2023年, 第35卷, 第4期 刊出日期:2023-04-20
  

  • 全选
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    综合论述
  • 余丽玲1,张成聪1,2,王巍麟1,夏佩云2,赵慧慧2,吴开明1
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 365-374. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220070
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    摘要:高熵合金作为一种新型的合金材料,相比于传统合金具有更加优异的力学性能、抗高温氧化性能、耐腐蚀性能、耐磨性能、磁学性能和抗辐射性能。当高熵合金作为结构材料时,其焊接性是必须要考虑的重要因素。不同的焊接方法由于焊接原理不同,其能量输入、能量密度和最高焊接温度等参数在不同尺度上存在着较大差异,会显著影响焊接接头的微观组织和力学性能。总结了近年来采用不同方法焊接/连接高熵合金同种或异种材料的研究现状,分析了母材状态、焊接方法、工艺参数和焊后热处理等因素对焊接接头组织演化和力学性能的影响。进一步对高熵合金焊接性研究方面存在的问题进行了总结,并对未来研究重点进行了展望。
  • 张琦1,2,3,向婷1,田硕硕1
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 375-384. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220126
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    摘要:钢铁生产过程中伴随产生大量的副产煤气:焦炉煤气(COG)、高炉煤气(BFG)和转炉煤气(LDG),煤气中含有的一氧化碳、甲烷、氢气等气态碳资源和氢资源是化工生产的良好原材料,目前副产煤气普遍走燃料化的道路,但未来的利用趋势是走向资源化。通过有效地回收富余的焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气并用于化工产品的生产,可以实现钢铁和化工企业协同节能降耗、低碳减排以及绿色发展。概述了国内外钢铁化工联产及煤气资源化利用的研究与应用现状,提出钢化联产系统构建及评价方法,并对钢化联产系统未来的发展趋势进行了分析,以期为决策者制定相关政策提供理论指导,推动钢铁化工联产工作有序开展,助力中国实现碳达峰、碳中和目标。
  • 冶炼与加工
  • 谢师威1,佘雪峰1,刘燕军2,3,李丽红2,薛庆国1
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 385-393. https://doi.org/10-13228/j.boyuan.issn1001.0963-20220127
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    摘要:通过对比分析含H2的Rist操作线和传统不含H2的Rist操作线特点,分析了加入H2对高炉冶炼过程物料和能量消耗影响。基于含H2的Rist操作线可知,随着H2入炉量的增加,浮氏体区气相组成变化导致Rist操作线W点右移,由于热量需求的变化导致P点向下移动,Rist操作线的斜率增加,表明C和H2的总消耗量增加。由不含H2的Rist操作线可知,随着H2含量的增加,斜率逐渐减小,碳耗减少,证实了高炉运行中H2降低焦比的可能性。由计算结果可知,H2加入量分别为60、120、180m3/t时,焦比分别降低5.73、10.95、14.85kg/t。
  • 张成德,郑淑国,朱苗勇
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 394-403. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220119
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    摘要: 以某钢厂150 t转炉为研究对象,建立了三维数学模型,利用数值模拟方法研究了不同喷孔倾角、喉口直径以及马赫数对五孔氧枪射流特性的影响规律。结果表明:随五孔氧枪喷孔倾角的增加,射流核心段轴向长度减小,氧枪头下方负压区增大,射流向下偏移量减小,到达冶炼枪位时射流速度减小且射流面积增大;随五孔氧枪喉口直径的增大,射流核心段轴向长度增大,到达冶炼枪位时射流速度、射流面积均增大,冶炼枪位时喉口直径41.1mm的射流速度分别是喉口直径39.9、38.7、37.5mm的1.01、1.05、1.07倍;随五孔氧枪马赫数的增加,射流核心段轴向长度略微增加,到达冶炼枪位时射流面积稍有减小,但均变化不大。
  • 段怡如,李宝宽,黄雪驰,刘中秋
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 404-415. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220122
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    摘要:建立了电渣重熔轴对称瞬态耦合模型,研究了电极更换对电渣重熔过程中电磁场、流场、温度场、热平衡和电极端部熔渣凝固行为的影响。结合旋转矢量法和谐波法对电磁场求解,采用动态网格技术描述铸锭生长,建立渣池与电极间的瞬态导热模型,准确预测电极熔化速率。结果表明,原电极脱离后,0~100s,渣池表面热损失最多增加了2.1倍,热平衡改变,渣池温度从1933.3K降低到1720.3K,熔池轮廓向内缩紧,且外侧变化更明显。在新电极加热阶段,电极端部形成一层固态渣壳,热源恢复,渣池温度从1720.3K增加到1901.2K,渣壳由外侧向内熔化。结合响应面分析法,重熔电流、电极预热温度均与固态渣熔化时间呈正相关,原电极脱离时间呈负相关,其中重熔电流影响最为明显。
