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2024年 59卷 1期
刊出日期：2024-01-15
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
张淑会, 武校章, 刘然, 兰臣臣, 么洪勇, 纪恒
喷吹富氢气体高炉冶炼特点及存在问题的探讨
高炉炼铁工序能耗高、CO
2
排放量大,是钢铁行业节能减排的重点。面对日益严重的能源危机和环境问题,实现高炉冶炼过程的碳减排已经成为人们的共识。在上述背景下,高炉喷吹富氢气体冶炼技术得到了冶金工作者的广泛关注,该技术的主旨在于以氢代碳、降低高炉内碳素还原剂的消耗,实现高炉CO
2
的减排。基于富氢气体在风口前燃烧的热力学分析,系统讨论了喷吹富氢气体高炉的冶炼特点、存在的问题及解决措施,并对今后的研究工作进行了展望。结果认为,与传统高炉冶炼相比,喷吹富氢气体高炉的冶炼特点发生了显著变化,富氢气体可以促进铁矿石的还原,降低初渣中FeO含量,渣量降低且熔点升高,软熔带压差降低,透气性改善;喷吹富氢气体容易使高炉下部温度降低,气流向中心发展,促进块状带焦炭的气化反应,并影响高温区焦炭和渣铁的接触特征。喷吹富氢气体高炉在发挥氢还原优势的同时,容易出现下部热量不足、煤粉燃烧率降低、铁矿石粉化严重等问题。对于喷吹富氢气体高炉的冶炼过程,建议加强煤气富氢量、金属铁渗碳和焦炭性能三者间相互影响的机理研究,并探索合理的操作炉型,开发适用于喷吹富氢气体高炉冶炼的原燃料条件,同时加快富氢气体运输、储存和喷吹设备的研发,以促进喷吹富氢气体高炉冶炼技术的工业实施。
2024 Vol. 59 (1): 1-11 [
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274
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12
上官方钦, 崔志峰, 周继程, 倪冰, 李涛
双碳背景下中国电炉流程发展战略研究
为积极响应国家提出的“双碳目标”,各部委针对钢铁行业陆续颁布系列政策文件,并明确指出要有序合理引导全废钢电炉流程发展,深入推进钢铁工业绿色低碳转型。在此背景下,首先根据《中国能源统计年鉴》中统计的黑色金属冶炼及压延加工终端能源消费量数据,对1991—2021年间中国钢铁行业引起的直接碳排放量、间接碳排放量以及产品固碳抵扣量展开详细测算,分析中国钢铁行业CO
2
排放现状;选取典型长流程和短流程钢铁生产企业,对其造成的CO
2
排放量进行计算,以探究2类流程在碳排放方面的差异,量化电炉流程降碳潜力,指出合理有序推进电炉流程发展是未来钢铁行业转型升级的主攻方向。结合当前钢铁行业发展形势,梳理中国电炉流程发展将面临的困难及挑战,并针对上述问题,从电炉流程发展所需的资源-能源保障、发展模式、技术结构3大方面开展研究,并给出应对策略。在上述研究基础上,构建了中国电炉流程双碳分析模型,分别从工序及时间2个层面绘制了中国电炉流程低碳发展路线图。研究发现,电炉工序和轧钢工序的降碳潜力最大,分别占全流程降碳潜力的40.7%和36.7%;并且随着各工序低碳技术的应用,2030年电炉流程的吨钢碳排放强度有望在2020年的基础上降低35.1%,2040年降低74.7%,2050年实现“近零碳”冶炼。
2024 Vol. 59 (1): 12-21 [
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原料与炼铁
22
赵天乐, 张芳, 彭军, 王永斌, 常宏涛, 高伟民
B
2
O
3
对氧化焙烧过程赤铁矿连晶程度的影响
在焙烧过程中加入B
2
O
3
有利于得到低熔点化合物,提高球团强度和降低还原膨胀,使球团的冶金性能得到提高,但B
2
O
3
对赤铁矿的结晶和连晶程度的影响机理还缺少较为深入的研究。因此,为探明B
