2023年, 第35卷, 第7期　刊出日期：2023-07-20

  

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综合论述
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  钢铁冶金固废固化CO2研究现状及趋势

  徐润生1,2，张雨晨1，张建良1,2，张思奇3，尉继勇2，曹明汇2

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 779-789. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220292

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  摘要：随着全球工业化的进程加快，CO2的排放量逐年上升，带来了越来越多的极端天气和环境灾害，而CO2封存技术是目前实现碳中和公认的兜底技术。综述了以钢铁冶金固废为原料的CO2矿化技术的发展现状和关键问题。首先，介绍了CO2矿化的途径和原理，其中直接矿化的工艺条件需求较严格，固化CO2的同时会消耗大量的资源，而间接矿化的反应条件则更加温和，效果也更加显著。然后，总结了最具代表性和可行性的钢铁冶金固废矿化技术，其中以NH4Cl作为浸出剂的工艺路线由于具有溶剂循环使用和反应条件温和的双重优点而显示出最佳的工业化潜力。此外，基于对典型中试实验的经济性分析，原料资源方面等不是制约CO2矿化技术工业化的主要原因，CO2矿化过程的放大试验以及可循环浸出液的开发和经济评价体系的建立才是实现工业化的关键。
冶炼与加工
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  高熵合金耐磨性能研究进展

  杨立夫，耶雪夫，胡丞杨，余丽玲，王巍麟，吴开明

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 790-800. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220259

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  摘要：磨损是机械失效的一种普遍形式，约占据机械零件失效的80%。摩擦磨损不仅增加了原料和能源的损耗，而且无法保证机械零件的安全可靠性。高熵合金由于其特殊的四大效应，使得它成为近年来有别于传统合金材料领域的研究热点，通过调整高熵合金元素种类及配比、选择合适的制造方法和热处理工艺可以在一定程度上减缓磨损速率、降低磨损量，起到提高耐磨性能的效果。归纳了耐磨高熵合金的类别，讨论了不同元素及配比对块体高熵合金磨损性能的影响，总结了采用不同制造方法、热处理工艺及表面化学改性制备的高熵合金的耐磨性能差异。最后，结合高熵合金在摩擦磨损方面的现状及存在的问题，对未来高熵合金在耐磨金属材料领域的研究进行了展望。
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  铁水包底砌筑结构对应力分布的影响

  伍洋1,2，谭方关3,4，李亚伟1,2，贺铸1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 801-810. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220247

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  摘要：随着中国“一包到底”工艺的推广以及大废钢比的发展需求，对铁水包提出了更高的要求。为了延长铁水包的寿命，研究了包底炉衬不同干砌方案对铁水包应力分布的影响，建立了干砌炉衬结构的多尺度本构模型，并与细观模型、简化模型对比验证。基于此多尺度模型分别对十字型、平行式和2种放射式干砌包底炉衬结构进行了有限元模拟，结果表明当接缝尺寸均为0~3 mm时，不同砌筑方式受热面应力差异不大，但受热面接缝闭合规律差异较大，相比较平行式和砖块短边平行于半径方向的放射式包底，十字型和砖块长边平行于半径方向的放射式包底在受热时接缝闭合更均匀，采用后2种砌筑方式可以适当增加膨胀缝尺寸达到优化包底热膨胀应力的目的。
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  含镁膨润土铁矿球团制备与固结机制

  刘杰1,2，钟强1，李骞1，杨永斌1，李光辉1，姜涛1

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 811-818. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220272

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  摘要：为查明含镁铁矿球团的固结机制，以含镁膨润土为粘结剂和镁源，对含镁膨润土的物相组成和热行为，含镁铁矿球团制备工艺和微观结构进行了系统性研究。研究结果表明：含镁膨润土主要物相为MgO、石英和蒙脱石，在低温下发生挥发反应和少量可燃有机组分的燃烧反应，在800℃高温下发生MgCO3的分解反应。当球团MgO质量分数为2.5%时，在造球时间为12min、造球水分质量分数为8.5%、1030℃预热10min和1280℃ 焙烧14min的优化条件下，生球落下强度和抗压强度分别为5.7次/（0.5m）和10.21N，预热球和焙烧球抗压强度分别为525.5和2576N。含镁膨润土球团的主晶相为Fe2O3，Fe2O3晶粒间存在少量的橄榄石(CaO·FeO·SiO2和2FeO·SiO2)、铁酸镁(MgO·Fe2O3)以及玻璃质相。球团粘结方式以Fe2O3再结晶固结为主，橄榄石固结和铁酸镁液相粘结为辅，球团微观结构均质、致密。
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  钢种初始凝固模式对连铸坯表面质量的影响

  李伟1,2，李阳1,2，程常桂1,2，刘江傲1,2，李洋1,2，金焱1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 819-831. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220283

