2018年, 第30卷, 第8期　刊出日期：2018-08-15

  

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综合论述
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  铁矿粉烧结过程建模与仿真研究现状

  刘代飞，曹海鹏，史先菊，李军

  . 2018, 30(8): 585-597. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20180145

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  铁矿烧结是高炉炼铁生产的重要环节，开展烧结过程建模、仿真与优化对提升烧结自动化水平，实现智能制造具有重要意义。阐述了铁矿粉烧结生产自动化建模与仿真的发展状况，从信息建模和智慧优化层面归纳总结了过程机理与特征信息的表征、数据驱动的融合和数值模拟的场态分析3类模型。结合烧结流程自动化，分析比较了系列方法的优势与局限，并指出了建模和仿真模型的应用发展趋势。面向国家2025智能制造战略需求，开展烧结过程建模与仿真的生产实践，积极推进烧结领域的智能制造。
冶炼与加工
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  含黑云母脉石铁精矿焙烧过程氟化物生成特性

  张芳，霍明鹤，罗果萍，安胜利

  . 2018, 30(8): 598-605. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170171

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  天然黑云母是白云鄂博铁精矿中含钾脉石的主要存在形式之一，焙烧过程会与其中的含氟脉石萤石形成氟化物，为了探明相关氟化物的逸出特性，针对天然黑云母、黑云母- CaF2、黑云母- CaF2- CaO体系，通过DTA- TG、XRD、SEM- EDS等分析方法研究了不同温度下，上述3种体系氟化物生成的热力学条件。结果表明，1150℃下天然黑云母完全分解，? 湮祥?2FeO·SiO2)和白榴石(K2O·Al2O3·4SiO2)，1250℃下只存在铁橄榄石一种矿物，其他成分均进入玻璃相中。黑云母- CaF2体系中的天然黑云母在1180℃分解并完全消失，生成辉石(CaO·Al2O3·SiO2)，1250℃时，中间产物辉石与CaF2结合生成枪晶石(3CaO·2SiO2·CaF2)，同时有SiF4逸出。黑云母- CaF2- CaO体系在950℃下生成枪晶石和钙铝黄长石(2CaO·Al2O3·SiO2)，直到温度升到1150℃，钙铝黄长石消失，枪晶石成为主要存在的矿物组成，1250℃下有SiF4逸出。
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  CO2气化反应本征反应速率常数测定计算新方法

  郭培民，赵沛，孔令兵，王磊

  . 2018, 30(8): 606-609. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170434

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  为了得到煤基铁还原过程的碳气化反应动力学本征动力学参数，根据煤对CO2化学反应性的国家标准测定方法特点，建立了CO2穿过煤层固定床气化转化动力学模型。根据此模型及煤对CO2化学反应性的国家标准测定结果，得到了气煤及兰炭的气化本征速率常数表达式。在此基础上又推导出煤基还原过程中以CO浓度为基准的碳气化反应及CO2转化动力学公式。
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  熔剂外裹强化微细精矿粉烧结技术

  贺淑珍，冯焕林，史永林，李强

  . 2018, 30(8): 610-617. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170430

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  微细精矿粉烧结具有使烧结料层透气性恶化、氧化性气氛差、烧结返矿率高、产量和质量指标变差、燃料消耗增加等问题。为了使微细精矿粉烧结的烧结矿产量和质量指标得到提升，满足超大型高炉的生产需要，进行了外配熔剂、燃料以强化烧结的实验研究。实验结果获得了生石灰、石灰石与焦粉外配的适宜比例，并对外配石灰石适宜粒度进行了选择优化，同时进行工业性生产试验，与实验室结果相近。优化的原料配比使烧结矿整体指标得到了改善，固体燃料消耗降低，有助于烧结节能减排。
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  KR法脱硫气液两相流的数值模拟与水模型试验

  张送来 ，郁青春 ，杨斌

  . 2018, 30(8): 618-624. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170428