2
O
3
对赤铁矿连晶程度和赋存规律,通过在Fe
3
O
4
纯试剂中加入不同比例的B
2
O
3
纯试剂,经混合、压片和氧化焙烧后形成赤铁矿。模拟磁铁矿球团焙烧形成赤铁矿球团的过程,采用SEM-EDS、XRD、XPS等手段研究不同B
2
O
3
含量对焙烧压片中赤铁矿的连晶程度、晶体长大情况和微观结构的影响,结合拉曼光谱分析B
2
O
3
对赤铁矿晶体结构的影响,并对其微观结构、结晶度和晶粒尺寸进行了测定,最后针对不同B
2
O
3
含量对赤铁矿的连晶程度的影响进行了讨论和总结。研究结果表明,B
2
O
3
对氧化焙烧过程赤铁矿连晶程度有着先促进后抑制的作用,适量加入B
2
O
3
能够促进赤铁矿晶体长大和连晶程度的增长,当添加B
2
O
3
质量分数为6%、焙烧时间为40 min时,赤铁矿的结晶程度最好,结晶度可达83.68%。XPS检测显示,随着B
2
O
3
含量的增加,赤铁矿中Fe
3+
的比例逐渐升高,Fe
3+
的比例最高可达92.53%。B
2
O
3
添加量进一步增加时,B
2
O
3
对渣相的流动性和渣相量的影响也进一步增加,渣相将赤铁矿晶粒浸润,抑制晶粒长大和晶粒间的连晶。通过拉曼光谱对赤铁矿晶体结构的检测结果显示,随着B
2
O
3
含量的增加,赤铁矿晶体的LO模式和E
u
模式的峰强增加,这表明晶格缺陷引起的对称性破坏增加,晶体无序度更高,缺陷更高。
2024 Vol. 59 (1): 22-33 [
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34
田旭, 周恒, 黄健, 蔡皓宇, 寇明银, 吴胜利
数值模拟
φ
(CO)∶
φ
(H
2
)对直接还原竖炉反应过程的影响
随着制氢技术的发展,气基直接还原竖炉使用绿色H
2
作为还原剂进行生产变得可行。在诸多非高炉炼铁技术中,富氢直接还原竖炉工艺有望解决传统高炉长流程工艺CO
2
排放高的问题。但富氢直接还原竖炉面临的共性问题是还原煤气中H
2
体积分数过高时还原吸热导致炉内热量不足,从而影响煤气利用率和金属化率。如何调整还原煤气
φ
(CO)∶
φ
(H
2
),使CO还原过程释放热量来弥补H
2
还原吸收的热量,并配合其他操作参数及炉型结构的优化,实现充分利用还原煤气中物理能与化学能,从而提高煤气利用率及金属化率,成为富氢直接还原竖炉亟需解决的问题。建立了富氢直接还原竖炉二维CFD数学模型,考察还原煤气中
φ
(CO)∶
φ
(H
2
)对竖炉内温度场、浓度场分布的影响规律。数学模型的正确性通过与实际工厂数据对比得以验证。模拟结果显示,当还原煤气中H
2
体积分数上升时,竖炉内温度整体持续下降。随着还原煤气中H
2
体积分数逐渐升高,H
2
利用系数逐渐下降、CO利用系数缓慢增长,煤气综合利用系数呈现先上升后下降的趋势,当H
2
体积分数为60%时,综合利用系数达到最高,为0.28。随着H
2
体积分数的升高,竖炉出口铁摩尔分数呈现先上升后下降的趋势,当H
2
体积分数为40%~50%时,铁摩尔分数最高可达95.67%。实际生产过程中,还原煤气中
φ
(CO)∶
φ
(H
2
)维持在40%∶60%左右可获得较高的煤气利用率及产品金属化率。
2024 Vol. 59 (1): 34-40 [
摘要
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41
白晨晨, 师学峰, 王明阳, 于浩, 胡长庆, 韩涛
气基竖炉直接还原数值模拟分析
针对气基竖炉直接还原过程无法直接观察还原反应运行程度的难点,基于三界面未反应核模型,在忽略模型球团内部温度及假设球团还原反应的热效应完全发生在固相的条件下,建立了气基竖炉直接还原模型,对铁氧化物价态转变进行了数值模拟和验证。结果表明,由于所建立的气固模型包含3个界面,随着铁氧化物的逐级还原,每个界面的反应半径最终趋于0,而还原反应速率随着竖炉深度的增加呈现出先升高后降低的趋势。球团在竖炉内下降到3 m深度时,出现半径为15 mm的FeO反应界面,此时球团还原率约为28%。随着球团继续在竖炉内下行约2 m到达5 m的深度时,Fe
