2023年, 第35卷, 第6期　刊出日期：2023-07-20

  

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综合论述
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  含氮马氏体不锈钢的腐蚀行为研究进展

  安浩然，王睿，康燕，于志强，赵宇宏，闫志杰

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 635-650. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220284

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  摘要：含氮马氏体不锈钢(nitrogenalloyed martensitic stainless steel, NAMSS)因其高韧性、高硬度、优良的抗疲劳性能和良好的耐腐蚀性而被广泛应用。耐腐蚀性能对NAMSS的使用寿命起着至关重要的作用，因此，研究NAMSS的腐蚀行为具有重要的学术意义和工程应用价值。结合国内外的研究工作，对NAMSS的腐蚀行为的研究工作进行了综述和分析。与传统马氏体不锈钢相比，NAMSS中析出相减少，提高了NAMSS的耐蚀性。NAMSS中夹杂物残留导致腐蚀成核位置增加，加速了腐蚀速率。N的存在促进了NAMSS中残余奥氏体/逆变奥氏体的形成，有利于耐蚀性能的改善。但是，过多的N含量反而不利于钢的耐腐蚀性能。最后，对未来NAMSS腐蚀行为的研究工作做了展望。
冶炼与加工
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  基于工艺理论和卷积神经网络的烧结矿转鼓指数预测

  刘然，张智峰，刘小杰，李欣，李宏扬，吕庆

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 651-658. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220185

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  摘要：作为评价烧结矿质量的重要指标之一，转鼓指数的高低直接影响着高炉生产的稳定与否。以某钢铁企业烧结生产数据为基础，提出了基于特征工程与图像识别技术的烧结矿转鼓指数预测方法。首先对挑选出的3类28个影响烧结矿转鼓指数的重要指标完成数据预处理；而后通过SVM-RFE算法以及交叉验证算法筛选出对目标变量影响较大的特征参数；最后用卷积神经网络对经过数据特征转化的二维特征图像进行训练，建立了基于卷积神经网络的烧结矿转鼓指数预测模型。结果表明，在误差范围为±1%的情况下该模型命中率高达9371%。这种将数据特征转化为图像特征的处理方法有效地提高了预测能力，对未来预测式烧结技术的发展具有很好的借鉴意义。
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  低硅矿烧结高温基础特性及优化配矿研究

  杨双平，孙海兴，张甜甜，刘守满，刘海金

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 659-670. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220246

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  摘要：随着国内优质铁矿石的减少以及铁矿石需求的上升，低价矿石进行配矿烧结成为新的选择。为提高烧结矿质量和低硅矿高效利用，对低硅矿的高温特性进行研究从而确定合适的低硅矿配矿方案。为进一步实现烧结厂降本提产的目的，基于实验所用低硅铁矿粉高温基础特性，进行不同低硅矿配比的烧结杯实验研究，同时对低硅烧结矿的矿相结构进行观测，确定低硅矿的优化搭配规律。研究表明：当矿粉中SiO2质量分数低于6%时，随着SiO2含量增加，液相流动性指数升高；MgO含量增加，液相流动性指数呈现降低的趋势。低硅矿配比不超过36%（质量分数）时，增加赤铁矿的配比，可以提升液相生成量，增加针状铁酸钙的生成量。因此，通过液相流动性优化配矿能够提高低硅烧结矿质量，强化烧结过程。
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  帘线钢连铸7流中间包钢水流动特性及各流一致性研究

  马金磊1，牛帅2，唐海燕1，王凯民1，王宇航1，王振东1

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 671-681. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210236

