非线性回归、神经网络等算法建立数据分析计算模型,通过对数据的统计分析形成优化配矿决策。应用平台可以实现铁矿石采购、原矿石加工处理、选矿、烧结、球团、高炉工序的一体化优化配矿,可在特定时间、特定条件下寻优给出满足高炉生产要求且成本最低的铁矿石采购与配置方案。同时,优化配矿平台可测算出高炉系统各中间产品成本及铁水原料的成本,测算出生产成本与计划成本的偏差,管理者可依据对比数据的偏差和市场条件的变化重新调整优化配矿方案。平台应用于包钢,实现了铁矿石采购与配置管理智能化、数字化、精准化,在满足高炉生产要求的前提下通过平台优化配矿降低了包钢铁水原料成本,降低了包钢铁矿石采购成本,给企业带来了可观的经济效益和社会效益。
2022 Vol. 57 (2): 28-35 [
摘要
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36
王震, 沈峰满, 刘春城, 郑海燕, 杜金磊, 张严
高铝高炉渣系的熔化特性
为了掌握高Al
2
O
3
条件下(
w
(Al
2
O
3
)为15%以上)高炉渣系的熔化特性,利用差式扫描量热仪分析了不同
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)、碱度(
R
)以及
w
(Al
2
O
3
)对高铝高炉渣的熔化温度及熔化热的影响。试验结果表明,炉渣熔化开始温度为1 248～1 291 ℃、熔化结束温度为1 432～1 485 ℃、熔化热为137～211 J/g;当
w
(Al
2
O
3
)=15%、高
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)时,发生了共晶逆反应,导致高炉炉渣熔化开始温度逐渐降低,但由于高炉炉渣的液相线温度基本未变,所以炉渣熔化结束温度基本未发生改变;
w
(Al
2
O
3
)为20%时,随着
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)的增加,炉渣中易生成熔点较高的镁铝尖晶石,导致高炉炉渣熔化开始温度逐渐增大,与此同时,炉渣液相线温度逐渐降低,导致炉渣熔化结束温度逐渐降低;随着碱度
R
的增加,高炉炉渣中生成了具有高熔点的化合物、炉渣的液相线温度升高,使得高炉炉渣的熔化开始温度逐渐增加、炉渣熔化结束温度逐渐升高;随着
w
(Al
2
O
3
)的增加,发生了共晶逆反应,故炉渣的熔化开始温度逐渐降低,而随着
w
(Al
2
O
3
)的增加,炉渣中键能较大的Al—O键增多,需要在更高温度下才能实现炉渣的最终熔化,即熔化结束温度逐渐增加;随着
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)、
R
以及
w
(Al
2
O
3
)的增加,炉渣熔化热逐渐增多。分析认为,随着
R
的增加,炉渣中有高熔点化合物的生成,熔化热增加;随着炉渣中
w
(Al
2
O
3
)的增加,炉渣中Al—O键增多,解聚破坏熔渣结构消耗的热量增多;而随着
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
)增加,高熔点化合物的生成或熔化开始温度降低,造成熔化热增加。
2022 Vol. 57 (2): 36-45 [
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炼钢
46
王丹, 郭志红, 霍彦朋, 范建通, 朱立光
130 t直流电弧炉喷吹过程的优化模拟
在当今经济健康发展的背景下,电弧炉炼钢凭借其污染小、流程短和产品多样的特点,已逐渐成为各大钢铁企业大力发展的对象,在整个钢铁生产的地位比以往的每个时候都要重要,而电弧炉熔池的流动状态会直接影响电弧炉的冶炼效果,这主要与氧枪喷吹强度和布置方式有关。为研究不同工况条件下电弧炉流场的变化,为大型电弧炉选取最合适的工艺参数,以某厂130 t电弧炉为原型,建立了电弧炉侧吹水模型和三维全尺寸几何模型,利用冷态水模拟和数值模拟的方法,将混匀时间、平均速度、湍动能分布、死区及弱流区体积比作为判断依据,对130 t电弧炉不同喷吹强度和不同布置方式对流场的影响进行了系统研究。研究结果表明,当氧枪布置方式为C时,氧枪对熔池中下部的搅拌效果明显增强,混匀时间明显减少,死区及弱流区比例减少,与布置方式A相比分别减少了3.8%和9%;在对氧枪喷吹强度的研究中发现,熔池混匀时间随着喷吹强度的增大逐渐减少,但减少的幅度降低;当氧枪喷吹强度为0.31 m
