2023年, 第35卷, 第12期　刊出日期：2023-12-20

  

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综合论述
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  锰矿粉造块技术研究进展

  张嘉雯1，朱德庆1,2，蒋丽荣3，杨聪聪1,2，潘建1,2，农之建3

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1439-1450. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230058

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  摘要：锰是发展新兴工业所必需的原料，随着锰块矿资源的日益紧缺，高效利用锰矿粉及精矿资源对于降低铁合金生产成本、扩大原料来源具有重要意义。为了改善锰矿电炉冶炼效率，对入炉锰矿粉及精矿进行造块是必不可少的步骤之一。综述了锰矿粉3种主要造块方法及其研究进展，基于天然锰矿粉成分复杂且金属相与脉石矿物结合紧密的特点，对烧结法、球团法及压团法的原料要求、工艺特点、固结机制及产品性能进行了归纳和比较，认为人造富锰块矿入电炉冶炼可以大幅提高电炉冶炼效率。结合当前低碳减排的大背景，对今后锰矿粉造块工艺发展趋势进行了展望。
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  板带钢热浸镀锌铝镁技术的研究进展

  姚舜1,2，田耕1，马幸江3，周欢3，燕龙1，赵爱民1

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1451-1462. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230033

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  摘要：热浸镀是一种经济、高效的钢铁材料表面处理技术，其产品在钢材的防腐蚀、延长使用寿命和节能等方面起到十分重要的作用。随着科学技术的发展以及人类社会的进步，耐腐蚀性更高、经济性能更好的新型合金镀锌层、复合镀层成为研究和开发的重点。镀液中加入适量的Mg和Al元素后材料耐腐蚀性和耐损伤性更好，因此热浸镀锌铝镁技术得到广泛应用。分析了热浸镀锌技术的发展历程，总结了近几年锌铝镁镀层的成分和组织特征，阐述了镀锌过程中镀层的组织演变和凝固机制。对钢板表面与镀液之间的润湿性、界面反应和合金元素在界面层的扩散行为进行了分析，对热浸镀锌铝镁板的耐腐蚀性进行了总结，从而期望加快推进热浸镀锌铝镁技术在汽车等行业中的发展和应用。
冶炼与加工
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  含锌粉尘有机粘结剂团块干燥行为及热态失稳机制

  杨聪聪1,2，曲士娟1，朱德庆1,2，潘建1,2，曹志成3，吴佩佩3

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1463-1472. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230041

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  摘要：针对含锌粉尘压团工艺粘结剂耗量大、成本高，团块热稳定性差等问题，基于现场物料及配矿方案，通过动态干燥试验，研究了干燥参数对含锌粉尘干团块强度和干燥粉末量影响规律，并对含锌粉尘有机粘结剂团块热态失稳机制进行了探讨。试验结果表明，对以淀粉为粘结剂制备的含锌粉尘生团块，提高干燥风温和风速、延长干燥时间和增加料层高度均会降低干团块强度、增加干燥粉末量。主要原因是：有机粘结剂热稳定性差，高温易热解；含锌粉尘粒度细而分布窄，不利于团块内形成较合理的毛细管半径，也限制了颗粒间相互咬合和粘结力发展；部分高钙型含锌粉尘游离氧化钙含量高，易水化引起团块体积膨胀。生产中可通过开发和使用高热稳定性、低成本复合粘结剂，将含锌粉尘与粒度较粗、粒级较宽的原料优化配矿及对高钙型含锌粉尘进行提前消解等措施，以改善含锌粉尘团块性能。
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  烧结用小球团质量评价新方法研究

  杨永斌，王林，唐培垚，董寅瑞，李骞，姜涛

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1473-1482. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230059

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  摘要：伴随着更多的难制粒细粒铁精矿在烧结过程中的使用，多种新型的强化制粒方法被提出，造球是其中一种有效且重要的方法。相较于常规球团，这些烧结用球团通常粒径较小且工艺运行中的行为与常规球团不同，使用常规球团评价体系难以对其做出良好评价。分析了烧结用小球团在工艺运行过程中的受损情况，在常规球团质量评价体系的基础之上提出了由群料落下脱粉率、群料抗压脱粉率与干燥脱粉率组成的新型烧结用球团质量评价体系，并通过烧结工艺的特点和不同条件的测量实验，确定了恰当的测量参数。在与常规评价方法数据趋势高度吻合的前提下，新体系可以对烧结用小球团强度做出更精确、全面的评价，可以有效应用于小球团、烧结准颗粒的评价中，确保其强度达到工业要求水平，减少烧结工艺运行中粉料的产生。
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  基于在线动态废钢收得率的转炉能量模型研究与实践

  甘俊杰1，张立强1，龙海山2，夏金魁3，张本亮1,4，张超杰1

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1483-1495. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230048

