2020年, 第32卷, 第11期　刊出日期：2020-11-10

  

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综合论述
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  连铸过程中夹杂物去除数值模拟研究现状

  仇德金1，张朝晖1，冯璐2，吕明1,3，李新涛1，米小雨1

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 937-944. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200072

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  摘要：随着钢材质量要求的提高，连铸过程中夹杂物的控制已经成为了钢铁企业的重要课题。受限于现实条件及连铸过程的复杂性，数值模拟技术成为了研究连铸过程夹杂物行为的重要手段之一。结合数值模拟研究现状介绍了中间包内电磁技术、流动控制元件和底吹氩技术对夹杂物上浮去除的积极作用，发现夹杂物性质及非等温条件对夹杂物行为的影响还较少被研究；探讨了优化浸入式水口（SEN）和合理应用电磁技术对结晶器内夹杂物去除的重要影响，当前结晶器内的夹杂物模拟研究正在向微观层面进行过渡。连铸过程中夹杂物行为的数值模拟研究随着计算机技术的发展和数学模型的完善也在不断进步。
冶炼与加工
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  自旋转氧枪对熔池混匀时间影响的冷态模拟

  高琦，吴伟，赵进宣，张波，李相臣

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 945-950. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200119

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  摘要：针对传统氧枪对熔池搅拌能力有限，无法高效冶炼磷含量较高铁水的问题，设计一种新型自旋转氧枪，并建立了相应的冷态模拟系统，对比研究了自旋转氧枪与传统氧枪对熔池混匀时间的影响规律。结果表明，随着顶吹、底吹流量的提高以及枪位的下降，熔池混匀时间均缩短；自旋转氧枪对熔池的搅拌效果明显优于传统氧枪，熔池流场更加均匀；转速分别为0、3.14～5.23、7.33～9.42、11.51～13.61rad/s时，混匀时间分别降低12.0%、23.8%、24.4%、8.1%；能量密度的变化对混匀时间的影响小于传统氧枪。
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  260t转炉用新型双结构氧枪水模实验与工业应用

  刘广强1，张国新2，朱国强3，刘坤2，李绘祥2

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 951-957. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200055

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  摘要：为克服传统氧枪在转炉炼钢工艺技术中的局限性，利用水模型实验对不同结构的新型双结构氧枪与转炉熔池的作用过程进行研究，分析了新枪的大小孔倾角、大小孔流量比对冲击坑形态以及熔池搅拌强度的影响。结果表明：双结构氧枪与熔池作用形成的冲击坑独立较好；对比其他变量，小喷孔倾角对冲击坑直径的影响更大，大喷孔流量比对冲击坑深度以及熔池搅拌强度的影响更大。将双结构氧枪应用于260t转炉并统计110炉吹炼效果发现，双结构氧枪的平均吹氧时间比目前的5孔氧枪缩短了45s，平均供氧强度提高了0.16m3/(t·min)，平均钢铁料消耗降低了15kg/t，终渣成分和渣量与原5孔氧枪的差别不大。
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  钾长石对CO还原铁氧化物过程还原膨胀性的影响

  张芳，聂东娥，霍明鹤，王艺慈，罗果萍

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 958-967. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200068

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  摘要：包钢巴润矿具有粒度细、品位高、价格低廉、适合球团生产等特点，但该矿是一种典型的高碱负荷磁铁矿，其中碱金属含量较高。以揭示含钾脉石对铁氧化物还原膨胀性的影响为出发点，采用分阶段还原法，通过在线检测的方法研究了不同天然钾长石添加量对CO的Fe2O3→Fe3O4，Fe3O4→FeO以及FeO→Fe分阶段还原过程试样的线膨胀率进行了检测，并对各阶段还原产物的物相组成和显微结构采用XRD和SEM进行了分析。结果表明，试样在氧化焙烧过程中，天然钾长石中的钾长石熔化后形成玻璃相，SiO2以石英的形式析出。试样中天然钾长石质量分数从0增加到12%，在Fe2O3→Fe3O4还原阶段，其线性膨胀率从2.19%下降到2.11%，试样在焙烧过程中钾长石形成的渣相对Fe2O3还原膨胀性起到抑制作用；在Fe3O4→FeO还原阶段，其线性膨胀率从-0.51%增加到0.46%，钾长石引起Fe3O4晶格畸变，造成Fe3O4还原膨胀加剧；在FeO→Fe还原阶段，其线性膨胀率从-6.26%增加到-1.68%，天然钾长石中的SiO2与FeO结合形成铁橄榄石对FeO还原过程的铁相收缩起到抑制作用。因此，钾长石主要对CO还原Fe2O3的第Ⅰ和第Ⅱ阶段作用明显，SiO2主要对还原第Ⅲ阶段产生影响。
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  超纯铁素体不锈钢VOD脱碳模型研究

  王冠博1，成国光1，李璟宇1，阮强2，潘吉祥2，陈兴润2

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 968-976. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200089

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  摘要：为了实现对超纯铁素体不锈钢VOD精炼脱碳过程的动态即时预测及控制，以酒钢宏兴不锈钢分公司100 t VOD炉冶炼超纯铁素体不锈钢的过程为研究对象，从顶吹氧气的分配行为和CCr的竞争氧化出发，建立基于炉气分析技术的VOD动态脱碳模型，并在Matlab环境下开发相应的应用软件，得到全过程钢液成分、氧气分配比、温度等参数随时间的变化规律，对不同阶段的临界碳浓度给出估计范围。利用VOD出站成分以及精炼过程中CO/CO2的实际变化规律加以检验，与实际值吻合较好，较好地预测了实际变化趋势。
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  07MnNiMoDR板轧制热变形本构方程