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  采用CFD软件Fluent中标准k- 湍流模型和VOF多相流模型对KR法铁水脱硫过程中气液两相流进行了模拟，研究了搅拌器浸入深度与搅拌速度对漩涡和液相流场的影响，数值模拟结果与水模型试验结果基本吻合。研究结果表明：随着搅拌速度增加漩涡深度逐渐加大，搅拌器浸入过浅容易发生“卷气”现象；搅拌速度由120r/min增大到200r/min时，铁水平均速度增大约83%，铁水内部形成不规则流动，且轴向流动明显增强；搅拌器浸入深度为187. 5mm时，轴向上铁水平均速度差最大，为0. 132m/s，大速度差有利于脱硫剂的卷入；搅拌速度为160r/min时，高流速铁水所占体积比大。
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  薄壁管材多斜辊等曲率矫直工艺方案与实现

  张子骞，杨会林

  . 2018, 30(8): 625-632. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170409

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  针对薄壁管材在连续矫直过程中矫直方案与等曲率矫直辊弯曲半径难以定量确定的实际问题。基于多斜辊统一矫直机理与薄壁管材弹复方程建立了等曲率矫直辊统一曲率半径的判断方法，提出了最小统一曲率半径的搜索方法，针对不同初始弯曲程度的薄壁管材给出了具体矫直方案，其中对于无法一次统一的具有大初始变形的管材提出了先预弯曲再统一后矫直的方法，确定了薄壁管材可矫直判断条件，采用VB开发程序通过算例证明了上述方法的有效性，发现了若针对某一初始弯曲半径的统一曲率半径存在则其并不唯一必在一定范围之内，同时发现初始曲率半径在一定范围内的管材无法应用二斜辊实现曲率统一。
材料研究
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  微镁处理对车轮钢组织与性能的调控作用

  徐周，王德永，陈开来，屈天鹏，田俊

  . 2018, 30(8): 633-641. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170376

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  为揭示Mg在低碳微合金钢中的作用，以HR60车轮钢为研究对象，分别进行实验室感应炉试验和工业试验。采用OM、SEM- EDS和INCA定量统计等方法对比不同处理钢中典型夹杂物特征和微观组织形貌，并对试验钢的力学性能进行测定。结果表明：Mg处理后，钢中Al2O3夹杂变质为细小的MgO·Al2O3夹杂物，且含Mg夹杂物粒子可有效诱导针状铁素体形核，组织由“多边形铁素体(PF)+珠光体(P)”向“多边形铁素体(PF)+针状铁素体(AF)+退化珠光体(DP)”演变，组织得到细化；Mg处理后，车轮钢强度提高，工业试验钢中，Mg处理钢疲劳极限均大于460MPa，Ca处理钢疲劳极限在450MPa左右，Mg处理钢的疲劳寿命普遍优于Ca处理钢；实验室试验中，降低Nb、Ti含量，当钢中Mg的质量分数为18×10-6时，车轮钢的强度接近基准钢，认为利用Mg的微合金化作用来降低生产成本的方案具有可行性。
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  温轧及逆相变退火对中锰钢组织和力学性能的影响

  赵晓丽 ，张永健，黄海涛，惠卫军，王存宇，董瀚

  . 2018, 30(8): 642-649. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 200170395

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  采用单轴拉伸及TEM、XRD等实验方法分析研究了0. 1C- 5Mn中锰钢温轧后逆相变退火处理对其组织和性能的影响规律。结果表明：实验钢温轧后退火处理可获得等轴状与一定量板条状共存的奥氏体+铁素体的复合组织形貌。随着退火时间延长，逆? 浒率咸宓暮吭龆唷⒊叽缭龃螅馐沟冒率咸宓奈榷ㄐ灾鸾ソ档停估慷戎鸾ヌ岣撸慷取⑸斐ぢ始扒克芑蛑鸾ソ档停辉谕嘶鹗奔湮?min时，可获得高达40GPa·%的强塑积。与冷轧退火样相比，温轧退火样具有更为优异的塑性和强塑积，强塑积可提高20%以上。因此，温轧工艺具有简化中锰钢生产工艺流程、并进一步改善其力学性能的良好潜力。
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  1300MPa级超高强钢临界粗晶热影响区组织和韧性