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  摘要：针对帘线钢小方坯多流连铸中间包各流温差大，铸坯及其后续轧材质量不一致等常见问题，基于流体动力学原理，开展了多流中间包钢水流动特性及其各流冶金效果一致性调控研究。以某7流T型连铸中间包为例，通过物理模拟和数值模拟相结合的手段对不同工况下中间包内钢水的流动行为与温度分布特点进行了解析，并通过若干方案设计和对比获得了一种流场和温度场比较均匀且死区比例较小的新型控流结构。与原型结构相比，新型控流结构下钢水响应时间延长20s、死区比例降低4.2%；七流水口间最大温差仅为1℃，较原型下降4℃，表明各流一致性显著提升。此外，新型结构中间包针对5~20μm夹杂物的平均去除率也较原型提高6.1%。获得了通过流场优化提升多流中间包综合冶金性能的效果。
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  七流中间包流场的优化与模拟

  谭文萱1，孙彦辉1，宋思程1，王波波2，晁霞2

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 682-691. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220197

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  摘要：采用正交试验法，建立1∶4水模型开展18组试验，对水模拟试验结果进行极差分析和方差分析，研究挡墙导流孔孔径、位置和挡墙导孔上仰角度对中间包流场的影响，选取最优的控流装置。运用Ansys Fluent软件建立数学模型求解，模拟优化前后中间包的流场和温度场，与水模型结果相互验证。结果表明，挡墙导流孔上仰角度对中间包流场影响最大，下孔的孔径和位置对中间包流场的影响大于上孔。当导流孔下孔孔径为100mm，下孔高度为250mm，上仰角度为20°时，对中间包流场的优化效果最好。优化后的中间包与原型相比，平均停留时间延长42s，死区比例降低至17.9%，各水口流动均匀性和一致性较好，最大温差控制在2.4K。
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  非对称中间包常用控流装置冶金效果的数值模拟

  宋丽娜1，铁占鹏2

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 692-703. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230081

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  摘要：采用CFD数值模拟方法定性和定量化分析了不同结构湍流抑制器、导流隔墙及其组合在非对称三流中间包内的应用效果。针对连铸生产中钢包注流温度变化这一实际工况，探讨了不同控流方案的冶金效果。结果表明：当前常用的加檐湍流抑制器可以更好地降低中间包自由液面湍动能及钢液流速，但在改善非对称中间包流动特性与提高各流一致性方面并不具有明显优势。一种湍流抑制器T3组合2号导流隔墙控流方案可使包内死区比例较仅添加湍流抑制器T2时降低11.41%，活塞流比例增加15.49%，且各流一致性显著提高。此外，当中间包来流温度升高或降低15K时，T3+2号导流隔墙方案较仅添加湍流抑制器T2而言，导流孔的引导作用使钢液保持指向表面的流动形式，既有利于钢水中夹杂物的上浮去除，也可提高这种非对称中间包中各流冶金效果的一致性。
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  基于神经网络的LF精炼炉炉衬蚀损预测模型

  吴志豪1,2，贺铸1,2，谭方关3，肖爱达4，李光强1,2，王强1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 704-711. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210227

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  摘要：长期服役的LF钢包渣线处炉衬存在严重蚀损，该处炉衬的蚀损程度决定了钢包是否需要离线大修。为了明确钢包大修周期并降低生产成本，生产现场会对渣线处炉衬的蚀损程度进行判断，目前常用的方法有直接测量法和数值模拟法。直接测量法需进行特定的设备布置与调整以确保精度，而数值模拟所需时间较长。为了给出准确的钢包离线大修时间，以某钢厂LF精炼记录数据和配套钢包大修数据为基础，根据LF精炼原理和炉衬蚀损机制对原始数据进行筛选和预处理生成了训练数据。根据LF精炼记录数据与钢包大修数据之间多对一的特点，修改了基于误差反向传播算法的神经网络参数的更新时间，采用Python与PyTorch建立了具备特定结构的钢包渣线处炉衬蚀损预测模型。通过对比使用了不同种类神经网络、不同神经网络层数、不同学习率与激活函数的预测模型在测试集上的表现结果，筛选出了表现最优异的预测模型。使用该模型在测试集上预测100炉次后的蚀损，95%的预测误差小于10mm。
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  硅脱氧55SiCr钢中镁硅橄榄石夹杂的一种潜在来源

  孟耀青1,2，李建立1,2，徐琦1,2，王昆鹏3

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 712-719. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220228