3
O
4
的界面半径减小为0,此时铁氧化物完全转变成了浮氏体形态,球团还原率约为34%。通过改变不同的工艺参数进行模拟可以发现,还原球团金属化率和还原率随着气体温度的升高而增大。当气体温度以50 ℃、还原气体流量以5 040 m
3
/h梯度增大时,其对应的球团金属化率分别增大8% 和4% 左右。相比之下,球团金属化率受下料速度的影响远超过气体温度和还原气体流量,具体表现为,当下料速度增大0.02 t/h时,金属化率降低约0.07%。而当球团粒度减小时,金属化率会表现增大的趋势,球团粒度减小1 mm,球团金属化率增大2.23%。
2024 Vol. 59 (1): 41-48 [
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炼钢
49
陆泓彬, 朱红春, 姜周华, 李花兵, 杨策
基于e-FCNN的电弧炉终点温度预报
发展电弧炉炼钢短流程是实现钢铁工业绿色发展的重要战略途经,电弧炉炼钢的终点控制决定了出钢质量和冶炼效率,尤其是终点温度控制。建立电弧炉终点温度预测模型,提前预测终点温度,有助于及时调整冶炼工艺,实现快速、高效的出钢操作。电弧炉终点温度预测模型主要分为机理模型和数据驱动模型,数据驱动模型是目前的主要研究方向,但现有的数据驱动模型建模过程依赖大量历史数据,难以适用于在小样本数据条件下实现终点温度的准确预报。对此,紧密结合冶金机理,以人工智能算法为核心,建立了高适应性的电弧炉终点温度预报模型。通过冶金机理和皮尔逊数据相关性分析得到了模型的输入参数。以FCNN算法为基础,引入提前停止策略,提出了e-FCNN算法,防止了FCNN算法的过拟合现象,并基于e-FCNN算法建立了电弧炉终点温度预报模型。仿真结果表明,终点温度预报误差在±5 ℃以内,e-FCNN模型的命中率可以达到93.33%。另外,在小样本历史数据条件下,使用超参数随机网格搜索,建立了CART、RF、ε-SVR和v-SVR终点温度预报模型,结果表明,基于e-FCNN终点温度预报模型的精度明显优于其他机器学习模型。使用e-FCNN模型连续跟踪实际生产的30炉次,预报误差为±6 ℃时,命中率达到了96.7%,可以有效指导生产。未来,进一步提升机理和数据驱动的结合程度是电弧炉终点温度预报模型的发展方向。
2024 Vol. 59 (1): 49-57 [
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58
王时松, 王云波, 唐庆, 张旭彬, 何生平
高钛钢液面温度及“结鱼”形成的控制
在高钛钢的生产过程中,由于钢中的钛与氮容易生成TiN夹杂物,并部分在结晶器内钢渣界面处聚集,这容易在钢液面低温区诱发“结鱼”的形成而导致高钛钢难以顺利连铸。针对高钛钢连铸“结鱼”产生的问题,采用数值模拟的方法,讨论了不同电磁搅拌强度、拉速和过热度等连铸参数对钢液面温度的影响,并对保护渣的碱度进行了优化,以通过提高钢液面温度来降低结晶器内“结鱼”的形成。通过建立的数学模型模拟发现,在浇铸拉速为0.85 m/s和1.05 m/s时,在结晶器内施加电磁搅拌均能引起钢液面温度的升高,且当搅拌电流为200 A时钢液面的温度最高;在电磁搅拌强度一定时,提高拉速和浇铸过热度均能提高结晶内钢液面的温度,并能减小结晶器角部低温区域的大小;现场试验发现,除拉速外,在其他连铸参数一定时,浇铸过热度由25 K提高到60 K后,连铸结晶器内未发现“结鱼”物的形成,且连铸坯表面的夹渣缺陷明显降低;将连铸保护渣碱度由0.60提高到0.88后,保护渣的结晶性能增强,控制传热能力改善,在高过热度浇铸过程中结晶器内液渣层的厚度由6 mm增加到为8 mm,这说明钢液面的温度升高,但该保护渣在低过热度浇铸(40 K)时也未发现“结鱼”的发生。因此,高钛钢连铸过程中的“结鱼”形成受钢液面的温度的影响,通过提高浇铸过热度和改善连铸保护渣控制传热的能力均能控制结晶器内“结鱼”的形成,优化渣可用于高钛钢的低过热度浇铸生产,为改善高钛钢的可浇性提供理论指导。
