2020年, 第32卷, 第10期　刊出日期：2020-10-24

  

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综合论述
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  相场法在金属凝固过程的应用现状

  李磊基1，李万明1，陈明2，臧喜民1

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 847-859. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200079

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  摘要：相场法是在计算材料学中发展最快的一种强大的计算方法，以基本的热力学和动力学为输入，可用于模拟和预测材料的介观尺度形貌和微观结构的演变。首先总结了相场模型的历史发展、物理基础、数学表达及其数值求解，其次分析了相场法在纯物质、二元合金、多组分系统以及定向凝固、增材制造等领域中的应用情况，最后对相场法进行了总结及展望，并指出相场法发展应趋向于超大尺度相场模拟技术，更高效算法的开发，相场模型与热力学、动力学数据库的结合，工业应用的探索以及与实验观察技术的进一步结合。
冶炼与加工
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  烧结混匀料液相生成行为对烧结矿质量的影响

  康健，宁晓钧，张建良，王耀祖，王桂林，刘征建

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 860-867. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200045

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  摘要：为探究烧结混匀料液相生成行为对烧结矿质量的影响，针对不同矿粉配比条件下混匀料的基础特性进行烧结杯实验。通过SEMEDS、荷重软化熔滴实验等性能测定实验，研究了混匀料液相生成行为对烧结矿矿相结构、技术经济指标与冶金性能的影响。实验结果表明，矿粉配比对混匀料液相生成行为有影响，进而影响烧结矿质量。混匀料液相流动性指数越高，烧结矿越容易形成大孔薄壁结构，导致强度越差。烧结矿转鼓指数随混匀料同化温度的升高呈先降低后升高的趋势，与混匀料液相流动性指数呈负相关关系，混匀料液相流动性指数从4.67升高到5.53，烧结矿转鼓指数从73.33%降低至68.00%。混匀料的液相流动性指数越高，烧结矿低温还原粉化性能越差。当混匀料同化温度为1296℃，液相流动性指数为4.69时，烧结矿还原度最高达到83.67%，此时烧结矿的软化区间最窄。
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  转炉复吹用等截面有摩擦绝热管流属性研究

  杨文远1，李林2，彭小艳2，王明林3，高飞2，张彦祥2

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 868-878. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190287

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  摘要：为了优化氧气转炉复吹技术，有必要了解等截面管有摩擦绝热流的空气动力学性质。采用钢管束测量气流的关键参数(压力P、流量Q和推力F等），结合理论分析，得到表征沿管道流动方向和管道出口的有摩擦绝热管流的性质的数据（马赫数M、速度V、温度T、密度ρ、弗鲁德准数Fr、熵增ΔS、喷吹效率η和边界层厚度δ等）。测量的主要参数和所用钢管可满足转炉透气砖的设计。研究底吹气流与熔池作用和制定复吹工艺制度，为发展复吹技术提供了必要的基础数据。本实验是国内首次系统、全面地对透气砖用等截面管有摩擦绝热流进行研究，所采用的管束方法可以简化实验设备和减少测试数据的系统误差。同时提出了根据钢管尺寸和等截面绝热流的喷吹效率来计算边界层厚度的公式。
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  伴有Marangoni效应的渣/金熔滴融合行为的数值模拟

  王计敏，孙同琛，雷宁，赵仁杰，舒兴奥

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 879-884. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200053

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  摘要：以静止渣/金熔滴为对象，运用VOF方法考察熔滴相际间碰撞融合界面行为。当相同直径同种熔滴碰撞融合时，融合速度周期性振荡，不断衰减，并且随着熔滴直径的减小，振荡周期变短，振荡峰值降低。在相同直径不同种熔滴碰撞融合情形下，可观测到明显的Marangoni效应，表面张力梯度差的存在促使熔滴向表面张力小侧移动，且表面张力较大的熔滴位于表面张力较小的熔滴上，可为钢铁冶炼过程中的热质传递强化提供理论依据。
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  伴有Marangoni效应的渣/金熔滴融合行为的数值模拟

  王计敏，孙同琛，雷宁，赵仁杰，舒兴奥

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 885-891. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200053

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  摘要：以静止渣/金熔滴为对象，运用VOF方法考察熔滴相际间碰撞融合界面行为。当相同直径同种熔滴碰撞融合时，融合速度周期性振荡，不断衰减，并且随着熔滴直径的减小，振荡周期变短，振荡峰值降低。在相同直径不同种熔滴碰撞融合情形下，可观测到明显的Marangoni效应，表面张力梯度差的存在促使熔滴向表面张力小侧移动，且表面张力较大的熔滴位于表面张力较小的熔滴上，可为钢铁冶炼过程中的热质传递强化提供理论依据。
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  高碳铬钢凝固及热处理组织演变规律

  樊红亮1,2，曾清华1，赵爱民1

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 892-899. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200136

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  摘要：系统研究了高碳铬钢复合轧辊工作层材质在凝固及热处理过程的组织演变规律。利用ThermoCalc软件进行平衡相图计算，阐明了平衡凝固过程及冷却过程中碳化物析出行为。通过热膨胀仪精确测定了奥氏体化温度对合金相变点的影响，获得了珠光体等温转变动力学曲线。结合扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析，确定了热处理工艺对最终显微组织的影响，明确了凝固过程中形成的一次碳化物M7C3和二次碳化物对热处理组织的影响规律，为高碳铬钢复合轧辊工作层材料的实际热处理工艺制定提供理论依据。
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  不同RH脱氧方式对含铝电工钢的影响