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  摘要：国内某钢厂55SiCr钢由铝脱氧工艺调整为硅脱氧工艺后，镁硅橄榄石成为旋转弯曲疲劳断口夹杂物的主要类型。借助Explorer 4自动扫描电镜、FactSage等方法，探究了不同钢厂硅脱氧弹簧钢夹杂物控制差异，并计算了典型夹杂物平衡凝固过程的析出相。结果表明，日本神户制钢9254-M钢中只有少量夹杂物发生结晶且结晶尺寸小，夹杂物中MgO含量控制极低；日本制铁公司9254V钢中夹杂物均发生了玻璃态结晶转变，结晶尺寸较小，夹杂物中MgO质量分数平均值为14.5%。国内某钢厂55SiCr钢只有部分夹杂物发生结晶，但析出较大尺寸镁硅橄榄石，且夹杂物中MgO含量波动范围较大。随着CaO-SiO2-Al2O3-MgO系夹杂物中MgO含量升高，夹杂物在铸坯凝固及加热过程中更易结晶出镁硅橄榄石相。这种结晶析出的镁硅橄榄石与MgO质耐材侵蚀剥落形成的镁硅橄榄石，均成为旋转弯曲疲劳断口镁硅橄榄石夹杂的潜在来源。
材料研究
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  新型含铝奥氏体不锈钢在含硫化氢环境中的腐蚀行为

  肖月华1,2，李聪聪2，王先珍3，蒋虽合2，王辉2

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 720-729. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220175

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  摘要：奥氏体不锈钢由于具有优异的抗氯化物点蚀和应力腐蚀性能，成为油气田环境中最常用的结构材料之一。然而，关于奥氏体不锈钢在Cl--H2S共同存在的腐蚀环境下的腐蚀行为的相关研究还不充分，特别是有关Al、Mo等合金化元素对钝化保护膜的形成行为及耐蚀性能的影响规律尚不清楚。因此，结合奥氏体不锈钢在复杂油气田环境下的应用前景，研究选用创新设计的新型含铝奥氏体不锈钢，通过电化学方法对其在Cl--H2S耦合环境条件下的的耐腐蚀性能展开全面评估，采用XPS、SEM、TEM等显微分析手段观察其腐蚀行为，揭示其耐腐蚀机制和耦合腐蚀介质作用规律。结果表明，新型含铝奥氏体不锈钢尽管在复杂腐蚀条件下未能形成富Al的钝化保护膜层，但由于适量Mo的加入，明显提高了抗点蚀性能，因此具有良好的耐H2S腐蚀性能。
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  固溶后冷却速度对GH4169合金组织和力学性能的影响

  秦海龙1,2，王睿1,2，史松宜1,2，于鸿垚1,2，谢锦丽1,2，毕中南1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 730-738. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220201

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  摘要：固溶后冷却速度会显著影响高温合金的使用性能，采用场发射扫描电镜、热膨胀实验以及洛氏硬度等方法对GH4169合金固溶后不同冷却速度的显微组织和力学性能进行了系统研究。随着冷却速度的增加，γ″相和δ相的析出开始温度和终止温度逐渐降低，析出转变时长显著减小，并由此导致：固溶冷却态合金内γ″相的尺寸逐渐减小，尺寸分布模式由“双峰”变为“单峰”。当冷却速度快于20℃/min时，固溶态合金中无法观测到γ″相颗粒，且δ相的形貌与初始锻态保持一致。随着冷却速度的增加，时效热处理后晶内γ″相逐渐变得细小且弥散，合金的洛氏硬度呈现单调递增的趋势。
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  3种海工低合金钢在盐雾及周浸环境中的腐蚀行为对比

  赵培林1，吴会亮1，冷文俊2，石西召2，崔中雨2

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 739-747. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220191

