2021年, 第33卷, 第3期　刊出日期：2021-03-20

  

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综合论述
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  炼钢转炉脱磷的研究进展及展望

  周朝刚1,2，胡锦榛1，艾立群1,2，王书桓1,2，杨会泽1，陈虎3

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 183-195. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200197

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  摘要：磷在钢中作为一种有害元素会危害钢材的塑性、韧性和可焊性等性能，如何高效地降低钢中的磷含量一直成为国内外钢铁企业的研究重点。总结并分析了转炉冶炼中造渣料、氧枪控制、底吹控制、冶炼温度和转炉渣成分对脱磷的影响，并以此为基础，对转炉脱磷技术的发展进行了展望，为钢铁企业的脱磷工艺提供理论依据和技术参考。
冶炼与加工
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  冶金尘泥含碳球团直接还原机制的试验研究

  何环宇1,2,3，刘虹灵1,2,3，崔一芳1,2,3，李杨1,2,3，丁娟1,2,3

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 196-201. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200147

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  摘要：以气固反应相继发生动力学模型为基础开展冶金尘泥含碳球团直接还原试验，考察还原速率、还原率以及还原气氛等表征还原特性的特征参数在整个还原过程的变化，研究冶金尘泥含碳球团的还原行为及过程的作用机制。结果表明：冶金尘泥含碳球团的还原过程由孕育启动期、快速反应期和反应结束期组成，反应进程快，3~5min就能达到碳气化和铁氧化物还原剧烈进行的温度。在1270℃以下，升高温度对含碳球团还原有明显加速作用，但进一步提高温度，球团n(C)/n(O)( (C、O摩尔比))及球团中碳的消耗对还原过程的影响更为显著，表现在最大还原速率维持时间延长，还原率大幅提高。碳气化反应是含碳球团还原过程最重要的环节，其反应生成的CO决定了铁氧化物还原反应物的供给速度。反应过程处于明显的还原性气氛中，气氛中CO2来自于部分CO的进一步氧化，其含量多少取决于气氛中CO的数量和反应的进程。
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  210t转炉底吹供气参数优化模拟研究

  汪成义1,2，吴巍2，姜周华1，杨利彬2，赵进宣2

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 202-208. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200143

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  摘要：为优化某厂210t转炉底吹供气效果，利用气液两相流相互作用数值模拟方法，研究了底吹元件数量、布置方式和供气强度变化对熔池搅拌效果的影响。通过对8支、10支、12支底吹元件数量下的作用效果分析，得出12支底吹元件布置在0.63D(D为熔池直径)的同心圆上时，熔池内钢液流动相对较稳定，“死区”比例最低，混匀时间最短。随着底吹强度增大，“死区”面积减少，混匀时间缩短，气流对炉底的侵蚀作用加剧。底吹强度为0.05m3/（min·t）时，“死区”比例为23.9%，底吹强度为0.10m3/（min·t）时，“死区”面积大幅降低，进一步提高至0.20m3/（min·t）时，“死区”比例降低至4.6%；当底吹强度增加至0.15m3/（min·t）时，熔池混匀时间大幅降低至30s，继续提高底吹强度，混匀时间降幅不大，将底吹强度控制在0.10~0.15m3/（min·t）之间比较合理。
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  离线烘烤钢包数量计算模型建立

  洪宇杰，杨建平，刘青，张江山，刘倩

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 209-216. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200137

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  摘要：为实现炼钢厂钢包使用数量的进一步优化控制，提出了离线烘烤钢包数量计算模型。以L炼钢厂为研究对象，解析钢包周转过程，根据实际运行情况，采用PlantSimulation仿真软件建立了钢包运行仿真模型。通过仿真实验分析了钢包寿命、离线烘烤周期、连铸浇注周期、浇次间隔时间、连浇炉数对离线烘烤钢包数量的影响，并将这些影响因素量化，用于离线烘烤钢包数量计算模型的建立。研究表明，使用离线烘烤钢包数量计算模型后，L炼钢厂每72h离线烘烤钢包数量由16个下降至7个，对炼钢厂优化生产运行具有重要的借鉴作用和参考价值。
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  连铸过程铸坯皮下裂纹的产生及控制

  党爱国1,2，崔娟2，李永超2

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 217-223. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200124

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  摘要：通过数值模拟的方法研究了典型大方坯（325mm×280mm）连铸过程中温度场和应力场分布，分析了铸坯皮下裂纹产生的原因和主要影响因素，制定了控制铸坯皮下裂纹的具体措施。结果表明：在连铸过程中铸坯的最大回温为121℃，二冷一区最高回热速率达到217.48℃/m，二冷二区最高回热速率达到131.95℃/m，其他各区回热速率都较低。温度回升后铸坯横断面距铸坯表面15~30mm处的最大应力应变值已经超过了钢的极限应力应变值，因此，二冷一区和二区温度回升是铸坯产生皮下裂纹的主要原因。增加二冷一区水量，将此水量在二冷三区和四区相应地减小，可以降低二冷一区回热速率，降低最大回热温度到88℃，控制铸坯皮下裂纹的产生。
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  低碳铝镇静钢转炉炼钢低温脱磷工艺

  杨柳，韦瑞宝，李健畅，韦军尤，陈永金，陈立鹏

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 224-232. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200118