  郑庆，隋亚飞，刘红军，刘彭，李慈颖

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 900-908. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200044

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  摘要：研究了RH脱氧方式（铝脱氧,先铝后硅；硅脱氧，先硅后铝）对含铝电工钢洁净度、渣成分、夹杂物演变及连铸过程的影响。2种脱氧方式下钢包顶渣的氧化性相似，热力学计算表明硅脱氧的顶渣对铝酸盐夹杂物的吸收能力强于铝脱氧渣。铝脱氧钢中夹杂主要为Al2O3CaOCaS复合氧化物，硅脱氧钢中夹杂物主要是Al2O3。2种脱氧方式下，热轧钢卷中的典型夹杂物都是AlN、MnS和复合铝酸盐。由于脱氧方式和钢中N、S含量的差异，铝脱氧热轧卷中夹杂物的含量是硅脱氧的2～3倍，这与理论的预测结果完全吻合。由于钢液中Ca含量不同，硅脱氧的钢水在CSP连铸过程中会引起中包塞棒上涨，因此建议在传统的连铸工艺中采用硅脱氧，在CSP工艺中采用铝脱氧。
材料研究
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  温度和硫酸盐还原菌（SRB）协同作用下X80钢的腐蚀行为

  李昊宸1，谢飞1，齐季1，刘佳琪1，谢冰晰2，刘晋3

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 909-915. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190278

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  摘要：通过利用线性极化曲线，交流阻抗技术（EIS），并结合使用扫描电子显微镜观察研究了不同温度下SRB对X80管线钢在大港土壤模拟溶液中的腐蚀行为的影响，实验结果表明：SRB会加剧X80管线钢在大港土壤溶液中的腐蚀，当SRB活性受不同温度影响时，其对X80管线钢腐蚀行为产生不同影响。当外界环境温度为30℃时，SRB活性较强，生物膜中细胞密度高，其致密性增加，加速了金属的电化学腐蚀速率。当外界环境温度为50℃时，SRB的活性较低，在金属表面形成的生物膜致密性较差，此时在含SRB模拟溶液与无菌模拟溶液中，X80管线钢所呈现出的电化学腐蚀速率基本一致，且小于30℃时含SRB模拟溶液中的腐蚀速率。
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  高熵合金拉伸测试不确定性和力学性能表征

  徐庭栋，于鸿垚，王凯，郑宗文，甘斌

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 916-924. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190213

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  摘要：高熵合金的拉伸力学性能测试不确定性，使现行传统的拉伸(压缩)试验技术，不适合于高熵合金的力学性能测量。金属拉伸力学性能测试不确定性，是拉伸试验弹性变形阶段，张应力改变了被测金属原子水平上的微观结构引起的。在此弹性变形微观理论基础上，提出用“力学性能拉伸应变速率”曲线，表征高熵合金的原始力学性能，服役力学性能，以及加工变形力学性能。
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  32Cr3MoVE轴承钢旋弯疲劳特性及裂纹萌生扩展行为

  管晨冉1,2，杨卯生2，高鹏1

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 925-930. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190264

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  摘要：采用光滑漏斗状试样对32Cr3MoVE轴承钢进行旋转弯曲疲劳测试，研究了32Cr3MoVE轴承钢旋转弯曲疲劳性能及裂纹萌生扩展行为。采用升降法测得其疲劳极限为860MPa，疲劳断口SEM观察并统计破断试样结果表明：疲劳破坏68.7%是由于非金属夹杂起裂，18.8%由表面加工缺陷起裂，125%为表面粗糙度起裂。当加载应力低于980MPa时，疲劳断裂主要是由于内部非金属夹杂引起的，高于980MPa时，疲劳断裂主要是由于表面粗糙度引起的。表面加工缺陷和表面粗糙度引起的最大应力强度因子分别为3.05和2.97MPa·m1/2，容易引发疲劳裂纹。非金属夹杂物尺寸在5.30～5.90μm范围内，局部应力从859.35MPa升至977.75MPa时，疲劳寿命从1.96×105降低到1.58×105；非金属夹杂物局部应力在840～900MPa范围内，夹杂物尺寸从2.28μm升至5.83μm时，疲劳寿命从1.10×106降低到1.96×105。
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  形变对共析钢连续冷却过程中珠光体相变的影响

  蔡珍1,2，毛新平1,2，鲍思前1,3，赵刚1,3，胡晓1,3

  钢铁研究学报. 2020, 32(10): 931-936. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190221

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  摘要：为掌握形变对共析钢连续冷却过程中珠光体相变的影响，研究了共析钢在720～920℃温度范围内进行形变后，在连续冷却过程中奥氏体向珠光体相变的规律，建立了相变时的过冷度和珠光体片层间距的相互关系，并预测了试验钢的力学性能。结果表明：形变储存能促进共析钢在50℃/s高冷速下发生珠光体相变，形成片层间距为129～187 nm的超细片层珠光体，抗拉强度达到近1000MPa，且随着形变温度提高，形变储存能减小，珠光体相变温度降低，珠光体片层间距减小，屈服强度和抗拉强度提高。