2022年, 第34卷, 第9期　刊出日期：2022-09-23

  

• 全选
  |

综合论述
• Select
  基于计算机视觉的烧结机尾断面图像研究进展

  熊大林1，张功辉2，余正伟1，陈良军1，张学锋2，龙红明1

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 869-883. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210183

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：烧结机尾的断面可以最直接地反映烧结过程控制与烧结矿质量的丰富信息。如何利用计算机视觉技术对机尾断面的特征进行提取，并实现烧结矿质量的精准预报和控制，是智慧烧结的重点研究内容之一。首先对烧结机尾断面图像的去噪、分割和特征提取等图像预处理方式进行了全面的对比和分析，然后从烧结矿FeO含量、烧结终点、转鼓强度、布料均匀性和烧结混合料水分等方面剖析了烧结机尾断面图像分析技术在烧结矿质量预报和控制方面的应用情况。另外，以烧结矿FeO含量预报为例，揭示了基于计算机视觉的烧结机尾断面图像研究的发展和演变规律，并指明了当前研究的不足以及未来的发展趋势。
• Select
  核级FeCrAl包壳材料研究进展

  邱国兴，韦旭立，缪德军，白冲，贺芸，李小明

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 884-894. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210342

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：日本福岛核电站泄漏事故暴露了锆合金易与水蒸气反应造成爆炸的缺陷，又将人们的视线拉回了各项性能较为均衡的FeCrAl合金。FeCrAl合金较锆合金具有更好的耐腐蚀性能，更能满足核反应堆高温水蒸气环境下的工作条件。为进一步保障核反应堆安全性，各国学者对FeCrAl合金的性能进行了大量研究。基于此，综述了FeCrAl合金腐蚀机制及其在高温蒸汽和高温水环境中的腐蚀行为；探讨了合金元素（稀土、Ti、Zr、Nb和Mo）、变形和热处理对合金力学性能的影响；总结了FeCrAl合金辐照性能和焊接性能的研究进展。最后指出了核级FeCrAl合金在研究中存在的不足及未来重点发展方向，为今后其他学者在该领域的研究提供参考。
• Select
  铁素体轧制关键技术与机制研究现状

  何国宁1，蒋波1，胡学文2，周乐育3，刘雅政1

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 895-906. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210394

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：铁素体轧制是控制精轧过程在铁素体范围内的板带热轧工艺，与传统的“热轧-冷轧-退火”工艺相比，可以实现“以热代冷”，显著节约成本。然而对于一些短流程生产工序，粗轧和精轧之间的高冷速会影响产品的尺寸和组织均匀性，尤其是两相区较宽的低碳钢，更难实现全铁素体区精轧。总结了板带铁素体轧制的相关研究工作，结合各企业铁素体轧制工艺的特点，提出了铁素体轧制工艺参数及组织性能控制目标。围绕铁素体轧制技术应用的几个关键问题展开分析讨论，重点讨论了两相区变形的软化机制及对织构的影响机制，为今后铁素体轧制关键技术的开发提供理论指导。
冶炼与加工
• Select
  机械活化条件下超细铁矿粉氢基还原特性及机制

  魏汝飞1，孟东祥1，龙红明1,2，郭培民3，李凯4,5，刘文斌4,5

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 907-915. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210311

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：通过热重法研究了不同机械活化程度的铁矿粉氢基还原特性，并分析和探讨了其还原反应机制。实验结果表明，机械活化对氢气还原铁矿粉有促进作用，机械活化时间越长，还原特征温度越低，还原反应所需的活化能也越低，但反应机制未发生变化，反应的限制性环节是其界面反应。机械活化明显影响到超细铁矿粉的逐级反应，对于未经活化的铁矿粉而言，逐级反应层次极不明显，而对于活化后铁矿粉的逐级反应层次随着活化时间的增加越发分明。
• Select
  镍基高温合金真空自耗数值模拟

  杨富仲1，张健2，张立峰3，周扬2，姜东滨1，任英1

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 916-924. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210206

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：基于某特钢厂生产过程，对镍基高温合金的真空自耗过程进行数值模拟，研究了不同电流强度、熔速和通入氦气对铸锭Nb元素宏观偏析、黑斑形成的影响规律。铸锭在顶部和1/4处产生较为严重的宏观偏析。随着熔炼电流强度增加，铸锭顶部的磁场增加，顶部宏观偏析和1/4处黑斑逐渐加重。随着熔速的增加，熔池深度增加，铸锭顶部的Nb元素偏析加重，铸锭1/4处黑斑增加。熔炼时通入氦气，铸锭冷却速率大幅度提高，铸锭的元素偏析程度和黑斑明显减少，且最大偏析部位向铸锭顶部移动。
• Select
  高炉炉缸碳源渗碳性能及动力学