3
/(t·min)时,熔池内流体湍动能最大,熔池内钢液面下100、400 mm处横截面的平均速度分别增加42.9%和31.4%,加快了冶炼过程中的能量传递。
2022 Vol. 57 (2): 46-53 [
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54
朱仁林, 李建立, 余岳, 朱航宇
硫含量对KR脱硫渣中硫赋存状态的影响
KR脱硫渣中的CaO是转炉冶炼工艺中重要的造渣原料,将其回用于钢铁冶炼工艺可降低冶金企业的CaO原料消耗,减少企业KR脱硫渣堆积量,节约企业冶炼的经济成本。KR脱硫渣中的2CaO·SiO
2
(C2S)在转炉脱磷冶炼过程中可与炉渣中的磷形成稳定的2CaO·SiO
2
-3CaO·P
2
O
5
固溶体,提高磷在渣中的稳定性。将KR脱硫渣代替活性石灰用作转炉造渣料,可促进转炉冶炼初期早化渣,提高转炉冶炼的脱磷效率。但由于KR脱硫渣中硫质量分数为1.0%～2.5%,将其直接用于转炉冶炼会导致钢水增硫。因此,采用FactSage8.0对炉渣中各物相凝固过程进行模拟,采用SEM-EDS、XRD对炉渣基本物相及微观形貌进行分析、检测,采用Image-ProPlus6.0对渣样中CaS平均晶粒面积进行分析,旨在明确硫含量对炉渣中硫赋存状态及析出行为的影响,为后续通过氧化性气氛脱除KR脱硫渣中的硫提供理论依据。热力学计算表明,硫质量分数为0.5%～2.5%时,炉渣中CaS析晶温度由1 240升高到1 390 ℃;当温度为1 600 ℃时,随着硫含量增加,炉渣中MeO#1相含量逐渐减少,炉渣黏度逐渐减小;硫质量分数为0.5%时,炉渣中硫以非晶态组织赋存;硫质量分数为1.0%～2.0%时,炉渣中硫主要以CaS形式赋存;硫质量分数为2.0%～2.5%时,炉渣中硫以CaS相和Ca
11
(SiO
4
)
4
O
2
S相赋存,Ca
11
(SiO
4
)
4
O
2
S主要赋存在硅酸盐相中。随着硫含量增加,炉渣中CaS晶粒长大速率逐渐增大,CaS平均晶粒面积逐渐增大,且炉渣中CaS晶粒逐渐由不规则结构演变为圆饼状结构。
2022 Vol. 57 (2): 54-62 [
摘要
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63
王章印, 姜敏, 王新华
Q345D钢精炼过程夹杂物生成及演变行为
冶炼Q345D钢时由于夹杂物导致的探伤不合格情况时有发生,为了进一步去除和控制钢中非金属夹杂物,通过工业试验研究了“LF精炼→RH真空精炼→钙处理→软吹→连铸”工艺中的夹杂物生成及演变规律,并通过热力学计算优化钙处理工艺。结果表明,转炉炉后及LF进站时采用铝强脱氧,夹杂物主要为Al
2
O
3
,LF精炼过程采用高碱度、强还原性炉渣精炼,LF精炼结束时,夹杂物为CaO-MgO-Al
2
O
3
、MgO-Al
2
O
3
,其数量所占比例分别为67%、33%;RH真空精炼搅拌强烈,RH破空时,夹杂物为CaO-MgO-Al
2
O
3
、MgO-Al
2
O
3
、CaO-Al
2
O
3
,其数量所占比例分别为49%、12%、39%。RH破空后向钢液中喂入钙线,钙处理后,钢液中CaO-MgO-Al
2
O
3
系夹杂物更多地向着低熔点液相区域靠近,夹杂物中CaS质量分数达到了27%,CaS更多地在钙铝酸盐表面析出,形成了 CaS-CaO-Al
2
O
3
系夹杂物;软吹及浇注过程夹杂物中CaS的质量分数增加到42%。此外,精炼过程夹杂物数量密度和平均尺寸呈现共轭关系,夹杂物数量密度从LF进站时的2.32个/mm
2
增加至连铸中间包内的32.23个/mm
2
,夹杂物平均尺寸从LF进站时的2.88 μm降低至连铸中间包内的1.74 μm。热力学分析表明,温度为1 873 K时,钢液中铝质量分数为0.04%,钙质量分数控制在0.001 2%~0.002 8%时,更有利于夹杂物的液态化改性。