2024 Vol. 59 (1): 58-66 [
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67
包向军, 陈凯, 郦秀萍, 杨筱静, 刘骁, 陈光
基于深度学习的转炉煤气发生量预测模型
转炉煤气发生量预测为转炉炉口微差压调控、转炉煤气回收质量提升和全厂煤气平衡调度提供重要支撑。以某钢厂吹炼过程转炉煤气实际发生量数据为依据,采用深度学习方法,建立了BP神经网络、LSTM长短记忆神经网络和RBFNN径向基函数神经网络3种转炉煤气发生量的预测模型,对比分析预测步数、输入样本量和隐藏单元数3个参数对预测模型精度和计算效率的影响。研究结果表明,模型的预测精度均随着预测步数的增加而减小,选择30步预测更符合钢厂的实际需求。随着样本输入量的增加,LSTM的精度无明显变化,BP的精度呈降低趋势,RBF的精度先大幅提高后缓慢降低。LSTM的预测效率无明显变化,BP大幅降低,RBF无变化。当3种模型各自在最佳样本输入量和30步预测条件下,随着隐藏单元数的增加,LSTM的精度基本不变,BP先略有升高再缓慢降低,RBF先大幅升高之后保持平稳,后面再大幅降低。LSTM的预测效率小幅降低,BP大幅降低,RBF保持不变。最终,在30步预测的条件下,LSTM、BP、RBF 3种模型的最佳参数条件为,LSTM样本输入量为125,隐藏单元数为135,此时均方根误差
E
RMS最小为13.38,训练时长为4.7 min;BP样本输入量为50,隐藏单元数为60,此时
E
RMS最小为31.46,训练时长为16.8 min;RBF样本输入量为210,隐藏单元数为210,此时
E
RMS
最小为2.07,训练时长为1.2 min,与实际数据相比,RBF预测效果最好。采用转炉煤气发生量预测结果调控风机的转速,可以使炉口微差压保持在更稳定的状态,减少吸风量,提高回收煤气热值。
2024 Vol. 59 (1): 67-74 [
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)
75
李小明, 王阳, 朱佳雨, 杨永坤, 王建立, 王伟安
水口位置对小方坯结晶器内流场和凝固的影响
由于弧形连铸水口对中时结晶器内外弧流场失去对称特性,以及连铸现场生产时存在内外弧温度不均现象,严重影响连铸坯凝固质量,因此研究水口位置对改善流场分布显得尤为重要。建立了钢液在弧形结晶器中电磁、流动、传热和凝固耦合的数学模型,研究了SEN偏移方向及偏移量对钢液流动的影响,并引入对称指数
I
s
评价凝固坯壳的的均匀性。研究发现,水口向内弧偏移增大了流场差异性,并产生偏流现象,且电磁搅拌的应用会加剧此现象。当SEN向外弧偏移时,无论是否施加电磁搅拌,各平面
I
s
指数均先增加后降低,能一定程度上改善结晶器内流场分布,使其趋于对称,有利于提高铸坯质量。M-EMS开启时,随水口向外弧偏移量的增加,涡流中心逐渐移至电磁搅拌中心面的中心。且钢液流动并非以内外弧呈对称形态,而是存在一定的偏转角,使得所有案例的内外弧温差均有所增大,但对于M-Case 6,温差增幅仅为1.666 ℃。当SEN向外弧偏移6.5 mm时,
I
s
指数及凝固坯壳均匀性最高,内外弧速度几乎重合,内外弧温差最小,钢液流场分布最佳,流场、温度场及凝固坯壳均得到了显著改善。通过调整水口位置能改善结晶器内流场对称性,提高凝固坯壳均匀性,并可消除由结晶器曲率引起、电磁搅拌加剧的偏流现象。
2024 Vol. 59 (1): 75-90 [