  苏步新1，王钟议2，徐萌3，王翠4，温太阳3，张建良2

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 925-932. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220030

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：提高铁水碳饱和度，减弱侧壁炭砖侵蚀，实现炉缸长寿对高炉炼铁具有重要意义。利用静态法系统地研究了高炉系统中进入炉缸铁水的碳源的渗碳性能，并计算了表观反应速率常数K。研究结果表明，不同碳源的渗碳性能由强到弱为：NMA炭砖>碳棒>煤粉>焦炭>9RDN炭砖。碳源的渗碳性能随其石墨化程度的升高而降低。碳源中的灰分会极大影响其渗碳性能，但以团聚大颗粒形式存在的灰分并不能减弱其渗碳能力，同时Al2O3可明显降低碳源的渗碳速率。9RDN炭砖的渗碳性能低，预示着其可适应更加复杂的炉况条件。煤粉和焦炭渗碳性能偏差，煤粉以及炉料下行过程形成的焦粉进入炉缸会降低死料柱空隙度，造成炉缸不活跃，使得炉况波动频繁，并不利于死料柱渗碳和侧壁保护层的稳定。因此，要适当提升入炉焦炭粒度，增大风量，减弱未燃煤粉及焦粉对炉缸侧壁炭砖长寿的负面影响。
• Select
  电磁搅拌对304不锈钢电渣锭夹杂物的影响

  朱春丽，张龙飞，苏云龙，常立忠，施晓芳

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 933-943. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210332

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：通过自行设计的带电磁搅拌的电渣重熔炉，以304奥氏体不锈钢为研究对象，详细分析外加磁场对电渣锭夹杂物数量、大小以及类型的影响。采用氧氮氢分析仪检测氧、氮气体含量，采用扫描电镜观察夹杂物的形貌、组成，并采用ASPEX分析夹杂物的尺寸变化。结果表明，无论是否外加磁场，电渣锭中的氧含量都有所增加，从自耗电极中氧质量分数由23.7×10-6最高增至64.70×10-6；而相比于自耗电极，氮含量略微降低，其质量分数从675.5×10-6降低至659.33×10-6；无论是否加入磁场，电渣锭中的夹杂物种类并无变化，主要由Al2O3、MnS-Al2O3、Al-Si-O、Al-Ca-O、Al-Si-Ca-O、Al-Mg-O及其他夹杂物组成；在施加磁场后，电渣锭中的大颗粒夹杂物数量有所减少。外加磁场强度较小时并不能有效去除夹杂物，反而会增加夹杂物的数量，当磁感应强度为10mT时，夹杂物数量相比于未加磁场时增加了4260%，但是最大尺寸有所减小。
• Select
  喷吹天然气条件下高炉主要工艺参数的研究

  程相锋1，张福明2，青格勒1，徐萌1，张彦1

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 944-951. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210330

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：随着高炉喷吹天然气技术的应用推广，需要对天然气在高炉内的热力学行为及其操作参数的变化进行研究。利用热力学第二定律，分析了喷吹天然气在高炉内的热力学还原行为。并以物料平衡和热量平衡模型为基础，探讨了鼓风富氧、鼓风温度、鼓风湿度等工艺参量对喷吹天然气后高炉炉腹煤气量和风口回旋区理论燃烧温度的影响及其变化。利用高炉操作参数对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响结果进行线性回归，实现定量分析各因素之间的动态耦合效果。研究结果表明：天然气首先在高温下吸热裂解成CO和H2，有助于提高煤气中CO和H2的体积分数和还原势，促进间接还原反应的进行。高炉喷吹天然气导致炉腹煤气量快速升高，理论燃烧温度快速降低。鼓风湿度的变化对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响很大，富氧率其次。而风温变化潜力有限，对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响相对较小。
• Select
  基于大数据挖掘的低碳钢连铸工艺参数优化

  侯自兵1,2，柳前1,2，江少奇1,2，彭治强1,2，郭东伟1,2，文光华1,2

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 952-962. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210323

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：针对热轧卷表面缺陷，基于大数据挖掘技术中的神经网络预测模型，提出了一种优化连铸工艺参数的新方法(prediction model method，简称PMM)。PMM方法可以得到各连铸参数对表面缺陷发生可能性的多样本连续变化图，并以此得到对应影响规律、关键工艺参数及临界值。结果表明，吹氩参数中，保护氩气流量对低碳钢热轧卷表面缺陷影响最为明显且呈负相关关系，塞棒与水口位置的最佳吹氩流量分别为3.0和1.8L/min。结晶器热流参数中，内弧侧水流量影响最明显，各面水温差最佳范围为7~9℃，最佳进水温度在35℃附近。同时，表面缺陷发生可能性随拉速提高、板坯宽度、浇铸长度增加而增加明显，但随中间包钢水质量增加而逐渐降低。此外，对比发现浇铸速度、板坯宽度、保护氩气流量与结晶器冷却水流量等参数是影响热轧卷表面缺陷形成的关键连铸工艺参数，且缺陷发生可能性对结晶器冷却水总流量的波动最为灵敏，其临界下限值为8700L/min。
• Select
  中碳高硫易切削钢中Zr添加对MnS夹杂物形貌特征的影响