2022 Vol. 57 (2): 63-72 [
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73
罗腾飞, 王卫领, 刘宗辉, 罗森, 朱苗勇
GCr15轴承钢连铸冷却速率下凝固原位观察
GCr15轴承钢在连铸凝固过程中的组织生长与溶质偏析是碳化物液析的重要诱因,成为产品质量提升的关键。为此,针对国内某钢厂240 mm×240 mm GCr15轴承钢的连铸过程,选取方坯表面下方40、80和120 mm位置处的坯样为研究对象,首先建立二维凝固传热模型,结合红外测温试验,求解它们在糊状区的平均冷却速率,然后借助高温激光共聚焦扫描显微镜(HT-CSLM)原位观察它们在连铸条件下的凝固过程,研究揭示不同冷却速率对晶粒生长动力学、晶粒尺寸和溶质偏析的影响。结果表明,距方坯表面40、80和120 mm位置处的糊状区平均冷却速率分别为24.70、17.02和18.95 ℃/min,固相等效的γ-Fe晶粒生长速率分别为1.043、0.973和1.015 μm/s,完全凝固后原始奥氏体晶粒半径分别为148.53±58.41、168.23±46.47和165.30±49.28 μm。随着冷却速率的降低,固液界面趋于稳定,晶粒形貌由不规则长条形逐渐转变为规则圆形,凝固组织变得粗大,溶质元素C和Cr在晶界处分布较高。随着凝固的进行,不同晶粒相互接触形成晶界。该现象随着冷却速率的降低愈加明显,且伴随着晶界的迁移。
2022 Vol. 57 (2): 73-84 [
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压力加工
85
杨彦博, 彭艳, 刘洋, 刘才溢, 王瑾
考虑辊缝变化的板带热轧动态理论模型
精准的轧制模型是生产优质带材的关键,目前常用的热轧模型仅适用于研究静态轧制过程。当面对变厚度轧制及轧机振动等动态轧制过程时,由于常用的静态模型不包含辊缝变化速度参数,因此其模型结构缺乏完整性。为了对动态轧制进行全面深入的研究,需要建立一个包含辊缝变化速度参数的动态轧制模型。基于Orowan方程,同时考虑辊缝变化速度对带材平均变形速率和变形区长度的影响,建立了动态速度场模型、平均变形率模型和力微分平衡方程,并最终求解得到动态轧制力解析解。采用二辊试验轧机开展了动态轧制试验,通过与动态热轧试验结果进行对比,动态轧制模型具有较高的精度,可为动态轧制力精准预备提供理论指导。通过分析发现,当辊缝变化速率为零时,模型与SIMS模型相同。利用上述模型分析了动态轧制过程中各工艺参数的变化规律,结果表明,动态轧制时带材出口位置偏离了两工作辊圆心的连线,偏离方向和大小直接受辊缝变化速度大小和方向的影响。相同轧制规程时,辊缝减小时轧制力大于静态轧制,而辊缝增加时轧制力小于静态轧制,这是由于变形区长度和辊缝内金属变形速率受辊缝变化速度的大小和方向影响导致的。此外,在辊缝减小时轧制力会出现随轧制速度的增加而减小的反常现象。
2022 Vol. 57 (2): 85-93 [
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94
李学通, 任明华, 刘亚星, 孙业选, 贾文强, 谭超超
5+1型轧机高强钢五道次模式轧制规程优化
某钢厂新建主要用于轧制超高强钢5+1型冷连轧机组,其第4机架采用小辊径轧机,其他机架采用普通轧机。在实际生产中,该机组同时负责其他钢种的轧制,为了避免出现轧制能力过剩等问题,基于能耗节约与稳定轧制的综合考虑,针对高强钢的轧制,5+1型冷连轧机组采用5道次模式进行轧制。在减少1个道次的情况下,为保证产品质量和轧制稳定,对机组的轧制规程提出了更高的要求。综合出口板形质量、总压下量、机组轧制过程稳定性等因素考虑,结合小辊径轧机的特点,对5+1型冷连轧机组5道次高强钢模式下的机组进行了取舍。基于出口板形分布对压下规程进行分配,在此基础上,利用两种轧机机型的特点对压下规程进行精调。张力制度的优化目标以保证小辊径轧机轧制稳定性为主,其次通过优化张力调节各个机架的出口板形,令其与压下规程优化的结果共同作用,对整体机架轧制的稳定及出口板形的优化形成互补,从而开发了5+1型冷连轧机组高强钢5道次轧制模式下的轧制规程综合优化设定技术。在轧制模式减少了1道次的情况下,优化了机组轧制高强钢的出口板形,提高了产品的质量,在减少小辊径机组打滑、振动趋势的同时,最大程度上保证了轧制的整体稳定性,大大提高了整个机组的经济效应,具有进一步推广应用的价值。