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)
压力加工
91
王瑾, 彭艳, 赵向阳, 王梦寒, 李爱民, 马斌
考虑摩擦因素的辊间法向接触刚度模型
随着板带产品不断提高的质量需求,对板带轧机装备精度的要求也日益严格,轧机装备的精度是保证产品质量的基础。板带轧机辊间接触刚度是保证产品质量的基础参数,也是关于轧制过程稳定性的重要参数。当前,轧机辊间接触刚度模型仅考虑辊系弹性变形与受力的关系,而轧辊在其上机服役的周期内,轧辊表面状态不断恶化,辊间接触摩擦状态发生变化,传统辊间接触刚度模型未考虑辊间接触摩擦因素,导致模型不能准确反映轧制过程中随轧辊表面状态对辊间接触刚度的影响。为了对轧机辊间接触刚度进行全面深入的研究,需要建立考虑摩擦因素的辊间接触刚度模型。基于上述问题,以分形理论为基础对轧辊粗糙表面进行建模,通过分析轧辊粗糙表面微凸体接触的变形状态与辊系曲面接触特征,建立了考虑摩擦因素的辊间法向接触刚度模型,并以2 250 mm热轧机为例,研究了分形参数、辊间接触参数与辊系尺寸对辊间接触刚度的影响规律。通过研究发现,分形维数、分形粗糙度与辊间接触刚度的关系分别为正相关与负相关,两者共同指示了轧辊表面越粗糙辊间接触刚度越小。同时,随着辊间接触摩擦因数的增大,辊间接触刚度逐渐减小,辊间接触载荷与辊径越大,辊间接触刚度越大。所建立的模型可为评价轧机装备精度提供参数基础与理论依据。
2024 Vol. 59 (1): 91-98 [
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45
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209
)
99
王优龙, 李维刚, 王永强
基于集成特征选择和SVR的热连轧板凸度预测
热连轧板凸度作为评价板形质量的关键指标,具有多变量、非线性、遗传性等复杂特性。传统的热连轧板凸度模型存在机理复杂、理论情况与实际情况存在差异以及模型精度受限等问题。为了解决这些问题,提出了一种基于集成特征选择和支持向量回归的热连轧板凸度预测模型。首先,建立了基于随机森林(Random Forest,RF)、极端梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)和梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)的集成学习模型,综合应用这些基学习器可以充分挖掘数据中的特征信息;其次,通过集成学习模型对基学习器得到的特征重要性进行加权融合,并根据融合后的特征重要性排序来筛选最具有信息量的模型输入特征,可有效地降低特征维度;然后,采用灰狼优化算法(Grey Wolf Optimization,GWO)来优化支持向量机回归(Support Vector Regression,SVR)预测模型中的参数,其不仅能够消除传统人工参数选择的主观性和盲目性,还能更好地适应数据的特性;最后,将筛选后的特征输入到参数优化的SVR预测模型中,用于对热连轧板凸度进行预测。使用国内某热连轧厂的实际生产数据进行多组试验验证,试验结果表明,模型的预测绝对误差在15 μm内的比例超过99%。该预测模型不仅提高了预测精度,还为热连轧板凸度的精确控制和板形质量的改善提供了有力的指导和支持。为解决复杂热连轧生产中的关键问题,以及提高生产过程的可持续性和效率提供了有益的方法和思路。
2024 Vol. 59 (1): 99-107 [
摘要
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43
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242
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108