  鲁金龙1,2，成国光2，丘文生1，龙鹄1，刘春林1

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 963-972. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210306

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：为改善中碳高硫易切削钢中MnS夹杂物形貌特征，在2kg真空感应炉开展了钢中添加Zr金属的试验。利用SEM-EDS研究了不同Zr含量下钢中氧化物和硫化物的形貌特征，并利用Thermo-Calc软件分析了中碳高硫易切削钢中不同种类MnS的形成过程和机制。结果表明：不添加Zr元素的试验钢中，硫化物主要为簇状形貌的II类，以及少量大尺寸的I类，尺寸和空间分布都很不均匀。加了质量分数为0.0015%的Zr元素后，钢中硫化物基本上是以沿晶界分布的簇状形貌存在，复合硫化物占比只有0.1%。随着Zr质量分数进一步增加至0.0051%，钢中主要生成细小的、纯ZrO2氧化物粒子，为硫化物提供了大量形核核心，减弱了硫化物在晶界聚集的分布行为，提高了硫化物的分布均匀性。试验结果表明，高硫氧比条件下，同样可以利用钢中氧化物粒子改善MnS形貌，关键是得到细小尺寸、高效形核效果的第二相粒子。
• Select
  不同湍流模型在中间包钢液流动数值模拟中的适用性研究

  刘涛1，刘俊达2，陈永锋1，焦魁明1，左小坦1，伍东玲2

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 973-980. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001.0963-20210341

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：连铸中间包内部结构复杂，钢液流动状态多样，详尽准确的钢液流场信息是中间包控制和优化的前提。数值模拟方法已广泛应用于中间包内钢液流场研究，钢液流场的精确数值模拟离不开合适的湍流模型及相应的边界条件。基于CFD开源代码包OpenFOAM v8，分别应用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型3种湍流模型，对称面边界、自由滑移边界2种液面边界条件，对中间包流场进行了数值模拟。通过与文献中实验结果比较，发现采用SST k-ω模型可以成功预测RTD曲线的“双峰”，且响应时间、峰值时间与实验结果较为接近；应用SST k-ω模型时，将液面边界类型由自由滑移改为对称面，获得的示踪剂响应时间的误差由93.89%降低至8.35%以下，峰值时间的误差由100.78%降低至12.32%左右。因此，SST k-ω模型、对称面液面边界可以较好地描述中间包内钢液流动过程。
• Select
  自动轧管横向壁厚精度研究

  尹元德1,2，汪婷2，王纯凯3，郭照生3，李珺3，章明2

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 981-990. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210353

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：针对自动轧管机轧制薄壁不锈钢管中出现的严重横向壁厚不均问题，借助于三维有限元分析软件Simufact，对X10CrNiTi18不锈钢管典型规格112mm×4.5mm自动轧管过程进行数值模拟。研究了不同轧辊孔型结构参数、芯棒润滑状态、轧辊孔型磨损及穿孔毛管偏心对自动轧管横向壁厚精度的影响。结果表明：随着芯棒摩擦因数的增大，所轧荒管横向壁厚精度明显恶化；偏心毛管轧制所轧荒管依旧偏心，延伸轧制对穿孔毛管偏心壁厚纠偏能力有限；磨损的孔型修模后，采用负芯补轧制较增大芯棒直径轧制所轧荒管横向壁厚不均度增大；采用三段式圆弧孔型，所轧荒管横向平均壁厚更接近目标壁厚，横向壁厚不均度由原孔型的13.55%下降到9.94%，横向壁厚精度明显改善。
材料研究
• Select
  CaO-Al2O3-SiO2系渣中Al2O3含量对铝镁质浇注料侵蚀的影响

  蒋旭勇，黄奥，顾华志，付绿平，薛正良

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 991-998. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210317

