2023年, 第35卷, 第11期　刊出日期：2023-11-20

  

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综合论述
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  高温熔体内固态物料熔解过程反应行为研究进展

  谭宇博1，刘旭2,张建良1，王桂林1，王耀祖3,4，刘征建1

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1319-1329. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230044

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  摘要：近年来，资源短缺和环保需求促使冶金、化工和材料领域出现了多种环保工艺，而固态物料在高温熔体内的熔解是熔融还原、渣中金属元素回收、金属化球团溶解等环保生产工艺的关键反应，可提高热量利用率、降低能耗并减小污染，但由于熔解反应速度过快、温度过高难以被直接观察。总结了高温熔体内固态物料熔解过程反应行为的研究方法和表征手段，研究方法主要分为圆柱旋转法、投入法、气体分析法等。通过测量圆柱直径（以及体积和质量）变化、观察反应物微观结构、分析反应尾气、测量渣相化学成分等方法表征反应速率、元素迁移、界面反应和反应程度等，并探究熔池温度、搅拌程度和预还原度等因素对熔解过程反应行为产生的影响。
冶炼与加工
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  基于EEMD-BAS-RBF的高炉煤气利用率预测

  靳亚涛1，张玉洁2，刘小杰2，李欣2，陈树军1，吕庆2

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1330-1338. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230030

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  摘要：随着人工智能的发展，通过数字赋能助力高炉智能化转型、实现“30·60”目标已经成为当前主要研究目标。作为高炉生产的重要指标之一，合理预测高炉煤气利用率变化行为有助于生产现场及时了解炉况运行状态和降低生产能耗。因此，提出了一种基于EEMD-BAS-RBF的高炉煤气利用率预测模型。首先，针对高炉数据存在时滞性长、异常值难以判断等特点，采用3σ准则(拉依达准则)、数据标准化处理以及工艺分析的方法完成了对样本数据的处理。其次，运用工艺与大数据技术互补选参的方式对模型的输入参数进行筛选，提高了模型输入变量的解释性。最后，在模态分解算法（EEMD）的基础上建立了天牛须搜索（BAS）优化RBF（Radial Basis Function）的BAS-RBF预测模型，并采用5个对比指标对该模型的模型预测能力进行了分析。分析结果显示，使用该模型对高炉煤气利用率的准确率高达87.55%。
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  顶底复吹转炉石灰溶解行为的数值模拟

  易礼伟1,2，田雨丰1,2，刘畅1,2，贺铸1,2，李光强1,2，王强1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1339-1348. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230032

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  摘要：为了分析和改善石灰加入转炉参与造渣脱磷后剩余自由氧化钙的问题，以某钢厂250t转炉为研究对象，基于稳定的底吹氩气、顶吹氧气的操作条件和炉内换热条件，建立了石灰溶解反应模型。与非等温非稳态计算得到的复吹转炉流场和温度场相耦合，以石灰在渣中的利用率、反应速率及自由氧化钙含量为指标分析不同粒径石灰在不同成分炉渣中的溶解反应效果。结果表明：石灰的反应速率随着石灰直径的增大而减小，8mm石灰在炉渣中的利用率最高，为86%；在编号为S3的炉渣中溶解后剩余自由氧化钙质量分数最低，约为9%，其余炉渣中自由氧化钙含量由低到高依次为S2、S1、S4。
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  基于计算机视觉和Re-Unet网络的烧结混合料粒度识别模型

  李福民1，侯炬才1，刘颂2，刘然1，刘连继3，吕庆1

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1347-1357. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230036

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  摘要：合理的烧结混合料粒度分布是影响烧结矿产量和质量的重要因素。对具有代表性的多批次烧结混合料颗粒图像，采用加权平均灰度处理、滤波降噪和直方图均衡化增强等技术进行了图像预处理，获得了构建混合料粒度识别模型所需的基础数据集。选用5种评价指标，对比分析了Pspnet、Mask-Rcnn、Deeplabv3+、Unet等语义分割网络模型的准确性，确定使用Re-Unet网络构建了烧结混合料粒度识别模型。通过跳连接方式优化网络结构降低特征损失，采用复合损失函数与自定义指标验证了模型的性能，应用可视化技术实现了烧结混合料粒度分布计算。测试结果表明，模型的输出结果与实际值误差小于2%，可用于对烧结混合料粒度的精准识别。
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  深度学习在转炉冶炼O2安全控制动态模型的应用和分析

  陈琛

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1358-1365. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230151

