2020年, 第32卷, 第3期　刊出日期：2020-03-30

  

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综合论述
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  高强韧水电站用钢的生产现状及发展趋势

  冯路路1,2，吴开明1,3，余宏伟4，赵华中5

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 175-185. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190254

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  摘要：概述了近些年来水电站用钢的国内外的生产现状，分析了水电站用钢生产工艺与微观组织之间的关系，认为不同的热处理工艺均能生产出以低碳贝氏体组织为主的钢材；讨论了低碳贝氏体强韧化机制与力学性能之间的关系，碳化物的弥散析出是其主要的强化机制，不同形状的铁素体基体在钢板承受冲击载荷时起到吸收能量的作用是其韧化机制。同时指出了水电站用钢生产过程中的不足主要是产品抗拉强度和-50℃低温冲击韧性值波动较大，超厚规格钢板厚度方向的性能均匀性需要进一步改进。最后指出了水电站用钢的发展趋势，一是需要开发更加优异的热处理生产技术来获得具有更高强度和更高韧性匹配的贝氏体钢，二是需要研究更加优异的轧制技术来细化超特厚钢板厚度1/2处的晶粒和开发优异淬火技术来提高超特厚钢板厚度1/2处的淬透性，最后需要开发先进的热处理回火设备配合优异的工艺来控制回火过程中碳化物的尺寸和分布，通过第二相和基体的协同作用使钢材具备更优异的力学性能。
冶炼与加工
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  不同生物质还原氧化铁的特性

  魏汝飞1，周笛1，徐春保1,2，龙红明1，徐锟3，李家新1

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 186-194. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190175

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  摘要：以木屑、玉米秸秆、咖啡废渣和水解木质素4种生物质为还原剂，采用TGFTIR联用、XRD、SEM等方法分析了各物质的化学成分及官能团构成，研究了不同生物质中碳和氢对氧化铁的还原反应特性。研究表明，生物质还原氧化铁的作用由气体和固定碳决定，其中气基还原的特征温度为806～822K，碳还原的特征温度为1116～1132K。4种生物质中，碳还原氧化铁的能力由强到弱依次是木屑>水解木质素>咖啡废渣>玉米秸秆，氢还原能力大小则为玉米秸秆>咖啡废渣>木屑>水解木质素。
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  LF精炼渣碳酸化过程Ca赋存状态转变

  杜昀聪1，伊元荣1,2，3，白书齐1，马忠乐1，方明航1，马文青1

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 195-203. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190161

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  摘要：为提高LF精炼渣资源化利用效率，对精炼渣碳酸化过程中Ca赋存状态转变进行了研究。通过碳酸化实验确定了温度为20℃,液固比为5,通气量为600mL/min,转速为700rad/min，粒径小于88μm时碳酸化效果最好，并探究了不同pH条件下Ca2+、HCO-3、CO2-3的浓度变化。在此基础上，利用XRD、SEM、TG-DTA、FT-IR等方法对碳酸化前后精炼渣进行了表征分析。XRD分析表明，f-CaO、Ca2SiO4、Ca3Al2(SiO4)3衍射峰强度减弱，碳酸化后主要产物为CaCO3；DG-DTA分析表明，碳酸化产物在600～800℃失重率达1335%；SEM分析表明，生成的CaCO3颗粒聚集附着在精炼渣颗粒表面；FT-IR表明，碳酸化后产生大量碳酸盐，并多为方解石晶型。
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  SiO2、Na2CO3对预还原烧结过程中气化脱磷的影响

  赵东，张婧，罗果萍，陈衍彪，张翔

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 204-211. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190166

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  摘要：白云鄂博铁精矿磷含量较高为0.08%（质量分数），且磷元素主要以氟磷灰石的形式存在。基于前期白云鄂博矿磷的赋存状态及白云鄂博矿预还原烧结工艺对脱磷影响的研究，同时为了开发利用其他中、高磷铁矿，研究了白云鄂博铁精矿预还原烧结过程中磷的气化脱除机制。利用FactSage热力学软件、XRD、SEMEDS对比分析不同SiO2、Na2CO3添加量对预还原烧结过程中气化脱磷率、金属化率以及物相转变的影响。结果表明：最佳的SiO2、Na2CO3添加量（质量分数）分别为3%、1%，对应的脱磷率为31%，金属化率为96%，实现了预还原烧结过程中磷的有效脱除，进一步明确预还原烧结脱磷机制，为以后中、高磷铁矿脱磷的研究指明了方向。
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  高硅镁质熔剂性球团成球过程及冷态性能实验