2022 Vol. 57 (2): 94-100 [
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101
王昆鹏, 王郢, 廖家明, 徐建飞, 姜敏, 王新华
超深拉拔类线材夹杂物及断口分析
针对超深拉拔类线材(钢帘线、切割钢丝和金刚线母线等用钢)的夹杂物控制,选取3种不同控制思路的超深拉拔用钢,即夹杂物低熔点化、夹杂物玻璃化和夹杂物低弹性模量化,借助扫描电镜研究了SiO
2
、SiO
2
-Al
2
O
3
-MnO、SiO
2
-CaO-Al
2
O
3
-(MgO)和SiO
2
-CaO-MgO-(Al
2
O
3
) 4类典型氧化物夹杂在热轧和拉拔过程的塑性变形和破碎状态,并统计归纳了数千支帘线钢捻制断口、切割钢丝和金刚线母线湿拉断口夹杂物一般特征。结果表明,结晶态的SiO
2
夹杂在热轧过程不变形,玻璃态的SiO
2
夹杂热轧过程可塑性变形,两者在拉拔过程均可破碎。低熔点的SiO
2
-CaO-Al
2
O
3
-(MgO)夹杂热轧过程可塑性变形,拉拔过程可破碎。低弹性模量的SiO
2
-Al
2
O
3
-MnO和SiO
2
-CaO-MgO-(Al
2
O
3
)热轧过程变形不充分,但拉拔过程可破碎。长期大量的断口统计分析表明,引起超深拉拔线材断丝的夹杂主要为Al-Mg-(Mn)-O尖晶石质(占比38.2%)、Al-O刚玉质(占比32.0%)、Al-Si-O莫来石质(占比21.9%)及少量Mg-Si-(Mn)-O橄榄石质(占比6.3%)和极少数的Zr-O质夹杂(占比1.6%)。断口夹杂物具有高熔点且高弹性模量的特征,这些夹杂物的来源多与精炼或连铸耐火材料相关,断口上未发现低熔点低弹性模量或高熔点低弹性模量的夹杂。内生夹杂物“玻璃化”和外来夹杂物“低弹性模量化”是超深拉拔类线材氧化物夹杂控制的方向。
2022 Vol. 57 (2): 101-108 [
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钢铁材料
109
郭勤宇, 陈永峰, 张洪彪, 左小坦, 赵立, 张亚兵
40Cr钢方坯表面淬火工艺及组织转变规律
热送裂纹限制了热送技术的推广应用,而表面淬火技术可以有效改善热送裂纹的质量问题。以某钢厂180 mm×180 mm断面小方坯连铸机为对象,40Cr钢为淬火试验钢种,通过开展现场离线淬火试验研究,并利用光学显微镜(OM)及数值仿真技术,进行显微组织分析与淬火-自回火过程传热分析,研究了表面淬火对铸坯表层组织转变的影响规律。结果表明,表面淬火可以有效消除铸坯表层组织中的膜状铁素体,形成一定的淬透深度。在40~100 s的淬火时间范围内,表层可以形成2~10 mm深度的回火索氏体层,在距表面19~38 mm的深度才开始形成膜状铁素体。同时,随着淬火时间的延长,淬透深度有显著增加。基于铸坯淬火的目的,提出了以膜状铁素体开始形成的深度为判断高温铸坯淬火淬透深度的依据,并结合传热分析及淬后组织类型及特点提出了两种在线淬火工艺方案,其淬后预期表层组织分别为细化铁素体+珠光体(弱冷方案)与回火索氏体(强冷方案)。对于弱冷方案,预期淬透深度为7~13 mm;对于强冷方案,若以回火索氏体为淬透深度的判断标准,预期淬透深度可为2~10 mm;若以膜状铁素体为淬透深度的判断标准,预期淬透深度可达19~38 mm。基于离线淬火试验并结合传热分析,确定的在线淬火工艺方案对现场淬火技术的实施奠定了一定的理论基础。
2022 Vol. 57 (2): 109-116 [
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117
李振团, 秦鹤勇, 田强, 张文云, 赵光普