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  摘要：O2是钢铁企业冶炼过程中炼钢工序氧化脱碳反应的工艺原料，也是炼钢工序后续能源回收工序的重要安全指标成分。预测冶炼O2浓度的变化，可为高效管理炼钢工序以及提高能源回收安全性提供参考。为了更深入研究转炉冶炼脱碳反应过程的各冶炼调节参数和因数与转炉烟气中O2浓度的关系，提出兼顾经典热动力学和深度学习模型的方法，对转炉烟气中O2浓度的控制模型展开定性和定量分析研究。通过在中国北方某120t转炉工业平台获取的大量冶炼参数做模型训练研究，研究结果经统计学回测证明是一种较准确预测氧逃逸的模型。该方法为进一步完善安全生产和能源回收效率提供理论基础，平均绝对误差可以最低可降至5.1%，表明该算法能够替代副枪技术的部分检测功能，为研究提高转炉冶炼效率提供一种新的思路，进而助力企业在ESG投资策略的评价体系中胜出。
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  V微合金钢高温流变应力本构模型

  姜淇铭，李鑫，李韶文，曹光明，刘振宇

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1366-1374. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220434

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  摘要：利用DIL805A/D 变形热膨胀相变仪，设计了单道次热压缩实验，获得了V微合金化实验钢在变形温度1150~950℃和应变速率1~0.01s-1内的真应力-真应变曲线，分析了变形条件对峰值应力/应变等动态再结晶特征值的影响，并基于唯象型本构关系建立了3种高温流变应力模型。结果表明：相对于应变补偿Arrhenius模型和周纪华管克智模型，CingaraEbrahimi模型的精度最高，能够准确预测实验钢在不同变形条件下流变应力，对实际生产具有良好的指导作用。
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  冷连轧边降控制多机架工作辊端部辊形研究

  张建雷1，岳重祥1，毛观伟2，郝熙娟1

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1375-1383. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220423

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  摘要：冷连轧UCM机组通常采用S1/S2机架工作辊边部辊形设计提升轧机边降控制能力，从而改善硅钢横向厚差。然而UCM机组无工作辊窜辊功能，边降控制能力有限。为进一步提升轧机边降控制水平，将工作辊边部辊形设计应用至下游机架，同时要确保成品板形质量。结合金属横向流动规律对多机架辊形控制进行了研究，设计出“S1/S2双锥度辊形+S3/S4八次多项式辊形”组合。借助数值模拟技术建立关于无取向硅钢冷连轧的三维弹塑性有限元模型，模拟结果表明“双锥度辊形+八次多项式辊形”组合的边降及板形综合评价指标优于其他组合。将该辊形组合应用于工业现场试制，现场数据表明成品板形正常，同时调试卷横向厚差均值由6.4μm减小至5.9μm，横向厚差不大于7μm达标率由73%提升至82%，进一步验证了该组合可在稳定生产基础上进一步提升冷轧机边降控制能力。
材料研究
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  控轧控冷工艺对海洋高应变管线钢性能和组织的影响

  张帅1,2，任毅1,2，王爽1,2，高红1,2，付成哲1,2，王复越1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1384-1393. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220408

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  摘要：采用工业试验、性能检测、显微组织分析及原位拉伸等研究了控轧控冷工艺对海洋高应变管线钢力学性能、微观组织、析出相和塑性断裂的影响。结果表明，海洋高应变管线钢的微观组织主要是多边形铁素体和贝氏体。当精轧终止温度从780℃下降至750℃时，多边形铁素体体积分数增加约20%，析出相的数量明显增加，屈服强度降低，应变硬化指数和均匀伸长率升高。当轧后弛豫时间从30s增加至60s时，多边形铁素体体积分数增加约25%，10nm以下析出相明显增多，其对性能的影响与精轧终止温度下降时类似。终冷温度的降低使硬相组织从粒状贝氏体向板条贝氏体转变，抗拉强度升高，屈强比降低，而应变硬化指数和均匀伸长率变化不大。
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  电流密度对DH980高强钢氢扩散及氢脆行为的影响

  刘晨洋1，任英2，任强1，张立峰3

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1394-1401. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220414

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  摘要：在实验室研究钢的氢脆行为时的影响因素较多，而目前氢含量对氢脆敏感性的影响也并未有一致的结果，因此，通过电化学充氢、热脱氢分析、氢渗透实验和慢应变速率拉伸等实验，研究了电流密度对充氢含量及氢渗透行为的影响，氢含量对DH980高强钢氢脆敏感性和氢致裂纹形核及扩展的规律。结果表明，充氢后钢中的氢含量随着电流密度的增加而增加，且实验室充氢后钢吸附的氢大部分为可扩散氢；试样经预充氢，在慢应变速率拉伸的条件下，氢有足够的时间迁移至缺陷及应力集中的地方，导致钢的断裂强度和位移量明显下降。而钢的强度和位移量并不随着氢含量的增加而降低，在4mA/cm2进行电化学充氢时钢的力学性能最差，且断口形貌的裂纹源区由未充氢时的韧窝转变为穿晶断裂，并随着电流密度的增加逐渐转变为解理/准解理的形貌。另外，观察到氢致裂纹多形核在马氏体附近，并优先沿界面处扩展。
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  镍基合金N06625晶粒长大行为及微观组织形貌

  姚璐1，李玉贵2，宋耀辉1，李华英1，赵明1，孙浩松1

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1402-1410. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220419