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  摘要：连铸过程中铸坯表面常产生各种质量问题，严重影响铸坯质量和生产顺行，然而，钢种初始凝固模式的差异对铸坯表面质量缺陷的影响规律尚不够明确。选用一系列代表性钢种，利用JmatPro软件进行了热力学平衡相图和高温力学性能的计算，结合Fe-C-X多元伪平衡相图特征点的理论计算公式，综合研究不同钢种的初始凝固模式及其对铸坯表面质量的影响规律。结果表明，对4种不同凝固模式的钢种而言，低碳、亚包晶凝固模式的钢种铸坯的主要表面质量缺陷分别是皮下夹杂、表面纵裂，其主要原因是高温阶段的相变引起的极限屈服强度和相变应变的变化；过包晶与高碳凝固模式的钢种铸坯很少出现表面质量问题。因此，表面缺陷的发生概率由钢发生高温相变（L+δ→γ/δ→γ）时δ相的比例、温度区间及坯壳的相变应变程度共同决定。基于钢种凝固模式及其对铸坯表面质量的影响，预测可能出现的铸坯表面质量缺陷，并采取相关措施降低表面缺陷发生率，对提高连铸坯质量具有重要意义。
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  碱度对Fe2O3-CaO-SiO2体系矿物组成及显微结构的影响

  魏鑫1,2，郭兴敏1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 832-839. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220260

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  摘要：作为高炉炼铁的主要原料之一，高碱度烧结矿质量对于炼铁工序经济技术指标有着重要影响。SiO2与CaO的化学亲和力较强，易反应生成硅酸钙，抑制铁酸钙的生成，不利于粘结相形成。但SiO2含量对Fe2O3-CaO-SiO2体系的矿物组成和显微结构影响机制尚不明确。通过光学显微镜、X射线衍射和SEM-EDS方法研究了碱度（R）对铁酸钙和硅酸钙生成规律的影响。结果表明，当Fe2O3和CaO的摩尔比分别为2.0、2.5和3.0时，碱度范围为1.4≤R<1.7时，生成CaSiO3和Ca2SiO4，而CaSiO3随着碱度增加逐渐向Ca2SiO4转变；碱度为1.7时，发现有新相SFC生成；当碱度范围为1.7
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  高炉上部料面形状模型的影响因素分析

  杨巧婷1,2，李海峰1,2，邵磊1,2，邹宗树1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 840-850. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220280

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  摘要：建立了一套炉料下降过程中动态预测料面形状的数学模型。通过与实际开炉实验结果的对比分析，验证了模型的准确性。另外，对影响模型结果的重要参数进行了综合分析，明晰了不同因素对料面形状的影响机制。模型还对前人文献中6种内/外堆角模型进行了综合分析，结果表明，模型A、B计算量相对较小，可实现快速预测的功能，适用于小型高炉常用的布料制度；模型C不适用于中心加焦操作的预测情况；模型D、E、F更符合实际布料过程的料面形状规律，较适用于国内的烧结矿与球团矿混合炉料结构下的预测，而F模型更适合于高比例球团矿下的布料制度。
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  高炉钛矿护炉存在问题及讨论

  牛群，邹忠平，赵运建，王刚

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 851-860. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220282

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  摘要：高炉配加含钛炉料是保护炉缸的措施之一，其护炉机制尚不明确，使用效果差异较大，长期使用还会给高炉操作带来一些不利影响。为此，对钛矿护炉机制和护炉失败原因进行了讨论，并通过热力学计算的方法，系统研究了钛矿护炉时高炉渣TiO2含量、铁水TiC析出温度及钛含量的合理控制范围，从而指导生产实践，为高炉操作者选取钛矿护炉操作参数提供理论依据和参考。研究结果表明：钛矿护炉主要是通过降低铁水流速和促进炭砖复合保护层形成的双重作用来实现。消除炉缸侧壁气隙，保证传热体系的完整，可提高钛矿护炉效果。当前计算工况下，高炉渣中TiO2质量分数、铁水TiC析出温度、铁水中钛质量分数分别控制在1.5%~3.0%、1300~1400℃、0.064%~0.11%范围内，能够有效护炉，减轻其带来的不利影响。
材料研究
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  终轧温度对高性能桥梁钢力学性能及组织的影响

  余宏伟1,2，董中波3，吴开明1，饶水林2，胡锋1，陈英2

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 861-872. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220252

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  摘要：利用拉伸、冲击试验机测试力学性能，采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了终轧温度对高性能桥梁钢Q370qE力学性能和微观组织、晶界取向角度差、织构、位错和析出相形态的影响。结果表明：在875~803℃范围内降低终轧温度，钢的屈服强度和抗拉强度均提升，屈强比上升，韧脆转变温度降低，低温韧性提高。终轧温度为803℃时，钢的屈服强度、抗拉强度分别为420、542MPa，-40℃的夏比冲击功均值为243J。降低终轧温度有利于铁素体晶粒的细化和均匀性的提升，细化珠光体团束的尺寸，减少珠光体组织的数量，改变了珠光体形态，出现退化形态；但较低的终轧温度，珠光体组织由分散变为连续的条带，加重了钢的带状组织。同时降低终轧温度，促进了大角度晶界的形成和小角度晶界的减少，有利于晶粒<001>取向的减弱和<110>取向的增多；有利于晶内Nb/Ti碳氮化物析出相颗粒的细化及球状的形成，铁素体晶粒内部位错增多并大量缠结，也促进了Nb/Ti碳氮化物在位错上的形成。
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  Fe-Ni-Al超高强度双相钢的复合析出行为和强化机制