变形参数对GH4742合金动态再结晶及γ′相的影响
为了研究不同变形参数对锻态GH4742合金动态再结晶及γ′相的影响,利用单道次等温压缩试验获得了变形温度为1 050～1 150 ℃、变形量为30%～70%、变形速率为0.1 s
-1
时的真应力-真应变曲线,分析了不同变形参数下真应力-真应变曲线以及峰值应力的变化规律,同时采用SEM、EBSD对不同变形参数下动态再结晶过程中的亚结构以及γ′相进行了精细表征,定量计算了基体内的几何位错密度以及发生动态再结晶的比例,并测试了不同变形参数下基体的硬度。重点探讨了不同变形参数下动态再结晶的形核机制,深入分析了动态再结晶过程中亚结构以及γ′相的演变规律。结果表明,变形温度为1 080 ℃时,基体中存在大量未溶的一次γ′相,小角度晶界比例超过35%,基体发生动态再结晶比例小于35%,主要形核方式为连续动态再结晶。变形温度为1 110 ℃,一次γ′相尺寸减小并发生回溶,小角度晶界比例小于8%,基体发生动态再结晶比例超过75%,主要形核方式为不连续动态再结晶。随着变形量增加,一次γ′相尺寸增大、数量密度降低,小角度晶界比例显著下降,动态再结晶比例明显提高。低温变形时基体硬度随着变形量增加而显著增加,而高温变形时硬度先增加后逐渐趋于不变。GH4742合金变形温度为1 110 ℃时,变形量50%时已完成动态再结晶,组织为等轴的动态再结晶晶粒,基体硬度较低,为357HV,在此变形参数下加工具有良好的热成型性能。
2022 Vol. 57 (2): 117-126 [
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127
韩荣, 刘洪喜, 尉文超, 王毛球, 时捷
Ti-V-Mo微合金化22MnB5钢中析出相及其强化作用
使用温成形替代热成形可以避免热成形过程中表面氧化等问题,但热成形常用22MnB5钢在高温回火后出现明显的软化现象。而通过向钢中添加Ti、V、Mo等微合金元素可以在钢中形成细小的析出相以及细化晶粒,起到提高强度的作用,从而可以解决该问题。因此,通过在22MnB5钢中添加Ti、V、Mo微合金元素,利用OM(光学显微镜)、FE-SEM(场发射扫描电子显微镜)、EBSD(电子背散射衍射)、TEM(透射电子显微镜)、XRD(X射线衍射分析)、EDS(能谱仪)及物理化学相分析法等,研究试验钢中析出相特征及其强化作用。试验结果表明,22MnB5钢与Ti-V-Mo微合金钢淬火后的显微组织均为典型的板条马氏体,而两者的析出相除渗碳体外,Ti-V-Mo微合金试验钢中还析出了TiC以及少量的(V,Mo)C,经试验测量,抗拉强度比22MnB5钢提高90 MPa以上。600 ℃回火1 h后,Ti-V-Mo微合金试验钢中析出大量尺寸为20 nm以下的纳米级MC(M=Ti+V+Mo)型析出相,使得马氏体钢有效晶粒尺寸细化到约1.3 μm。通过理论分析发现,其析出强化作用可达500 MPa以上,同时,由于(Ti,V,Mo)C析出相钉扎晶界使得晶粒细化而产生的细晶强化效果为70 MPa以上,在析出强化和细晶强化综合作用下,Ti-V-Mo微合金试验钢比22MnB5钢的强度提高600 MPa以上。因此,根据本研究的结果,Ti-V-Mo微合金试验钢在一定程度上改善了钢板材料在中温成形时出现的软化现象。
2022 Vol. 57 (2): 127-138 [
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王雁, 朱立光, 吴耀光, 王重君, 刘志远, 霍金霞
EH40级船体钢中焊接热影响区组织特征
