2023年, 第35卷, 第8期　刊出日期：2023-08-25

  

• 全选
  |

综合论述
• Select
  超级奥氏体不锈钢发展及第二相调控研究现状

  刘文强, 王丽君, 张福成, 赵爱民, 李建民

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 907-927. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220288

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  超级奥氏体不锈钢作为高端装备制造业的关键材料,在海水淡化、海洋油气工程、烟气处理等领域得到广泛应用。但超级奥氏体不锈钢中Cr、Mo等合金元素的含量较高,在热轧、焊接等热加工过程中,在焊接热影响区极易发生因合金元素偏析导致的第二相(如σ相、Laves相等)析出,严重影响其耐蚀性能、力学性能。简述了超级奥氏体不锈钢自诞生以来的发展,综述了抑制超级奥氏体不锈钢凝固过程中第二相析出的方式,首先增加N含量可以有效细化钢的凝固组织,并且N含量与σ相析出量呈负相关;其次稀土微合金化也为调控钢中第二相析出提供了新的方向;最后是冷却速度的提高能有效改善结晶动力学,实现凝固组织细化,从而抑制第二相析出。对时效过程第二相析出的研究表明Mo含量越高,σ相偏析越严重,并且不同金属间相还会存在转化。因此,对目前超级奥氏体不锈钢的凝固偏析行为、时效过程中第二相析出行为以及均匀化制度进行了总结。
• Select
  钢/铝异种材料接头焊接技术研究进展

  胡天寒, 吴天海, 潘华, 丁凯, 高玉来

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 928-949. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220285

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  钢/铝异种材料焊接通过充分发挥高强度钢板和铝合金的优势,在保证安全性能的前提下实现节能减排的目的,广泛应用于汽车轻量化领域。然而钢/铝异种材料接头在焊接过程中极易生成硬脆的金属间化合物(intermetallic compound, IMC),可降低接头的力学性能,对其实际服役也造成不利影响。研究金属间化合物的厚度、形貌和物相等特征对于提高钢/铝接头的力学性能有着重要的理论指导作用。概述了几种常见焊接技术下钢/铝异种材料接头的研究现状,并着重分析了金属间化合物属性对钢/铝异种材料接头力学性能的影响机制。此外,结合目前钢/铝焊接存在的难点,提出了提高其接头力学性能的研究思路。
• Select
  带钢表面缺陷检测方法研究进展

  李跃, 王子铭, 李鑫林, 岳强

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 950-962. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220363

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  带钢是一种重要的钢铁材料,工业生产过程中带钢表面会产生各种不同的缺陷。带钢表面缺陷对产品有重要影响,其特征复杂、多样且不易获取,因此带钢表面缺陷检测一直是研究的重点内容。对带钢表面缺陷检测技术方法的研究进展进行了论述与分析。结合带钢表面缺陷种类,对传统的带钢表面检测方法如人工检测、红外检测、涡流检测和漏磁检测等优缺点进行比较分析,得出这些方法存在检测速度低、无法达到实时在线检测和需要人为干预等缺点。最后对机器视觉的检测方法开展了归纳总结,对基于深度学习的机器视觉识别表面缺陷的原理和方法进行了详述并对未来发展趋势进行了展望。
冶炼与加工
• Select
  高温热处理对焦炭基质溶损反应性与微观结构影响

  徐玉芬, 折媛, 刘诗薇, 尚硕华, 李思琪, 邹冲

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 963-973. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220335

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为探究高炉高温区域焦炭劣化机制,采用热分析法研究高温热处理对焦炭基质溶损反应的影响,并采用N₂吸附、XRD、Raman光谱等方法探究了焦炭在高温条件下微观结构的演变规律。结果表明:经高温热处理后,焦炭溶损反应速率整体降低,特征反应速率最低值对应的热处理温度为1300~1400℃;焦炭微晶堆垛高度增大,芳香片层间距降低,结合Raman光谱特征参数推测焦炭多环芳香结构向石墨化结构转变;焦炭的孔容积和平均孔径先降低后升高,孔隙结构剧烈变化温度与焦炭中矿物质熔融反应温度及反应性转变温度重叠度较高。推测认为升温条件下焦炭中矿物质/碳基质化学反应与物理聚集/运动作用促使焦炭孔隙堵塞与再次开放,造成了焦炭基质特征溶损反应速率出现上述波动。
• Select
  碳酸钙在转炉粗炼钢中的脱磷行为

  禹绍鸿, 邓志银, 朱苗勇, 尚德礼, 唐复平

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 974-981. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220315