  王晓磊1，师学峰1，胡长庆1，王新东2，胡启辰2

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 212-219. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190136

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  摘要：生球质量的好坏是直接关系到企业是否顺利生产高质量熔剂性球团的前提。为探明SiO2、碱度及MgO含量对生球性能的影响规律，以唐钢生产所用3种磁铁矿为原料，通过添加生石灰调节碱度，添加白云石调节MgO含量，配比3种铁矿粉调节SiO2含量，进行了造球及生球冷态性能的试验。研究发现，无论是改变SiO2、碱度还是MgO含量，其生球适宜水分基本都保持在8%～9%（质量分数）之间。生球的成球率维持在90%以上，成球率良好。生球的抗压强度、落下强度的大小以及爆裂温度的高低,主要受铁矿粉及熔剂的粒度组成、物理性能以及生球适宜水分大小的影响。
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  高炉无钟炉顶设备布料偏析现象

  马洪佑，张建良，王振阳，张磊

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 220-226. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190173

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  摘要：高炉布料制度能够调节煤气流，控制高炉顺行，在高炉生产中发挥重要作用。基于离散元方法对焦炭在高炉炉顶设备内的偏析行为进行模拟研究，主要针对串罐式无钟炉顶设备和并罐式无钟炉顶设备，并对其料罐和料面的模拟结果进行讨论。模拟结果表明：由于渗透作用，焦炭颗粒在料罐内会发生偏析，串罐和并罐罐体结构不同，其偏析现象亦不同；焦炭颗粒运动到溜槽时，由于溜槽的旋转，料流轨迹会发生变化、焦炭在下降过程中存在一定距离的偏移；并罐式布料器由于料罐重心与高炉中心线不重合，焦炭在料面上的质量偏析现象比串罐式严重。在无钟式炉顶布料器布料过程中，炉料的偏析现象直接影响煤气流在高炉内部的分布，当大颗粒集中在炉喉中心时，中心透气性好，中心煤气流得到发展。反之，中心煤气流受到抑制，边缘煤气流得到发展。
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  轧辊装配精度量化模型

  李洋龙1，雷振尧2，龚波1，陈飞1

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 227-233. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190189

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  摘要：热轧和冷轧产线轧辊的装配精度对轧机刚度对称性和轧制稳定性都具有十分重要的影响。轧辊的空间检测目前广泛采用激光跟踪仪进行测量，但仍缺乏一套有效的、系统性的模型来分析轧辊装配精度。建立了轧辊装配精度的数学模型，利用最小二乘法拟合衬板面及轧辊轴向中心线，提出了计算轧辊衬板的空间位置（对中值和开档值）及倾斜状态的定量方法。通过激光跟踪仪检测的真实轧辊数据验证了该模型，模型计算结果与以往采用的空间分析软件处理结果一致，二者相对偏差小于0.03%，进一步分析了该轧辊各衬板的对中值和开档值及倾斜状态，基于该模型开发的应用软件降低了以往检测数据处理的难度，提高了轧辊装配精度定量化分析的效率和能力，具有一定的现场应用价值。
材料研究
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  MgO涂层对Hi-B钢织构与抑制剂的影响

  范成伟，贾涓，黄咸波，程朝阳，宋新莉

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 234-241. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190168