  • 刘鹏1,2,高运明1,2,郑万1,2,王春锋3,叶飞3,钱龙3
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 416-424. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220116
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    摘要:中碳低合金钢薄板坯易出现中间裂纹,严重降低了连铸连轧产品的质量与效益。采用凝固定律公式及纵截面中间裂纹的始、末位置特征计算裂纹发生凝固区间,并对内、外弧侧中间裂纹的特征差异及裂纹周围的元素偏析、析出物进行了分析,旨在解析CSP生产薄板坯中间裂纹的形成原因。结果表明:横、纵截面上中间裂纹特征存在明显差异,这是由于铸坯试样的纵截面与横截面相交于一条线,导致了纵截面上间隔、倾斜分布的线状中间裂纹在横截面上显示为点状缺陷或者没有显示。而且,纵截面上内、外弧侧中间裂纹的起始、结束、间隔距离的凝固位置特征也存在明显差异。因此,以纵截面上中间裂纹的起始、结束的凝固位置计算裂纹形成的凝固区间,能为二冷设备精准维修提供理论依据。中碳低合金钢中间裂纹处[S]、[P]、[C]、[N]富集及Ti(CN)、Nb(CN)、MnS析出导致严重的晶界脆化,造成枝晶间临界应力降低是中间裂纹产生和扩展的内因;扇形段冷却喷嘴堵塞、鼓肚严重造成铸坯在凝固前沿所受应力增加是中间裂纹形成的主要外因。内、外弧侧扇形段的冷却效果、辊缝精度存在差异是导致内、外弧侧中间裂纹特征存在差异的根本原因。避免扇形段冷却喷嘴堵塞、确保辊缝精度以抑制铸坯鼓肚是控制CSP薄板坯中间裂纹的关键。通过铸坯内在质量的定期检测与扇形段的精准维修,有效降低了中间裂纹发生率75%。
  • 材料研究
  • 张凡林,郝天赐,曹建春,罗瀚宇,高鹏,杨银辉
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 425-433. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220082
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    摘要:为了研究Ti-Zr微合金钢轧制变形过程中变形温度和Zr含量对内部应力应变的分布及奥氏体组织演变的影响,通过热模拟实验和金相分析获得3种不同Zr含量的Ti微合金钢应力应变曲线及奥氏体的晶粒尺寸及分布情况。研究结果表明:变形温度的升高会降低3种实验钢的内部应力,促进应力均匀分布,其中0.12Ti-0.02Zr钢应力下降的最明显,Zr的加入会促进Ti微合金钢再结晶奥氏体的形核和形变诱导析出相的析出,形变储能消耗量增大,不容易在变形过程中积累应力和应变;但过多的Zr会因为大量析出相而使实验钢的变形抗力增大,导致应力和应变累积。综合考虑,使用Ti-Zr复合微合金化技术实现奥氏体组织的超细化均匀时,Zr元素的添加量应控制在0.02%左右。
  • 张婧,王存宇,王辉,曹晨星,曹文全
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 434-442. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220094
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    摘要:利用Gleeble-3800热模拟试验机对Fe30Mn9Al09C钢进行不同变形温度(750~1150℃)和不同应变速率(0.01~10s-1)的热压缩试验,研究热变形行为及组织演变规律。结果表明,试验钢是温度和速率敏感材料,随着变形温度升高和应变速率的降低,变形抗力逐渐降低,动态再结晶更容易发生;变形后获得奥氏体基体分布极少量不连续带状铁素体的组织,铁素体优先承担应变导致在变形初期发生流变应力随应变增加急剧下降的现象;构建本构方程,得到激活能值为399.534kJ/mol;通过构建热加工图得到良好加工性能的工艺窗口为950~1050℃、0.01~0.07s-1和1075~1150℃、1~10s-1。
  • 胡志强1,2,王开坤2,詹建明1,师红旗1
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 443-453. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220140
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    摘要:为了研究热作模具钢5CrNiMoVNb的热变形行为,利用Gleeble3800热模拟试验机进行单道次热压缩实验,获得了应变速率为0.001~0.1s-1和变形温度1030~1230℃条件下的高温流变应力曲线。应用双曲正弦函数构建了与应变有关的材料本构模型并验证,并基于动态材料模型构建了三维功率耗散图和三维失稳图,将二者叠加得到典型应变下的热加工图。结果表明,所有变形条件下的高温流变应力曲线均呈现典型动态再结晶特征,并且由于奥氏体基体析出强化相含量、动态再结晶体积分数的影响,流变应力随变形温度的降低或应变速率的增大而增大。基于5CrNiMoVNb钢的本构模型计算的流变应力值与实验值的相关性系数为0.9927,较高的相关性系数表明建立的高温流变应力模型能够比较准确地预测合金的流变应力。此外,根据不同条件下的三维功率耗散图和三维失稳图可知,随着应变的增大,功率耗散峰值区向中温、高应变速率区域扩散,热变形失稳仅容易出现在低应变、低变形温度和高应变速率区域。真应变为0.8时,最佳的加工工艺参数范围为:变形温度为1080~1200℃,应变速率为0.01~0.1s-1。