  温长飞，邓想涛，王昭东，王国栋

  . 2018, 30(8): 650-656. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170383

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  通过焊接热模拟试验、冲击试验和显微组织观察分析，研究了二次热循环峰值温度（θp2）对1300MPa级低合金超高强钢临界粗晶热影响区（ICCGHAZ）的组织和冲击韧性的影响。结果表明，当θp2由720℃增加至800℃时，ICCGHAZ的-20℃冲击吸收功由21. 47J增加到76. 05J，裂纹形核功和扩展功均得到较大提高；θp2低于760℃时在原奥氏体晶界处形成的粗大的链状M- A组元，不但弱化晶界而且作为裂纹形核源是降低韧性的主要原因；θp2增加到800℃时所形成的M- A组元其内部结构呈板条状，晶内的板条马氏体回复程度增加，位错密度降低，碳化物尺寸减小，有利于提高韧性。
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  共析钢形变诱导珠光体相变及渗碳体动态球化

  胡晓，鲍思前，蔡珍 ，赵刚，刘兵兵，柯珊珊

  . 2018, 30(8): 657-665. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170316

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  利用热模拟压缩变形实验研究了共析钢过冷奥氏体形变诱导珠光体相变的组织演变规律，探讨了不同形变量、形变速率、形变温度对诱导珠光体相变的影响。结果表明，由于应力的施加使相变动力学提前，诱导相变能够迅速的在形变的过程中发生，不同形变条件下组织呈现出动态演变的规律。提高形变量，增加了组织内的位错密度和相变驱动力，加速了相变的发生和渗碳体球化的进程；对于扩散控制型相变，降低形变速率增长了形变作用时间，碳原子能够得到充分扩散，有利于得到球化组织；在A1～Ar1温度间变形，形变温度降低，过冷度增加，球化时间延长，得到的渗碳体颗粒更为细小。因此高形变量、低形变速率、低形变温度三者均有利于得到超细晶复相组织(α＋θ)。同时研究发现，在形变的过程中存在先共析铁素体沿奥氏体晶界形核析出。
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  析出相对高钴铬钼镍轴承齿轮钢抗氢脆性能的影响

  罗志强，杨卯生，李建新，严晓红

  . 2018, 30(8): 666-673. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170396

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  以高钴铬钼镍轴承齿轮钢为实验材料，通过TDS测试、慢应变速率拉伸、微观分析等实验方法系统研究了实验钢的氢致断裂过程。结果表明，充氢导致实验钢强塑性明显下降，钢中的氢大部分为可扩散氢，由较弱的氢陷阱控制。通过对比2种实验钢的晶粒尺寸、板条尺寸、残余奥氏体数量、位错密度、析出相等，分析得到对实验钢抗氢脆性能的主要影响因素为碳化物密度和分布，弥散分布的细小碳化物更有利于提高抗氢脆性能。实验得出韧脆临界充氢条件，推断出临界氢含量，为部件的高可靠性安全服役提供了参考。
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  氮化气氛对高温合金内生氮化处理的影响

  鞠泉 ，胡曼，张勇路，童金涛 ，马惠萍

  . 2018, 30(8): 674-678. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170346

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  在1150℃/20h氮化条件下对ВЖ155合金进行了不同气氛的内生氮化处理，研究了氮化气氛对氮化过程和氮化表面的影响。通过在氮气中混入H2和Ar来调整氮化气氛组成，并采用金相、XRD和扫描电镜等手段对氮化后表面产物和氮化层深度进行了表征。结果表明：高纯N2中微量残余氧将导致氮化后合金表面存在富Cr和Ti的氧化膜，但混入5%H2（体积分数）后可消除表面氧化物；当混合气体中N2含量较高时，合金表面存在富Cr和Ti的氮化物，随着气体中N2含量减少表面氮化物随之减少，当N2的体积分数低于40%时,表面氮化物基本消失，同时氮化层深度随N2含量增加而增加，表明氮化气氛对氮化速率具有重要影响。因此，采用40%N2+5%H2+55%Ar（体积分数）的氮化气氛组成可以实现抑制氮化表面氮化物和提高氮化速率2方面综合效果。