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  摘要：研究了MgO涂层对Hi-B钢高温退火过程中组织织构与抑制剂的影响。借助磁性能测试仪测试其磁性能，使用金相显微镜（OM）观察试样组织，借助扫描电子显微镜（SEM）和EBSD技术进行抑制剂观察和织构检测，利用投射电子显微镜（TEM）及能谱仪（EDS）进行能谱分析。结果表明：氧化镁涂层能延缓抑制剂粒子的分解，保持较高的粒子分布密度，进而抑制初次再结晶晶粒的粗化，提高二次再结晶的开始温度。另一方面涂层能影响二次再结晶过程。无涂层样品与氢气直接接触，较多接近{110}面织构而与〈001〉晶向偏差较大的晶粒发生了异常长大，导致二次再结晶晶粒数量更多，尺寸更小且Goss织构比较散漫。有涂层样品Goss织构更加锋锐且磁性能更优。
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  镍铬轴承合金固溶时效态组织特征与力学性能

  杨晨星1,2，吴志伟1,2，杨卯生2，赵昆渝1

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 242-252. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190046

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  摘要：研究了00Cr40Ni55Al3Ti轴承合金固溶态和时效态的组织特征及硬度变化规律。结果表明：随着固溶温度的升高，α-Cr相析出数量呈下降趋势，在1200℃时α-Cr相尺寸最小，面积分数仅为8.45%；高于1200℃时，α-Cr相尺寸逐渐增大，数量减少。固溶处理后冷却速度越快，α-Cr相析出数量越少，硬度降低；固溶温度在1190～1210℃之间以138℃/s进行冷却，经600℃×6h时效处理后，硬度超过59.7HRC，合金微观组织主要由球状α-Cr相和均匀片层组织及弥散分布其中的纳米级γ′相组成，硬度较为均匀。1200℃固溶处理以138℃/s进行冷却，经550℃保温6h后，00Cr40Ni55Al3Ti合金显微组织为球状αCr相、片层组织和非片层组织，非片层组织面积分数约为32.21%，片层组织硬度达703HV，非片层组织硬度为249HV；当时效温度为600和650℃时，时效时间在5～7h范围内，显微组织为均匀分布的片层组织和球状α-Cr相，硬度为676HV～712HV。00Cr40Ni55Al3Ti轴承合金在1190～1210℃之间进行固溶处理后快速冷却（冷却速度大于138℃/s），经600℃时效处理6h后，洛氏硬度可达到60HRC以上。
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  P91铁素体耐热钢细晶热影响区蠕变过程中组织演化

  刘源1，王琳宁2

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 253-257. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190155

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  摘要：高铬铁素体耐热钢存在的一个问题是其焊接试样的蠕变强度远低于母材，为了从组织演化角度分析其产生机制，对P91铁素体耐热钢焊接试样在600℃、100MPa应力条件下进行了中断蠕变试验，利用扫描电镜与EBSD对蠕变过程中不同区域的微观组织进行观察，分别计算不同区域的核心平均取向差（KAM），结果表明：细晶热影响区的KAM值随着蠕变时间的增加发生显著降低，蠕变断裂后与试验前相比下降约25%，而母材的KAM值虽然有所降低，但幅度远小于细晶热影响区。经过2000h蠕变试验后，在细晶热影响区已经形成大量的蠕变孔洞，而相同试验条件下母材中则没有观察到蠕变孔洞。上述结果表明细晶热影响区的高温组织稳定性明显劣于母材，而引起其组织劣化的原因可能与碳化物的析出行为有关。
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  回火处理对一种低碳贝氏体钢组织及低温韧性的影响

  甘贵平，叶姜，樊雷

  钢铁研究学报. 2020, 32(3): 258-264. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190199

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  摘要：对一种含硼的低碳贝氏体钢进行了不同工艺的回火处理，并通过室温拉伸、摆锤冲击实验和扫描电镜研究了回火处理对实验钢的晶粒尺寸、晶界比例、贝氏体板条块的演变及强韧性的影响。结果表明，回火处理可使实验钢屈服强度升高，低温韧性显著改善，高温回火后塑性提高。300T实验钢-20℃下断口为韧窝断裂和准解理组成的混合型断裂，而500T和650T实验钢断口为韧窝断裂，600℃出现回火脆性区间，韧性恶化，属混合型断裂。650T钢的低温韧性最优，较高的回火温度促进了小角度晶界的迁移、亚晶合并过程，亚板条块数量减少，大角度晶界的比例、数量提高，晶粒尺寸有效细化，同时单位面积内板条块数目显著增加，有效地钝化了裂纹，提高了低温韧性。