张孝彦, 张冀, 王卓, 白硕, 白振华
平整过程中异步轧制轧制压力计算模型
平整过程中由于带钢下表面平整液滴落导致带钢出现上下表面摩擦因数不同的异步轧制现象,使用平整过程的轧制压力模型预报平整异步轧制过程中的轧制压力时精度不高。为此,针对普通工程适用的平整轧制压力模型计算平整异步轧制轧制压力误差较大的问题,提出适用于异步轧制的轧制压力计算方法。考虑到异步轧制的工艺特点与设备的实际工况,首先分析带钢上下表面润滑条件差异性和受力变形情况,建立变形区的平衡方程和单位轧制压力计算方程。其次研究了异步与同步轧制上下轧辊压扁的差异性,根据上下轧辊轧制过程中变形的几何关系和弹塑性力学理论,确定了变形区各参数的计算方法。在此基础上,采用迭代方法提升计算模型精度,建立了适用于平整机组异步轧制过程的轧制压力计算模型,同时给出了带钢上下表面摩擦因数返算方法。最后,为了验证模型的准确性,利用国内某平整机组的设备参数和实际生产过程中的典型规格带钢工艺参数,对比不同润滑条件下本轧制压力模型理论计算值与工程适用的平整轧制压力模型计算值和现场实测数据。结果表明,提出的平整过程中异步轧制轧制压力计算模型能适用于异步轧制情况下的轧制压力计算,与工程适用的平整轧制压力计算模型相比误差减小5%,具有一定的参考价值。
2024 Vol. 59 (1): 108-116 [
摘要
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钢铁材料
117
黄日清, 任英, 张立峰
低碳马氏体不锈钢凝固冷却过程中的夹杂物特征
低碳马氏体不锈钢有着优良的综合性能,广泛应用于经济和社会发展的各个行业。钢中非金属杂物直接影响低碳马氏体不锈钢的性能,已有研究主要为钢液中夹杂物的生成、去除、改性等控制方法,对于钢液凝固和冷却过程中低碳马氏体不锈钢中夹杂物的相关研究很少。因此,有必要研究低碳马氏体不锈钢凝固冷却过程中的夹杂物特征,为最终低碳马氏体不锈钢产品中夹杂物的控制奠定基础。以S400低碳马氏体不锈钢中夹杂物为研究对象,通过高温共聚焦显微镜试验,以1、10、20和50 ℃/s的不同冷却速率对样品进行冷却,从而研究冷却速率对低碳马氏体不锈钢中夹杂物成分转变的影响。在钢的凝固和冷却过程中,夹杂物中Al
2
O
3
含量明显增加,CaO含量略有增加,而MgO和SiO
2
含量先增加后下降,凝固和冷却过程中温度变化引起的夹杂物与钢基体之间的热力学平衡移动是夹杂物成分转变的主要驱动力。冷却速率为50 ℃/s样品中的夹杂物主要成分为21%Al
2
O
3
-12％MgO-35%CaO-29%SiO
2
。随着冷却速率的降低,夹杂物平均成分中SiO
2
含量呈降低趋势,Al
2
O
3
含量逐渐增加。冷却速率越小,发生转变的有效反应时间就越长,最终夹杂物成分就越接近平衡态成分。当冷却速率较大时,低碳马氏体不锈钢很快从高温区域冷却至低温区域,夹杂物在有效反应时间内的保持时间更短,不利于元素在钢中的快速扩散,导致夹杂物成分发生的转变很小。
2024 Vol. 59 (1): 117-123 [
摘要
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53
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124
冯赞, 高海亮, 脱臣德, 王振
氮化物对齿条钢强度及冲击韧性的影响