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  摘要：对镍基合金N06625进行了固溶处理研究，固溶温度为1050~1190℃，保温时间10~70min，探究了固溶温度和保温时间对晶粒尺寸的影响。通过光学显微镜观察晶粒形貌，电子背散射衍射（EBSD）研究固溶温度对退火孪晶的影响。结果表明：当固溶温度超过1130℃时，晶粒尺寸开始显著增大，固溶温度超过1160℃时，晶粒粗化明显；随着温度的升高，Σ3晶界、Σ9晶界和Σ27晶界分数先增大后减小，且在1080℃下Σ3晶界、Σ9晶界和Σ27晶界分数均达到最大值。根据截线法计算晶粒尺寸，依据温度区间分段建立了Anelli型晶粒长大数学模型。模型预测结果与实验数据进行对比，该数学模型具有较高的预测精度，可为镍基合金N06625晶粒长大提供依据。
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  改进型H13钢的微观形貌及高温性能

  蒋沁洋，丁恒楠，罗锐，周易名，程晓农

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1411-1418. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220422

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  摘要：在H13钢成分的基础上，通过低Cr高Mo加W的改进思路制备出新型HBJ2钢，并与H13钢对比了回火后常温力学性能及高温性能，得到如下结论：HBJ2钢与H13钢经550℃回火后，强度、硬度相当；600℃回火后，HBJ2钢硬度提升至48.1HRC，较H13钢提高了16%，改进型HBJ2钢具有更优异的抗高温回火软化性能。HBJ2钢在400℃时，耐磨性优异，磨损失重仅为H13钢的4.6%，其原因主要是在此温度下HBJ2钢基体具有更高的强度、硬度，能有效地保护和支撑氧化膜。HBJ2钢在600℃时，耐磨性与H13钢相当，两者磨损机制均为氧化磨损与磨粒磨损相结合。高温磨损过程中，2种材料表面均出现了严重的氧化现象，但HBJ2钢中较低的Cr含量使其高温抗氧化性能降低，氧化物中含有更多Fe2O3，氧化更加严重。但由于HBJ2钢优异的抗回火软化性能，HBJ2钢基体在高温摩擦过程中仍保持较高的硬度，可以有效地支撑氧化膜。这使得HBJ2钢的表面氧化虽然更严重，但是其磨损失重与H13钢相当。
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  Si含量对Cr10铸铁组织、硬度和耐磨性的影响

  吴明春1，涂小慧1，王永喆1，姚永茂2，陈灿光2 ，桂劲松2

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1419-1429. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220418

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  摘要：采用光学显微镜、扫描电子显微镜、洛氏硬度计和RTec摩擦机等仪器研究了Si含量的变化对Cr10高铬铸铁显微组织，硬度和耐磨性的影响。结果表明，随着Si含量的增加，共晶碳化物含量增加，碳化物尺寸细化，硬度也随之提高。经油淬+低温回火后，铸铁表层的硬度和耐磨性随Si含量的增加而提升。然而随着Si含量的增加，铸铁的临界冷却速度逐渐增加，淬透性下降。2.7Si试样在距离淬火界面2mm处的硬度为62.6HRC，比0.8Si试样提高了1HRC。干滑动往复摩擦磨损试验表明：与0.8Si铸铁相比，2.7Si铸铁的平均磨损体积仅有0.1061mm3，磨损量减少了26.5%。
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  Nb和V微合金化对薄带铸轧高强钢相变行为的影响

  曹锐1，许帅1，高军恒1，冯庆晓2，刘志桥2，李化龙2

  钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1430-1440. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220413

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  摘要：薄带铸轧作为钢铁行业近终形制造技术的典型代表，钢液在浇铸阶段的凝固速度可达到102～104℃/s，铸带无需经历冷却再加热直接进行一道次热轧，因此合金元素大部分固溶于基体中，在微合金化技术方面有着广阔的应用前景。但目前对于薄带铸轧微合金钢的研究多集中于其团簇和析出行为，缺乏微合金元素对薄带铸轧相变行为的系统研究。以Q550-Nb和Q550-V为研究对象，通过连续冷却相变与等温相变2种实验，绘制了其静态CCT曲线，统计了不同条件下铁素体转变的体积分数，讨论了在薄带铸轧工艺下Q550-Nb和Q550-V两种实验钢的相变规律。结果表明，Q550-Nb比Q550-V更容易发生低温相变，Nb对铁素体相变的抑制作用更强；之后通过等温相变实验进一步证明了Q550-Nb的铁素体相变更为缓慢,主要由于Nb在两相界面偏聚的程度更强导致，限制了相界面迁移。通过TEM分析2种实验钢在等温过程中的相间析出行为，发现Q550-Nb相间析出的片间距比Q550-V更大，证明了Nb对相界面的拖曳作用更强。明确了2种微合金元素在薄带铸轧工艺中对相变的影响机制，为微合金化技术在薄带铸轧流程中的应用提供理论和技术支撑。