近年来,中国船舶与海洋工程制造业迅猛发展,高强度、高韧性、易焊接性、耐蚀性已成为造船及海洋工程用钢的发展方向。焊接是船体制造的关键环节,采用大线能量焊接来提高造船效率已成为造船企业的首选。但是,焊接线能量的提高导致钢板焊接热影响区晶粒严重粗化、局部软化和脆化,其低温冲击韧性变差,严重威胁船体钢的安全使用。氧化物冶金是通过钢中超细均匀分布的氧化物夹杂,在钢液凝固、热加工及焊接过程中诱导晶内铁素体形核生长,形成交织互锁的组织结构,使钢材具有良好的韧性、较高的强度及优良的可焊性。利用氧化物冶金技术工业生产的EH40钢种为研究基础,采用多元微合金体系进行大线能量焊接用钢冶炼,35 mm厚高强钢板在120 kJ/cm的焊接线能量下,距上表面熔合线2 mm处热影响区-40 ℃下冲击功平均值为274 J。采用金相显微镜和扫描电镜研究其焊接热影响区组织特征,结果表明,EH40级船板钢中的组织类型主要由多边形铁素体和珠光体组成,各类晶粒的尺寸大小以5~25 μm居多。系统观察试样焊接热影响区各个区域的显微组织,探究各区域内组织分布情况。夹杂物多为球形和不规则块状,通过扫描电镜分析可知,钢中能诱发IAF形核的夹杂物主要由MgO、Al
2
O
3
、TiO
x
及MnS复合而成,焊接热影响区有大量的针状铁素体组织。
2022 Vol. 57 (2): 139-148 [
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孟满丁, 安同邦, 魏金山, 马成勇, 左月
690 MPa级ULCB熔敷金属组织与强韧化规律
采用传统的高强钢焊接材料焊接690 MPa级低碳铜沉淀强化钢时,仍需严格控制热输入、预热温度、层间温度,这使得低碳铜沉淀强化钢的优良性能和可节约生产成本的优势得不到很好地发挥。通过采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征方法,研究了不同质量分数的Si/Mn/Ni配比对690 MPa级超低碳贝氏体(ULCB)熔敷金属的组织及强韧性能的影响,为690 MPa级低碳铜沉淀强化钢配套的焊接材料的工程化应用提供一定的技术支持和积累。结果表明,690 MPa级超低碳贝氏体(ULCB)熔敷金属组织主要由板条贝氏体、粒状贝氏体和针状铁素体组成。当Si质量分数为0.16%、Mn质量分数为1.46%时,熔敷金属组织细化,冲击韧性得以提升,但Si含量过低易使贝氏体铁素体呈块状,导致韧性提升有限。而当Si质量分数为0.29%、Mn质量分数为1.02%时,Ni含量增加,贝氏体铁素体板条呈细长条状,显微组织相互交错分布,使熔敷金属冲击韧性显著改善。相变位错强化受贝氏体开始转变温度(
B
s
)影响,这是影响ULCB熔敷金属强度的主要原因。ULCB熔敷金属中夹杂物主要分布在贝氏体铁素体的板条亚结构间,少量成为针状铁素体的形核质点,促进针状铁素体形核,因此,对熔敷金属中的夹杂物进行控制,可进一步发挥超低碳贝氏体熔敷金属的潜力,提高其韧性。
2022 Vol. 57 (2): 149-156 [
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张春菊, 丁轩, 杨明球, 张陆洋, 李辉
DP980钢的动态力学性能及本构模型构建
随着汽车轻量化事业的不断推进,先进高强DP钢得到了快速的发展和应用。而汽车碰撞过程安全性的模拟仿真,对DP钢提出了动态力学性能数据的迫切需求。利用万能拉伸试验机和高速拉伸试验机系统研究了高强度DP980钢不同应变速率下的力学性能,构建并修正了基于JC模型的动态本构数学模型,并进行了模型计算结果与试验数据的对比分析。试验结果表明,10
-4
～10
-2
s
-1
的静态应变速率范围内,DP980钢的屈服强度和抗拉强度变化不大,分别在660~675和1 030~1 050 MPa的范围内波动;而均匀伸长率和断裂伸长率则分别为11%和16%。10
-1
～10
3
s
-1
的高应变速率范围内,屈服强度和抗拉强度均随拉伸速率的升高单调增加,应变速率由10
-1
提高到10
3
s
-1
时,屈服强度由690提高到810 MPa,抗拉强度由1 050提高到1 200 MPa;而断裂伸长率呈现先增高后降低的趋势,在500 s
-1
时达到峰值25%,呈现出明显的应变速率敏感性。基于JC模型修正的动态本构模型,应变速率为10
1
和 10
2
s
-1
下的试验结果和模型计算结果具有较高的一致性。动态力学性能数据是影响汽车碰撞过程模拟仿真结果可靠性的关键因素。所研究的实际钢厂DP980钢的动态力学性能演变规律及所构建的动态JC本构模型,可更方便地为汽车厂提供更为准确的力学性能数据支撑,缩短试验时间,降低试验成本,提高汽车碰撞过程模拟仿真结果可靠度。