钢锭冶炼齿条钢时,由于浇铸过程中吸氮,钢中的氮含量偏高,影响钢中固溶硼含量,降低了钢板淬透性,影响了钢板心部性能。为了提高钢锭轧制齿条钢的心部强韧性,通过添加铝或者钛元素消耗钢中的氮,确保钢板中有足够的固溶硼,提高钢板淬透性,增加钢板心部的回火索氏体比例。通过钢板性能与组织对比发现加铝和加钛均能提高钢板的淬透性和强度,加钛的钢板淬透性更好,强度更高,但是钢板的低温冲击吸收能量下降。分析钢板的冲击断口发现钢板中有大颗粒的TiN夹杂物,夹杂物与基体之间或者夹杂物本身就存在裂纹,成为冲击试验的裂纹源,降低了钢板的韧性。对比加铝与加钛钢板中尺寸为2 μm以上夹杂物,加钛钢中存在大量的大颗粒TiN夹杂,最大夹杂物尺寸超过15 μm,加铝钢板中仍有少量的TiN夹杂,但是TiN夹杂物数量和尺寸变小,同时AlN并未明显增加。对加铝钢板中铝元素与加钛钢板中钛元素进行原位分析对比,发现铝元素为心部负偏析,并且偏聚程度较低,钛元素为心部正偏析,并且钛元素的均匀性更差,存在局部偏聚。热力学计算表明,通过钛元素固氮时,将在凝固前沿析出TiN,析出温度较高;而采用铝固氮时,若铝的质量分数不小于0.08%,AlN在固态中析出,析出温度高于BN,能够保证钢板中的固溶硼含量,确保钢板的淬透性,并控制钢中TiN析出物的尺寸。
2024 Vol. 59 (1): 124-131 [
摘要
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50
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132
齐祥羽, 严玲, 杜林秀
煤矿液压支架用高强钢的焊接性能
为了实现Q550D高强度中厚板的高质量焊接,从而促进其在煤矿液压支架领域的推广应用,采用CO
2
半自动气体保护焊对煤矿液压支架用550 MPa级高强度中厚板进行了焊接试验,采用金相显微镜观察了焊接接头的显微组织,采用电子背散射技术和透射电子显微镜观察了焊接接头粗晶区的晶体学特征和精细形貌,采用拉伸和冲击试验机测定了焊接接头的综合力学性能。结果表明,焊接接头的屈服强度为655 MPa、抗拉强度为747 MPa、断后伸长率为18.5%,在母材处发生断裂;焊缝、熔合线、熔合线向外1 mm、熔合线向外3 mm和熔合线向外5 mm处的-20 ℃冲击吸收功分别为82、113、106、124和159 J;焊缝、粗晶区、细晶区、临界区和母材各区域的平均硬度值分别为294.07HV、293.18HV、264.67HV、275.02HV和278.49HV。与母材相比,焊缝和粗晶区为局部硬化区,硬化率分别为5.59%和5.27%,细晶区和临界区分别为局部软化区,软化率分别为4.96%和1.25%。高位错密度的针状铁素体板条纵横交错、彼此咬合,可有效阻碍裂纹的扩展,从而改善了粗晶区的力学性能;粗晶区原奥氏体晶粒内部生成的粒状贝氏体、条状贝氏体和针状铁素体的大角晶界比例为72.12%、平均等效亚晶粒尺寸为1.28 μm,高比例大角晶界和小尺寸等效亚晶粒可有效抵抗解理裂纹扩展,是试验钢焊接接头低温冲击韧性优异的主要原因。
2024 Vol. 59 (1): 132-138 [
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139
杨宏略, 肖志霞, 冯建航, 陈佳崎, 陈兴富, 刘杰兵, 石立勇
孕育处理和保温时间对高镍铬组织和性能影响
高镍铬铸铁组织中石墨和共晶碳化物的合理匹配,可使高镍铬轧离心复合轧辊具有优异的强度和硬度以及良好的抗热冲击和热裂性。然而当孕育不合理时,碳化物和石墨不仅不会得到有效改善,甚至会形成夹杂物恶化材料性能;同时,在轧辊生产过程中,因铁水冶炼工艺和浇铸工艺的不稳定,导致冶炼后期铁水在中间包中保温时间存在不确定性。基于此,研究了高镍铬铸铁在熔炼后期分别保温3、5和7 h,以及浇注前分别添加质量分数为0.4%、0.8%、1.2%的硅铁孕育剂后,铸态组织中的碳化物和石墨变化机制,比较了不同保温时间和孕育处理对铸铁材料硬度的影响规律。结果表明,随着保温时间的延长,高镍铬铸铁组织中的石墨平均尺寸与体积分数增加,但数量密度减少,共晶碳化物出现明显细化且含量减少;保温3 h的样品经孕育处理后,能够有效促进石墨形核,但延长保温时间后即使提高孕育剂加入量,石墨平均尺寸和数量密度也无明显改善;保温低于5 h时,孕育处理可使共晶碳化物含量减少,但延长保温时间后孕育处理使共晶碳化物含量增加。随着保温时间延长,高镍铬铸铁的硬度逐渐降低;当保温时间大于5 h时,经孕育处理的样品的硬度能提高16HRC。研究表明,在高镍铬铸铁熔炼过程中,保温时间应控制在3 h内,保温过长会导致石墨过度长大并降低石墨数量,此时仍可通过添加质量分数为0.4%~1.2%的孕育剂来增加石墨数量,但保温超过5 h后即使添加孕育剂也无法有效提高石墨数量。