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：钢中添加适量铝元素可以提高其韧性与耐腐蚀性，但在冶炼过程中会影响炉渣中Al2O3含量而改变其与现行铝镁质浇注料的界面反应，制约钢种冶炼及品质提升。因此，采用静态坩埚法开展铝镁质浇注料的抗CaO-Al2O3-SiO2渣蚀实验，并结合热力学模拟计算探究Al2O3含量（w(CaO)∶w(Al2O3)，C/A）变化对耐火材料渣蚀的影响规律，得到以下结论：随着熔渣中Al2O3含量的增加，铝镁质浇注料与熔渣反应界面越易形成更厚的高熔点隔离层，将耐火材料组分向熔渣中的直接溶解转变为间接溶解，有利于提升铝镁质浇注料的抗侵蚀性；当渣中的Al2O3质量分数在32%左右时，熔渣的侵蚀性总体较弱，但当渣中的Al2O3质量分数不小于36%时，熔渣对铝镁质浇注料产生了严重的渗透性，也易造成材料变质剥落。这为面向含铝钢冶炼用耐火材料的优化设计提供参考。
• Select
  Ce含量对U75V钢力学性能的影响

  任磊1,2，曹建强3，张海南1,2，杨吉春1,2，富晓阳1,2，张芳1，2

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 999-1008. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210321

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：利用真空感应炉冶炼了含有不同Ce含量的U75V钢，并对其进行热轧。借助Gleeble 1500型热压缩试验机、JB-300B型冲击试验机、HVS-1000硬度测试仪以及Stemi-508显微镜对实验钢的力学性能及显微组织进行了分析。结果表明，相同的压缩温度，由于加工硬化作用大于再结晶的软化作用，峰值应力随着压缩速率的增加而提升；相同的压缩速率，峰值应力随着压缩温度升高而降低。较高的变形温度有利于动态再结晶的发生，流变软化作用更加显著。添加微量稀土后实验钢峰值应力略微降低，由109.54MPa降至104.05MPa，降低了5%，说明添加微量稀土Ce后实验钢的塑性略微提升。随着压缩温度的提升添加多量稀土与微量稀土实验钢的峰值应力没有发生明显变化，即实验钢的塑性没有明显变化。未添加稀土时，当应变速率不变时，峰值应变随变形温度的升高而呈降低趋势。而添加稀土后，压缩温度为1050℃时峰值应变均延迟发生，说明添加稀土Ce改变了U75V钢动态再结晶的驱动力条件。添加稀土会使U75V钢的常温冲击性能降低，微量稀土可以一定程度地提升其低温（-20℃）冲击性能，但是添加过量稀土后实验钢的常温和低温冲击性能均会降低。原始U75V钢的硬度为948.8N/mm2，大大超出国标规定的硬度范围。添加质量分数为13×10-6的稀土Ce后硬度降低为368N/mm2，添加440×10-6稀土Ce后硬度进一步减小至327N/mm2。加入微量稀土元素后有助于U75V钢硬度降低至国标范围的中值。实验钢加入稀土元素，珠光体晶粒尺寸减小，粒状珠光体的数量减少，片状珠光体的数量增加，有利于提高实验钢的力学性能。
• Select
  原位生成多尺度增强相提高Al2O3-SiC-C浇注料的性能

  夏求林1，张美杰1，顾华志1，孙力1，向武国2

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 1009-1014. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210326

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：为了提高铁水预处理用耐火材料的物理性能和抗渣侵蚀性，在Al2O3-SiC-C耐火浇注料中引入不同含量的复合金属微粉(CMP)，研究了其对Al2O3-SiC-C耐火浇注料显微结构、物理性能和抗渣侵蚀性能的影响。结果表明：CMP的加入能够促进试样中形成片状晶体、棒状纤维、细丝状纤维和晶须等多尺度增强相；随着CMP的加入，试样的常温抗折强度和耐压强度提高，当CMP加入量为6%（质量分数）时，浇注料的高温抗折强度提高了231%，热震水冷5次后试样的抗折强度保持率达到23%，比空白样提高了77%，抗渣侵蚀面积减小了37.2%。
• Select
  淬火工艺对高速列车车轴用DZ2钢组织性能的影响

  陈双生1,2，曹燕光2，杨庚蔚1，李昭东2，丁灿灿2，郎童3

  钢铁研究学报. 2022, 34(9): 1015-1022. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210358

  摘要 ( )   可视化   收藏

  摘要：采用OM、SEM、EBSD、室温拉伸试验和低温冲击试验，揭示了淬火工艺对高速列车车轴用DZ2钢组织和性能的影响。研究结果表明，经850℃两次淬火和650℃回火后，DZ2钢获得了最佳的力学性能。抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和-40℃冲击吸收能量分别为874MPa、773MPa、24%和222J。该工艺条件下原始奥氏体晶粒、马氏体板条束和板条块最为细小，其尺寸分别为14.9、6.9和1.32μm，较经950℃淬火和650℃回火后的分别细化了14.3、5.2和0.35μm，可有效抑制裂纹的扩展，提高低温韧性，韧脆转变温度由-103℃显著降低至-136℃。