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  钢铁企业通过实践发现,在转炉出钢过程中向钢液添加CaCO₃可以有效降低钢中磷含量。为了解此过程中脱磷机制,采用CaCO₃、MgCO₃和CO₂等试剂对转炉粗炼钢进行了模拟脱磷实验,并结合热力学计算,揭示了CaCO₃的脱磷机制。结果表明,上述3种试剂都具有脱磷作用,其中CaCO₃的脱磷效果最好。MgCO₃分解产生的MgO不具备脱磷作用,其主要依靠分解产生的CO₂进行脱磷。CO₂与钢液反应的实验结果进一步证明了CO₂具有脱磷能力。CaCO₃脱磷是其分解产物CaO和CO₂共同作用的结果。CaO会与钢液中的磷结合生成富磷相(CaO-P₂O₅-FeO_x)存在于渣中;CO₂在搅拌钢液的同时还会氧化钢液中的磷,其脱磷产物为气态P₂O₅。
• Select
  镁碳砖中B的高温演变及对钢水的增B机制

  齐江涛, 李振, 李院高, 徐镕杰

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 982-988. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220290

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为探究钢包渣线镁碳砖中B的高温演变及其对车轴钢的增B机制,对镁碳砖使用前后B含量、物相组成以及显微结构分析。结合钢包温度先降后升和车轴钢铝脱氧特点,经过热力学计算分析后得到:钢包渣线耐材中含B₂O₃局部高温液相在温降时会析出9Al₂O₃·2B₂O₃(熔点1965℃),导致液相B₂O₃含量升高,黏度降低;在浓度差和表面张力的驱动下,含B₂O₃局部高温液相沿着渣侵蚀耐火材料的路径逆向进入钢水;铝脱氧过程中,Al与含B₂O₃局部液相反应,生成单质B,进入钢水中造成增B。
• Select
  Zr处理对Ti脱氧低碳微合金钢中硫化物的影响

  杨永坤, 朱佳雨, 李小明, 王阳, 战东平, 刘承军

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 989-998. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220305

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  以Ti脱氧低碳微合金钢为研究对象,通过扫描电子显微镜、电子背散射衍射分析和热力学计算研究了Zr处理对钢中硫化物特征的影响。结果表明:随着钢中Zr质量分数由0.0020%增加至0.020%,硫化物由MnS转变为Zr₃S₄-MnS,硫化物中Zr/Mn原子比逐渐增加,硫化物平均尺寸逐渐增大,但单位面积数量先略增加后逐渐减小。热力学计算结果发现,MnS和TiS在钢液中和凝固过程残余液相中均无法析出。当钢中Zr质量分数为0.0046%,Zr₃S₄在凝固分数为0.59时满足热力学析出条件,而当Zr质量分数增加至0.011%和0.020%时,Zr₃S₄在钢液温度为1786.1和1826.5K即可析出,同时由于凝固元素偏析富集,Zr₃S₄在凝固分数为0.62和0.63时还可进一步析出。最后,基于Zr处理对钢中硫化物特征的影响,钢中Zr质量分数较优的控制范围为0.0020%~0.0050%。
• Select
  铝镁质浇注料抗高锰高铝钢液侵蚀研究

  秦川江, 黄奥, 王璐, 顾华志, 薛正良

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 999-1007. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220319

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  Fe-Mn-Al-C系低密度高强钢是前景广阔的先进钢材之一,其中添加有高含量Mn、Al等合金元素,在熔炼过程中与耐火材料反应,会造成材料蚀损及影响钢液洁净度。因此,针对钢包用铝镁质浇注料,采用坩埚法开展其抗高锰高铝钢侵蚀实验,探讨不同反应条件下钢液对浇注料的侵蚀行为和钢中夹杂的变化规律。结果表明:主要是钢中Mn对耐火材料扩散渗入较严重,与材料反应变质破坏结构,而随Al添加量增加会呈现对侵蚀的先抑制再逐步促进作用;随着反应时间延长,钢液对耐火材料侵蚀逐渐加剧,冶炼90min后的钢中总O含量及非金属夹杂物略有增加。但总体上,钢液对铝镁质浇注料的最大侵蚀率仅7.07%,且对钢液质量的预期影响也相对有限,能适应高锰高铝钢的冶炼。
• Select
  旋流烧嘴及混装条件下步进式加热炉模拟研究

  徐健祥, 李宝宽, 齐凤升, 高月, 田贵昌, 艾矫健

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 1008-1016. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220350