2024 Vol. 59 (1): 139-147 [
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金贺荣, 沈晓龙, 冯康康, 张彪, 宜亚丽, 赵丁选
层间残余应力对带夹层复合板组织性能影响
利用层间真空涂覆技术在不锈钢复合板间添加充型夹层会产生层间残余应力,在后续热轧成形过程中可能受层间残余应力影响导致复合板组织与力学性能发生变化。不锈钢复合板层间残余应力由充型夹层凝固过程中层间热应力与相变应力共同作用产生,拟通过轧前热处理对层间残余应力进行消除,采用数值模拟与试验验证相结合的方法制定轧前热处理工艺,通过层间真空压差涂覆、轧前热处理及热轧试验制备消除与未消除层间残余应力的2种不锈钢复合板,利用金相观测、硬度测试、界面能谱扫描及拉伸、剪切等表征及性能测试试验分析层间残余应力对复合板组织性能的影响。研究结果表明,在保证基层、夹层、复层组织不变的情况下,消除层间残余应力的轧前处理工艺为加热至400 ℃,保温3.5 h,缓慢冷却;经过轧前处理,层间残余应力消减了96.3%;相较于未消除层间残余应力的复合板,消除层间残余应力复合板轧后夹层应力显著增强,晶粒细化81.7%,同时,消除层间残余应力能够提升复合板剪切强度13.3%、拉伸强度3.9%、断后伸长率4%及夹层界面显微硬度3.5%。研究内容通过消除层间残余应力提升了带充型夹层复合板的整体性能,可为相关铸造成型构件性能的提升提供理论指导,为工艺进一步推广应用拓展了新思路。
2024 Vol. 59 (1): 148-156 [
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环保与能源
157
吕为建, 王龙, 张浩, 李宗续, 王玲, 李富平
钢铁冶金尘泥提锌工艺的研究进展
钢铁冶金尘泥是钢铁冶炼环节的副产物,其中含有一定量的金属锌资源,采取合理工艺提取钢铁尘泥中的锌,不仅可以降低环境污染,减少锌对冶炼环节的不利影响,促进钢铁企业绿色生产,也可以增加锌资源量。在总结钢铁冶金尘泥的来源、化学成分和物相组成基础上,总结了钢铁冶金尘泥中锌资源的利用现状及处理技术,详细阐述了物理法、火法、湿法、低共熔溶剂浸出法、超声法、微波法、生物法等提锌工艺原理及优缺点。物理法处理具有工艺操作简单、投资和运行成本较低等优点,但处理效率普遍不高,一般只作为火法和湿法工艺的预处理工艺;火法工艺虽然可以大量处理冶金尘泥,但得到的产物纯度不高,存在着高污染和高能耗等问题;与火法工艺相比,湿法工艺需要的资金较少,环境效益更高,具有更高的选择性,更低的能耗和更少的有害气体排放等优点,但也存在着浸出剂浓度高、反应速度慢、设备腐蚀严重等不足。低共熔溶剂浸出法、超声法,生物法等新兴工艺较传统工艺在提锌方面具有一定的优势,但在实际应用中,同样存在一些问题需要完善,有待进一步推广应用。实现新兴提锌工艺与传统处理工艺的有效结合,研发更清洁、更环保的高效提锌工艺是未来钢铁冶金尘泥资源化利用的重要发展方向。
2024 Vol. 59 (1): 157-167 [
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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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