2022 Vol. 57 (2): 157-161 [
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环保与能源
162
赵紫薇, 孔福林, 童莉葛, 尹少武, 解雅茹, 王立
基于“3060”目标的中国钢铁行业二氧化碳减排路径与潜力分析
中国钢产量占世界总产量的56.7%,CO
2
排放占世界钢铁总排放的72.5%,占全国碳排放的15%。为实现“3060”目标,对国内外钢铁行业现状、减碳路径与潜力进行了分析,探讨了短流程、能源结构调整和余能利用对碳减排的贡献度及碳税对减碳的影响。进出口方面,中国2020年钢铁出口量占世界总出口量的12.8%,占中国钢铁产量的4.8%,以满足内需为主,适当增加废钢进口量可减少碳税,同时降低中国对铁矿石的依赖度,提高中国在原材料市场的议价权;当短流程占比提高至30%时,预计每年减碳3.8亿t,对2030年减碳贡献率为2.09%,减少碳税152亿美元;采取70%废钢+30%DRI电炉炼钢流程时,可实现碳减排0.7亿t,对2030年的减碳贡献达0.39%,减少28亿美元碳税。实施氧气高炉技术、氢能冶炼技术及CCUS技术,可减碳49.55亿t,对2030年减碳贡献率为24.6%,减少碳税1 982亿美元。其中,氢能冶炼减碳效果最显著,可减碳42.63亿t,对2030年减碳贡献率为20.79%,减少碳税1 705.2亿美元,其次为氧气高炉,可减碳3.42亿t,对2030年减碳贡献率为1.88%,减少碳税136.8亿美元。若高品位余能全部得到有效利用,预计可减碳1.39亿~1.4亿t,对2030年减碳贡献率为0.77%,减少碳税55.84亿美元。当低品位余能利用率从30%提高至50%时,预计减碳0.66亿t,贡献率为0.36%,减少碳税26.4亿美元。为实现“3060”目标,中国钢铁行业短期内可提高短流程覆盖率,同时加速研发氧气高炉、氢能冶炼、储能、余能梯级利用等减碳新技术。
2022 Vol. 57 (2): 162-174 [
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代梦博, 罗邦曹, 孙彩虹, 田浩, 孙业长, 春铁军
低成本钢尾渣-矿渣基矿山充填料的优化开发
为实现多固废协同利用、降低充填成本,在矿渣基全粒级细尾砂胶结充填料基础上,以流动性和抗压强度为表征,利用热闷钢渣磁选尾渣(钢尾渣)替代部分矿渣作为胶凝材料,脱硫灰和水泥熟料替代部分专用添加剂作为外加剂,采用正交试验探寻掺量规律,优化固体填充料配比,开发钢尾渣-矿渣基软性矿山充填料,并研究了外加剂与胶材比、灰砂比等因素的影响。对比分析了矿渣基准组、钢尾渣-矿渣基准组(B1)、强度最优外加剂组分钢尾渣-矿渣组(B7)等3组充填料的微观形貌及XRD图谱以探究其水化机理。结果表明,钢尾渣替代矿渣量增加、外加剂与胶材比减小,充填料浆流动性改善,但充填体抗压强度下降。强度正交试验结果表明,钢尾渣掺量大小决定强度低高,脱硫灰掺量宜高于水泥熟料。进一步调整外加剂组分配比,在灰砂比为1∶6、钢尾渣替代矿渣为20%条件下,找出B7组外加剂组分为脱硫灰、水泥熟料分别替代30%、20%专用添加剂,B7组料浆扩展度为143 mm,充填体形貌为富铁绿泥石胶结假方体钙硅灰石,28 d抗压强度达2.13 MPa,较基准组低0.19 MPa,较B1提高0.26 MPa。该替代方案满足现场充填C2级强度的要求,改善流动性并显著降低了充填成本。优化的外加剂组分配比在灰砂比为1∶4条件下同样具有强度优化作用,但较灰砂比为1∶6条件下低。
2022 Vol. 57 (2): 175-184 [
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钢铁
编辑部公告
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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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