  罗远1,2，庞玉华1,2，孙琦1,2，刘峰1,2，王海3，刘东3

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 977-983. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190256

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  摘要：利用 Gleeble-3500 热模拟实验机完成了07MnNiMoDR钢热等温平面应变压缩实验，获得了温度 900～1100℃、应变速率 0.01～1s-1、变形率45%等条件的高温流变行为，其中温度和应变速率对流变应力的影响明显。基于对Arrhenius 方程和 ZenerHollomon 参数的解析，获得了热变形激活能Q，确定了峰值应力本构模型；通过分析应力应变与位错的关系，获得了硬化率及Z参数等与应力之间的内在关联性，建立了加工硬化动态回复过程的流变应力模型；基于动态再结晶理论，采用Avrami模型计算了动态再结晶体积分数，获得Z参数计算方法，建立了动态再结晶过程的流变应力模型。利用所建立的本构模型完成了预测及对比分析，相关系数r为0.99，所建立的本构关系模型精度很高。
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  高温变形和过冷度对中碳钢贝氏体相变的影响

  陈光辉1，徐耀文1，刘曼1，陈振业2，徐光1

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 984-989. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190258

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  摘要：一般认为低温相变提高贝氏体相变量，而高温奥氏体预变形抑制贝氏体相变。通过热模拟实验膨胀曲线、扫描电镜微观组织和X射线衍射图谱等，研究了高温奥氏体预变形和过冷度对贝氏体相变和组织的综合影响。结果表明，高温变形对贝氏体相变的阻碍程度取决于相变温度，随着相变温度的升高，对贝氏体相变的阻碍作用逐渐减小。此外，无变形试样中，相变温度最低（300℃）时的贝氏体相变初始速率最大，而对于变形试样，相变温度最高（450℃）时贝氏体相变初始速率最大。同时，在同一相变温度下，由于高温变形导致过冷奥氏体的机械稳定化，变形试样中的马氏体/奥氏体组织比无变形试样粗大，且变形试样中残余奥氏体含量增加。
材料研究
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  奥氏体组织对低碳中锰钢冷弯性能的影响

  周松波1，胡锋1，吴亚杰1，万响亮1，吴开明1，谢兴2

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 990-999. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190250

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  摘要：采用冷弯直径0～60mm，弯曲角度180°，研究了20mm厚度低碳中锰钢的冷弯性能，冷弯后外表均无可见裂纹，判定合格。利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射（EBSD）、X射线衍射仪等手段分析了显微组织，尤其是奥氏体组织在冷弯过程中对冷弯性能的影响。结果表明，冷弯前显微组织由板条马氏体和奥氏体组成，其中原始奥氏体晶界明显；冷弯直径为0mm变形后，样品弧顶部分奥氏体的体积分数由12.3%降至1.1%，维氏硬度由295HV1增至364HV1，晶粒尺寸由4.07μm增至4.30μm。主要原因是在冷弯过程在中奥氏体组织发生塑性变形，奥氏体晶界变形消失，沿冷弯方向呈拉伸带状组织形貌，冷弯形变时奥氏体发生TRIP效应显著。
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  退火温度对双辊薄带连铸高强度无取向硅钢组织和性能的影响

  张兴海1，杨超2，贾宝瑞3，康春晓3，邢天庆3

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 1000-1005. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200030

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  摘要：研究了退火温度对双辊薄带连铸Si质量分数为3.2%的高强度无取向硅钢组织、织构和性能的影响。结果表明，700℃保温时试验钢开始发生再结晶；800℃保温时，试验钢已完全再结晶，平均晶粒尺寸为26.4μm；900和1000℃保温时，试验钢中的晶粒开始逐渐长大，平均晶粒尺寸分别长大到33.8和40.9μm，且900℃退火时晶粒组织最均匀。随着退火温度的升高，试验钢中有利织构组分λ织构逐渐增强，Goss织构则在900℃退火时强度最强。因此，试验钢在900℃退火时有利于兼顾磁性能和力学性能。
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  不同冶炼方法对扭杆弹簧钢超高周疲劳性能的影响

  李云昆1,2，尉文超2，何肖飞2，时捷2，王毛球2

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 1006-1013. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200005

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  摘要：以一种新型扭杆弹簧用高强钢（代号N1）为研究对象，采用真空自耗(VAR)和电渣重熔(ESR)冶炼方法制备得到2种实验钢（N1VAR、N1ESR）。研究了VAR、ESR冶炼方法对实验钢洁净度和超高周疲劳性能的影响。结果表明：采用电渣重熔工艺冶炼的N1ESR试验钢中氧的质量分数为9×10-6，而采用真空自耗冶炼工艺的N1VAR试验钢中氧的质量分数仅5×10-6，N1VAR中氧化物夹杂数量和尺寸减小，夹杂周围裂纹萌生驱动力减小，超高周疲劳强度较高，疲劳寿命增加。
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  600MPa抗震钢筋条带状异常组织的分析与控制

  杨伟勇，陈永峰，陶群南，王东兴，张洪彪，汪春梅

  钢铁研究学报. 2020, 32(11): 1014-1020. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200033

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  摘要：针对600MPa钢筋横截面心部附近出现明显的条带状异常组织，采用金相显微镜、SEM、EDS及维氏硬度方法对试样进行分析。结果表明：心部条带状异常组织为退化珠光体，该条带状组织主要由于冶炼工序的铸坯存在Mn元素偏析，并在后续轧制过程中形成的条状偏析带。针对上述情况，通过提高转炉出钢合金窄成分控制、采用高碱度大渣量、优化结晶器电磁搅拌参数、中间包低过热度及水口全程密封浇铸措施，有效改善了铸坯心部的元素偏析，避免了钢筋条带状异常组织的产生，提高了产品质量。