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  摘要：采用盐雾试验和周期浸泡试验模拟海洋环境以探究Q355B、HSS-3和S355NL三种海洋工程低合金钢的腐蚀行为。通过失重法、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜对海工钢腐蚀动力学、锈层形貌、成分及表面腐蚀形态进行分析。结果表明：在2种试验条件下，腐蚀速率随着暴露时间的延长而降低并趋于稳定；盐雾试验中点蚀坑横向发展，逐渐发展为均匀腐蚀，周浸试验中干湿交替过程导致试样腐蚀加速、促进锈层下点蚀纵向发展；3种海工钢腐蚀产物构成无明显差异，由Fe3O4、α-FeOOH和γ-FeOOH组成，S355NL在2种试验条件下均生成更多的Fe3O4相，由于S355NL锈层致密度更高，在长周期腐蚀中具有最好的耐蚀性。
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  Al含量对船用B级钢板耐海水腐蚀性能的影响

  李健1，柴锋1，罗小兵1，周乃鹏1，张峰1，李向阳2

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 748-756. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220200

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  摘要：对比研究了不同Al含量对船用B级钢耐海水腐蚀性能的影响规律，计算了其腐蚀失重，利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）方法分析了试验钢经模拟海水腐蚀后的锈层形貌与物相组成，并分析了试验钢的极化曲线和阻抗曲线。结果表明：在B级钢中添加Al有助于提升其耐海水腐蚀性能，试验钢经720 h腐蚀后，添加质量分数分别为05%和1%Al的试验钢腐蚀速率分别较对比钢降低了138%和276%。分析表明，含Al钢腐蚀后锈层与基体的结合更为紧密，内锈层厚度更大，Al的加入可以减小钢的腐蚀电流密度，其腐蚀产物中形成了具有阳离子选择性的FeAl2O4，抑制了Cl-向金属基体侵入，提高了锈层的保护性。
能源与环保
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  铁浴固废处理炉的物质与能量平衡模型的构建及应用

  曹明汇1，刘征建1，徐润生1，张建良1，谷凤龙2，刘少阳2

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 757-766. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220213

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  摘要：为了高效清洁地处理有机固废与含铁固废，同时发挥冶金行业生产设备的独有优势，介绍了新开发的铁浴固废协同处理技术。针对铁浴固废协同处理工艺参数优化，构建了铁浴固废处理炉的能质平衡模型，计算了30%城市有机固废与70%钢铁粉尘协同处理过程中的物质平衡及能量平衡情况，结果表明处理过程中CO和H2的二次燃烧热是主要的热量来源，二次燃烧放热可达总放热量的50%以上，主要热量损失为烟气排出时带走的显热，可以占到热量总需求的45%。在实际生产中可通过烟气余热回收系统回收热量，用于入炉气体的预热，有效降低系统能耗。该模型的构建与应用，为后续工业化试验提供了数据支撑，便于工程设计与操作优化。
测试与控制
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  基于改进YOLOv5算法的带钢表面缺陷检测

  李金灵1，李维刚1，陈燕才2，胡晟蓝2，邱碧涛2

  钢铁研究学报. 2023, 35(6): 767-777. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220237

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  摘要：针对热轧带钢表面缺陷检测精度低的问题，提出一种改进的YOLOv5算法。首先，设计了一种多尺度融合平行骨干网络，其中，辅助骨干中的各个特征层经过转换，作为输入逐级复合连接到主骨干的各个特征层，利用辅助骨干提高主骨干的表达能力，从而提升了网络的表达能力；其次，在骨干网络和颈部中引入基于内容感知的特征重组模块（contentaware reassembly of features，CARAFE），获取检测任务所需的丰富语义信息，改善上采样语义信息丢失的问题；最后，在多尺度融合平行骨干中加入坐标注意力模块（coordinate attention，CA），增强网络的特征提取能力，更加准确定位目标位置。实验结果表明，改进后的YOLOv5算法在武钢热轧带钢表面缺陷数据集上平均准确率（mean average precision，mAP）达到93.1%，较原始YOLOv5算法提升3.9%，检测速度FPS保持在78.4，具有较高的检测精度。