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  摘要：针对转炉炼钢过程中铁水比降低导致炉内热源不足，需要加入发热剂用于平衡炉内热量收支的问题，为更精确地控制转炉内配加发热剂用量，利用物料平衡和热量平衡作为理论依据，构建了转炉能量模型，并提出一种基于动态循环寻优的废钢收得率自适应算法，同时采用历史炉次的终点命中情况作为动态反馈，以提高转炉能量模型的鲁棒性能和计算精度。本模型在某厂120t转炉的实际应用结果表明，在低铁耗下通过补加发热剂能够达到平衡转炉内热量收支的目的，平均每炉补加353.75kg焦丁和54.25kg硅铁，实现转炉平均废钢比由19.9%提升至22.0%。利用转炉能量模型控制发热剂加入量，能够在入炉原料成分、温度发生变化时，及时更新炉内热量收支平衡，从而合理化发热剂用量，提高废钢比，保证经济性和冶炼过程的稳定性，具有广泛的工业应用价值。
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  GCr15轴承钢不同二次氧化程度下的夹杂物演变规律

  徐建飞，王昆鹏，王郢，杨谱，朱稳超，刘盛

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1496-1504. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230011

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  摘要：为了研究二次氧化对轴承钢夹杂物影响，采用铁质取样器对RH破空后轴承钢钢水进行取样，同时取样前在不同铁质取样器中加入不同质量的铬质引流砂或FeO粉，以模拟钢水不同程度的氧化。研究结果表明，RH破空时钢中夹杂物以钙铝酸盐为主，当钢水发生轻微的氧化，总氧质量分数增加(0.3~1.0)×10-6，可以在钢中检测到许多MgO·Al2O3夹杂物；随着氧化程度的提高，还伴有CaO·6Al2O3和Al2O3夹杂物生成；当钢水总氧质量分数增加值超过6×10-6，夹杂物中MgO含量会随Al2O3夹杂物大量生成而显著降低，导致钢中检测不到MgO·Al2O3夹杂物。工业结果表明，浇铸过程中间包钢水总氧质量分数相比RH真空结束增加(0.3~1.5)×10-6，此时可以在中间包钢水中检测到许多MgO·Al2O3夹杂物，并且中间包浇铸区MgO·Al2O3夹杂物数量显著多于冲击区，说明浇铸区内钢水流动过程中发生的氧化是中间包钢水氧化的主要环节。
材料研究
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  回火温度对不同自回火程度的中碳马氏体钢组织和拉伸性能的影响

  刘志宇1，杨达朋1，易红亮1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1505-1516. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220433

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  摘要：为探究不同自回火程度的中碳马氏体钢在回火过程中的组织演化及其对材料力学性能的影响，采用水淬与油淬2种方式淬火，研究了2种自回火程度存在明显差异的马氏体组织在不同回火温度区间内的组织演化，并对比分析了2种淬火态及回火后板料的拉伸性能。结果表明：在淬火及低温回火过程中，马氏体组织内析出的ε-碳化物会明显改善材料的塑韧性。水淬马氏体组织中的ε-碳化物是在温度为200℃的回火过程中析出。油淬马氏体组织中的ε-碳化物则是在淬火过程中析出，而在低温回火过程中，淬火态组织中的亚稳ε-碳化物会发生分解。当回火温度为300和400℃时，2种淬火态组织的演化依次为残余奥氏体的分解以及渗碳体的形成，马氏体组织中的位错密度均逐渐降低。
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  C含量对Fe-30Mn-11Al-xC钢组织及热变形行为的影响

  张婧，王存宇，熊敏，王辉，高梓原，曹文全

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1517-1526. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230009

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  摘要：研究了C质量分数为0.6%~1.5%时Fe-30Mn-11Al-xC钢的微观组织，利用Gleeble-3800热模拟试验机研究了850~1150℃、0.1s-1条件下试验钢的热变形行为和再结晶规律。研究结果表明，C含量增加扩大奥氏体相区并促进κ-碳化物析出行为，试验钢组织逐渐由铁素体+奥氏体双相组织转变为奥氏体+κ-碳化物；固溶强化和析出强化作用使试验钢硬度和热变形抗力随C含量增加而增加，且固溶强化效果要高于析出强化；试验钢中κ-碳化物和B2相析出抑制了奥氏体相的再结晶行为，使得高C含量下的再结晶程度更小。
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  1500MPa级含Al低密度马氏体超高强钢的相变行为和力学性能

  于莹莹，吴昊，王麒，邓想涛，王昭东

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1527-1536. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220436

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  摘要：采用全自动相变仪、扫描电子显微镜、电子万能拉伸试验机、宏观硬度计等设备和Thermo-Calc热力学计算软件研究了3种1500MPa级不同Al元素含量对马氏体超高强钢的相变行为、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明，相对于不含Al实验钢，Al质量分数为3%实验钢的Ac1温度提高了24℃，Al质量分数为1.5%实验钢的Ac3温度提高了99.8℃，并且与不含Al实验钢相比，含3%Al的实验钢密度降低4.15%。随着Al含量的增加，实验钢热轧后直接水冷至室温的组织由单一的板条马氏体转变为马氏体+沿轧向拉长的铁素体两相层状组织。由于固溶强化以及混合法则的影响，马氏体超高强钢的抗拉强度与硬度都随Al含量的增加呈现出先增加后减少的趋势，1.5Al钢轧向抗拉强度达到1723MPa，硬度达到530HV，而3Al钢轧向-40℃低温冲击韧性最大可达到363J。
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  1Cr22Mn16N高氮奥氏体不锈钢的热变形行为