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  摘要：对转炉脱磷进行热力学与动力学分析，介绍了低碳铝镇静钢转炉低温脱磷生产工艺，对该生产工艺过程参数进行了统计分析，并对过程炉渣进行了SEM、EDS、XRD分析。结果表明：通过降低平均出钢温度至1617℃，碱度控制在2.4~3.0，TFe质量分数控制在12%~15%，转炉后期脱磷效率大大加强，冶炼后期调渣后TSC阶段渣钢磷分配比在50~120之间，TSO阶段磷分配比在100~300之间。转炉终点炉渣中固磷矿相主要是15CaO·6SiO2·P2O5，其中P2O5主要集中在块状2CaO·SiO2~3CaO·SiO2相中，而针状FeMgMn的氧化物相中基本没有P2O5，冶炼后期通过适当延长低枪位大氧气流量冶炼时间来回收渣中部分铁，对脱磷影响不大。
材料研究
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  7%Cr管线钢在含有CO2盐溶液中的腐蚀行为研究

  顾洋，宋帅，武会宾，张志慧，张鹏程

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 233-239. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200179

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  摘要：利用失重法，结合显微形貌、能谱分析、X射线衍射、电化学测试等手段，分析了中铬钢在高温高压含有CO2的盐溶液环境中腐蚀的萌生与发展，以及热处理工艺对中Cr钢的耐蚀性能影响规律。结果显示：7%Cr（质量分数）钢在有CO2的盐溶液中的腐蚀以点蚀为开端，随后形成由Cr(OH)3和FeCO3组成的非晶态产物膜，产物膜外层有颗粒状FeCO3附着，随着Cr(OH)3的大量产生产物膜中部分FeCO3溶解，随后CaCO3沉淀填补了颗粒状FeCO3溶解后留下的空隙。热处理后淬火试样耐蚀性最好，正火次之，轧制试样最差。
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  合金碳化物M7C3的磁性与电子结构

  王雨1,2,3，侯廷平1,2,3，林恒福1,2,3，杨晓萍4,5，吴开明1,2,3

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 240-245. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200031

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  摘要：合金碳化物的析出行为决定了耐热钢在中、高温条件下的服役寿命。利用Diamond软件探索了合金碳化物M7C3(M=Fe,Cr)的晶体结构，并统计了M7C3中原子间的成键情况。同时，利用第一性原理计算其在0K、0Pa条件下M7C3中各原子的磁矩和电子结构。结果表明，M7C3中的Fe、C原子沿着〈001〉方向分层排列，且Fe原子沿着〈001〉方向构成了正方形、三角形、六角环；Fe—C键的键长越长，对应Fe原子的磁矩越大；态密度分布显示M7C3的磁矩贡献主要来自于Fe原子的d轨道，Fe原子d轨道与C原子的p轨道发生了杂化，形成了共价键、离子键，且M7C3具有金属性。Cr原子的自旋极化度小于Fe原子，所以Cr原子的加入使得M7C3的磁性减小。此研究有助于拓展碳化物的应用与控制技术，为碳化物的析出强化机制提供了理论基础。
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  GH4720Li合金中温区低周疲劳行为研究

  黄子琳1，安腾2，谷雨2，唐超2，曲敬龙2，杜金辉2

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 246-252. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200047

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  摘要：奥氏体沉淀强化GH4720Li合金用于制备航空发动机涡轮盘，其服役条件下的疲劳性能是当前研究的热点。研究了GH4720Li合金在中温区（450和550℃）不同应变条件下的低周疲劳行为。结果表明，GH4720Li合金的剪切模量和杨氏模量随着温度的升高而不断降低，但是中温区的抗拉强度和屈服强度不随温度而剧烈下降。GH4720Li合金的低周疲劳寿命随着应变值的升高而降低。在550℃/09%最大应变值时，疲劳寿命存在一个“平台”而表现出极大的分散性，当最大应变值低于“平台”时，低周疲劳寿命随温度升高而升高。GH4720Li合金疲劳寿命的“平台”现象是因为样品表面裂纹萌生和内部裂纹萌生2种断裂失效模式的竞争导致。
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  镁处理对海底管线钢氢致开裂敏感性和氢捕获效率影响

  郎丰军1,2,3，黄峰1,2，徐进桥3，岳江波3，黄先球3，刘静1,2

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 253-260. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200050

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  摘要：通过NACE TM 02842016标准试验和DavanathanStachurski双电解池氢渗透试验，评估和分析了不同镁添加量X70级别海底管线试验钢的氢致开裂（HIC）敏感性和氢捕获效率。结果表明，镁处理可以细化钢中夹杂物，形成以Ti2O3为主要成分的复合夹杂物。随着镁添加量的增加，试验钢的晶粒依次细化，虽然钢中夹杂物总数增多，但大尺寸夹杂物数量减少。镁处理是通过改变夹杂物数量、成分和尺寸分布从而改善其抗HIC敏感性的。在本试验范围内，镁添加量为0.003%（质量分数）的试验钢抗HIC性能最佳。
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  Cr含量对2.25Cr-1Mo钢蒸汽氧化性能的影响

  李晨光1,2，包汉生2，李莉1，白银2，张伟2，赵吉庆2

  钢铁研究学报. 2021, 33(3): 261-266. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200051

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  摘要：对第四代核电主体结构材料2.25Cr-1Mo钢中铬含量对蒸汽氧化性能的影响进行了研究。完成了500℃/0.1MPa下600h的高温蒸气氧化实验，并利用分析天平测量氧化增重，采用扫描电镜、X射线能谱和X射线衍射仪表征氧化膜的结构特征和物相。实验结果表明，Cr质量分数为1.99%和2.37%的实验钢氧化增重曲线都符合立方规律，氧化膜均为典型的双层结构；Cr质量分数为1.99%的实验钢氧化增重多，氧化膜外层孔洞较多，表面有裂纹；Cr质量分数为2.37%的实验钢具有更好的抗蒸汽氧化性能，可为冶炼目标成分控制提供参考。