  肖月华1,2，彭博2，范爱琴3，蒋虽合2，王先珍4

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 873-880. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220208

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  摘要：协同利用残余奥氏体、高密度共格NiAl和半共格(Mo,Cr)2C析出相，设计了Fe-Ni-Al-Cr-Mo-Mn-C新型无Co超高强度双相钢，屈服强度和抗拉强度分别达到1730和2105MPa，断后伸长率为12.1%，其中均匀伸长率达到7.3%，明显优于传统马氏体时效钢。通过透射电镜和电子背散射衍射等表征技术发现，钢中含有体积分数近12%的残余奥氏体，主要以1～2μm的颗粒形态分布于原奥氏体晶界和板条界等位置，这种非连续的奥氏体颗粒在不明显降低材料强度的同时极大提升了应变硬化和均匀伸长率。而马氏体基体中在无Co条件下通过两相协同作用避免了生成脆性渗碳体，并形成了等效半径均为1.5nm左右的超高密度的共格NiAl和半共格M2C析出相，显著提升了材料强塑性。结果表明，通过协同调控软硬相分布和协同析出行为可开发新型低成本无Co高性能超高强度钢。
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  稀土Ce对5Cr钢耐CO2腐蚀的研究

  梁占磊，李涛，韩强，许涛，白岩松，孙昭琦

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 881-888. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220239

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  摘要：采用高温高压釜挂片试验模拟某油田井下工作环境，研究稀土Ce对5Cr钢耐CO2腐蚀性能的影响。采用失重法计算腐蚀速率，利用蔡司金相显微镜观察显微组织，利用场发射扫描电镜和X射线衍射仪对腐蚀产物形貌和物相进行了观察分析，并对各试验钢夹杂物类型及数量进行观察统计。结果表明：试验钢的金相组织均为回火索氏体组织，稀土Ce的加入将试验钢内部分铝酸盐夹杂、氧硫化物夹杂改性为稀土铝酸盐及稀土氧硫化物夹杂，从而使试样表面局部腐蚀减少，同时腐蚀产物更加连续致密，腐蚀速率从0.2846mm/a下降到0.2683mm/a，腐蚀产物主要为Cr2O3。
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  退火方式对含磷高强IF钢FeTiP析出及二次加工脆性的影响

  王自荣 1，李昭东2，田飞1，刘景佳1

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 889-895. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220271

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  摘要：通过同炉钢相同工艺工业试制获得冷轧卷，经过罩式退火和连续退火生产含磷高强IF钢退火卷，研究了2种退火方式对含磷高强IF钢FeTiP析出及二次加工脆性的影响。利用低温落锤冲击试验机、TEM和析出物萃取定量分析法等手段分别对2种退火卷进行二次加工脆性转变温度及析出物表征分析研究。结果表明：连续退火和罩式退火生产卷FeTiP析出相主要集中在100nm以下，罩式退火时间较长，罩式退火生产卷的FeTiP析出相数量是连续退火卷的2倍以上；根据定量分析法检测含磷析出相总量结果，结合热力学和动力学分析，P在晶界处的富集程度由最大偏聚系数和有效扩散距离决定，罩式退火卷P在铁素体晶界处偏聚远远大于连续退火卷，连续退火可得到比罩式退火更低的二次加工脆性转变温度的含磷高强IF钢。
测试与控制
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  基于ILLBP和ISSA的带钢表面缺陷识别

  王官宗，朱建鸿

  钢铁研究学报. 2023, 35(7): 896-906. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220267

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  摘要：带钢表面缺陷存在着噪声、光照不均匀、纹理复杂以及局部区域对比度弱的问题。为此，提出了一种新的带钢表面缺陷识别算法。首先提出了ILLBP特征提取算法，在LBP算法中引入LTP的低阈值模式克服一定的噪声和光照影响，为了更好表征带钢表面缺陷复杂的纹理特征引入了ILBP中3种新的纹理结构，同时将LBP值的频率直方图改为了LBP局部梯度幅值和局部梯度方向的频率直方图，使其能更好地表征局部区域对比度强弱的关系；最后为了进一步提高带钢缺陷识别的准确率和减少冗余特征的影响，提出了一种改进的樽海鞘特征选择算法（ISSA）。在NEU数据集上仿真实验结果表明：算法（ILLBP+ISSA）能够克服光照不均匀、局部区域对比度弱、纹理复杂多样的影响，以及对噪声具有一定的鲁棒性。在高斯噪声信噪比为50dB时带钢表面缺陷识别准确率能达到99.10%，40dB时准确率能达到97.60%。