  杨瑞泽1,2,3，翟汝宗2,3，乔岩欣1，周慧玲1，孙明月2,3，徐斌2,3

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1537-1547. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230040

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  摘要：高氮奥氏体不锈钢高温热塑性差，需要掌握其可控成型参数。以1Cr22Mn16N高氮奥氏体不锈钢为实验材料，采用Gleeble 3800热模拟实验机进行热压缩实验，探究了其在不同变形温度(850～1100℃)和应变速率(0.001～10s-1)下的热变形行为。基于动态材料模型构建了1Cr22Mn16N的本构方程和热加工图，确定了最佳热加工参数，并结合EBSD分析了材料变形过程中的组织演化行为。研究结果表明，1Cr22Mn16N的热压缩流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低，沿晶界发生的不连续动态再结晶是其主要软化机制。通过计算得到高氮奥氏体不锈钢高温变形表观活化能(Q)为350.9kJ/mol，并建立了Arrhenius本构关系。热加工图表明，1050～1100℃，0.001～0.1s-1为其最佳热加工窗口。通过微观组织观察发现，随着变形温度的升高和应变速率的降低，晶粒尺寸逐渐均匀。研究结果可为1Cr22Mn16N不锈钢锻造、轧制等高温热变形工艺的制定提供理论参考。
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  微合金化8630钢高温热压缩变形行为研究

  刘忠煜1，陈雨琳1，柳志铖1，段修刚2，董治中1

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1548-1559. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230006

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  摘要：在AISI8630钢基础上制备了一种微合金化8630钢。在变形温度为850～1200℃、应变速率为0.01～10s-1、压缩量为60%条件下，使用Gleeble-3500热模拟试验机进行单向热压缩试验。分析微合金化8630钢在不同条件下的应力应变曲线及组织变化，确立试验钢的热变形本构方程，并基于动态材料模型（DMM）模型建立热加工图。结果表明：在试验过程中，当材料变形程度一定时，流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小。通过修正拟合，材料热激活能为409.036kJ/mol，预测理想变形条件温度为1125～1200℃，应变速率为0.01～0.1s-1。
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  B对中碳铝镇静钢动态连续冷却转变行为的影响

  臧若愚，李晶，刘伟建，黄飞

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1560-1568. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220416

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  摘要：分析了B在中碳铝镇静钢中的存在形式及对其动态连续冷却转变行为的影响。利用Gleeble1500模拟试验机，结合金相观察及硬度检测结果，测定并绘制了不同B含量中碳铝镇静钢的CCT曲线。使用Thermal-Calc热力学软件计算了B对钢中析出相析出的影响，同时使用透射电镜（TEM）观察了钢中析出相的形貌。结果表明，随着冷速的提高，3种试验钢的组织均由铁素体珠光体组织向贝氏体马氏体组织转变。试验钢中B的加入能够抑制AlN的析出，降低细小AlN对晶界的钉扎作用，使晶粒粗化，硬度降低。钢中起到提高淬透性作用的B为固溶B，BN没有提高淬透性作用。进一步提高B含量，钢中固溶B含量增加，钢材的淬透性提高，试验钢在较低冷速下即能获得贝氏体马氏体型组织。
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  稀土La对Ferrium S53超高强度钢组织和性能的影响

  张慧书1，李吉航2，战东平2，岳莹莹1，余珊1

  钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1569-1578. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230028

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  摘要：Ferrium S53钢作为第3代超高强度不锈钢的典型代表，是海洋环境下耐腐蚀起落架用钢的候选材料之一。稀土是有效的钢液净化剂和提高超高强度钢韧性的重要元素。因此，采用真空感应炉冶炼了无La和微量稀土La处理的Ferrium S53钢，通过光学显微镜、扫描电子显微镜、金属摆锤冲击试验机和万能拉伸试验机对Ferrium S53钢中非金属夹杂物、微观组织和力学性能进行了分析。结果表明，Ferrium S53钢中添加质量分数为0.003%的La后，S质量分数降低至0.0060%；钢中非金属夹杂物变性为La2O2S和LaAlO3等稀土复合夹杂物，这种夹杂物的变性同步提升了实验钢的强度和塑性，抗拉强度由(1975±16.6)MPa提升至(2029±4.8)MPa；塑性由10.77%±0.07%提升至13.76%±0.42%。最后，通过热力学计算进一步解释了稀土La处理钢中夹杂物的生成稳定区域。