  • 高永旭1,2,杨跃标1,3,褚晓红1,2,邓深3,叶姜3,赵征志1,2
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 454-461. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220120
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    摘要:在实验室对比模拟研究了Nb-Ti微合金化低合金高强钢的罩式退火和连续退火工艺。利用扫描电镜、透射电镜和拉伸试验机等设备,分析了不同退火工艺条件下试验钢的组织演变规律及性能变化趋势。结果表明,2种退火方式下试验钢组织中均存在纳米级NbTi复合析出物,罩式退火工艺下试验钢的主要组织为铁素体+球状渗碳体,在640℃退火获得了较好的力学性能,抗拉强度为539MPa、屈服强度为498MPa、伸长率达到23.1%;连续退火工艺下试验钢组织为铁素体+珠光体+M-A岛,组织更加细小,细晶强化效果更好,在820℃退火时产生的链状组织提升了试验钢的力学性能,此时抗拉强度为644MPa、屈服强度为536MPa、伸长率达到22.7%,也可通过选取更高的退火温度实现对强度和伸长率的调节。
  • 黎先浩1,马双印2,赵鹏飞3,于海彬3,王德坤2,龙毅2
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 462-470. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220105
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    摘要:取向硅钢的磁畴形态与其损耗密切相关,研究其内部的磁畴结构对于理解铁损的产生具有重要意义。利用粉纹法观察了带有涂层、激光刻痕处理以及存在表面缺陷的硅钢片磁畴。结果表明,施加较小的垂直磁场更容易观察硅钢的原始磁畴形态,有利于显示清晰的磁畴图像和晶界;如果硅钢片表面存在冲裁小孔,原有的180°畴在小孔附近会变为迷宫畴,且附加应力和退磁场作用会使小孔周围磁畴细化,使用微磁学模拟的方法定性验证了这一变化;如果硅钢表面存在划痕,划痕两端的180°畴会变为迷宫畴,随着划痕方向的不同,磁畴形态也不同。最后,比较了圆盘剪裁切与线切割后硅钢片边缘的磁畴形态,讨论了其磁畴形态不同的原因。
  • 王昕1,梁小凯1,童帅1,朱秀光2,孙新军1
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 471-481. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220109
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    摘要:通过向传统矿用圆环链钢23MnNiCrMo54中加入质量分数为0.29%的V以提高钢的综合性能,检测了不同回火温度下含V试验钢的各项力学性能,利用SEM、TEM和物理化学相分析等方法对试验钢的基体组织和析出相进行了表征,分析了试验钢的强韧化机制。结果表明,含0.29%V试验钢在不同温度回火后的强度均有大幅提升,随回火温度升高,含V试验钢的强度变化经历3个阶段:强度先是下降,当回火温度达到500℃时开始出现强度平台,继续提高回火温度至600℃后,强度又开始下降。结合物理化学相分析和TEM表征,认为强度平台的出现是因为大量析出的纳米级碟片状VC颗粒带来沉淀强化作用;-20℃冲击吸收能量随回火温度变化曲线呈“W”型,Fe3C在晶界析出和杂质元素的偏聚是导致韧性低谷的原因。
  • 能源与环保
  • 李新创,刘坤坤,刘涛,李闯,郝毅仁,孟超
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 482-488. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220114
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    摘要:为掌握“2+26”城市大气重污染成因,并为其实现攻关目标提供技术支撑,通过实地调研、数据统计等方法,识别了“2+26”城市冶金行业大气污染防治工作中的短板,包括产业布局不合理、企业上下游产能配比不合理、冶金企业装备水平参差不齐、钢铁行业产量不降反增、污染治理水平较低等。在此基础上,综合评估了冶金行业各项重点管控措施及成本效益,制定了“2+26”城市冶金行业分阶段管控路线,包括提出了各重点区域的结构调整、布局建议,开发新的大气污染防治技术、明确了环境监管体系建设方案,核算了管控路线减排潜力,预计在区域内通过采取结构调整、加强治理及管理等综合措施后,冶金行业颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放总量可分别减排约64%、45%、50%,其中有色行业减排约80%、50%、75%,钢铁(含焦化等)行业减排约63%、42%、48%,从而为“2+26”城市冶金行业全面调控及治理提供了重要依据。