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  加热炉能耗约占热轧工序的75%,金属损失达到全工序的50%,具有很大的研究潜力。目前针对加热炉钢坯混装以及烧嘴旋流的复杂情况研究相对较少,难以精确反映加热炉内钢坯加热过程。基于计算流体力学方法建立了加热炉燃烧场与钢坯耦合传热的数学模型,研究钢坯长度方向温度分布及在旋流烧嘴及混装条件下的长钢坯在加热炉内的加热情况。结果表明,模拟值与实际值温差小于10K。钢坯出炉时上表面和下表面最大温差分别为23和22K,上下表面最大温差为8K,能够满足钢坯长度方向温差小于30K的生产需要。旋流效果在被烧嘴通道一定程度上被削弱。火焰根部温度较低易造成钢坯端头低温。
• Select
  基于SVR模型的带钢精轧宽展预测

  张峥, 仲兆准, 李阳, 章顺虎

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 1017-1024. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220291

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为提高带钢精轧宽展预测精度,结合实际生产数据,建立了基于支持向量机的回归预测模型。首先采用数据清洗、独热编码和主成分分析等方法对样本数据进行预处理,通过交叉验证法对惩罚参数和径向基函数核参数进行寻优,由此确立最佳模型结构。针对测试数据,分别采用回归预测模型、BP神经网络模型和经验公式进行预测,并从平均误差、最大偏差和误差分布等多个角度进行对比。结果表明,回归模型预测下的各项误差指标优势明显,绝对误差在2mm内的分布占比达到94.52%。
材料研究
• Select
  显微组织对微纳结构贝氏体钢海洋腐蚀行为的影响

  龚丽, 张弦, 刘静, 吴开明

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 1025-1036. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220301

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  以一步、两步贝氏体转变及不同热处理工艺获得的微纳结构贝氏体钢为对象,利用组织表征、电化学测试及中性盐雾试验,研究显微组织对其海洋腐蚀行为的影响。结果表明:试验钢的显微组织主要由贝氏体铁素体板条(BF)、马氏体-奥氏体复合组织(block M-A)和薄膜状残余奥氏体(film RA)组成。随着腐蚀周期的增加,试验钢的腐蚀速率均呈下降趋势,腐蚀产物主要由γ-FeOOH、α-FeOOH、α-Fe₂O₃和Fe₃O₄组成。腐蚀后期,γ-FeOOH转化为稳定的α-FeOOH,提高了锈层的保护性。相对一步贝氏体钢,二步贝氏体钢中残余奥氏体含量较低,主要形态为薄膜状,强度与韧性明显提升;二步贝氏体钢的腐蚀产物中α-FeOOH的比率更高,锈层更加致密,腐蚀速率较低,耐腐蚀性能更为优异。
• Select
  GH4169合金板材γ″相在长期时效过程中的粗化行为

  田伟, 钟燕, 刘砚飞, 丁承尧, 王海平, 王建国

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 1037-1043. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220320

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了研究GH4169合金板材长期服役过程中的组织稳定性,采用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了GH4169合金板材在600、650、700℃时效处理0~500h过程中的晶粒尺寸变化与γ″相的粗化行为。经过仔细观察分析和定量测定后发现,在此温度区间内的长期时效过程中GH4169合金晶粒尺寸和δ相没有明显变化,γ″相产生了一定的粗化并且长轴与短轴的比显著增加。粗化规律符合LSW理论,γ″相平均直径的三次方与时效时间成正比,并使用修正的LSW理论获得了γ″相的粗化激活能为268.584kJ/mol。
• Select
  低成本钛元素合金化超高强度钢的组织及力学性能

  张宵璐, 闫永明, 尉文超, 时捷

  钢铁研究学报. 2023, 35(8): 1044-1052. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220298

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对低成本超高强度钢的开发问题,在国外材料基础上设计开发了低成本Ti微合金化超高强度钢,弥补了国内相关产品空白;同时通过力学测试、微观组织表征、析出相分析等方法揭示了Ti微合金化对试验钢的组织性能影响规律及强韧化机制,为低成本超高强度钢板新材料的工业化应用提供数据积累与理论支撑。试验结果表明:Ti微合金化试验钢与基础钢相比,屈服强度相当,断面收缩率从33%提升至44%,低温冲击韧性也从22.6J提升至26.7J,可见Ti微合金化试验钢具有更好的塑韧性匹配;其主要原因是Ti微合金化试验钢中有较多的MC型和M₃C型碳化物析出,使得基体中固溶的C质量分数从0.287%降至0.247%,同时Ti微合金化使得试验钢的原奥氏体晶粒由9.5级细化至11.0级,有效晶粒尺寸从1.8μm降低至1.3μm。计算结果显示:Ti微合金化试验钢碳当量较基础钢明显降低,因此焊接性能更好;Ti微合金化试验钢通过降低固溶强化、提高位错强化和细晶强化以及析出强化,实现了屈服强度的提升,并保障了韧性和工艺性能。