2023年, 第35卷, 第9期　刊出日期：2023-09-20

  

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综合论述
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  超高压临氢环境用抗氢钢研究进展

  廖振洋1，张继舜2，赵吉庆2，杨钢2，孔荣宗1

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1053-1064. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220330

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  摘要：激波风洞在超高压氢环境下工作，面临着严重的氢损伤风险，对临氢材料提出了苛刻的条件，现阶段常规抗氢钢可能难以满足设备需求，因此，为保证超压临氢环境设备的安全运行，研究超高压环境用钢的氢损伤具有重要意义。以国内外的研究成果为基础，首先简要介绍了氢损伤机制及其影响因素，其次归纳总结了铬钼钢、单相奥氏体不锈钢、沉淀强化奥氏体合金及镍基合金的抗氢性能以及发展现状，最后展望了未来研究重点。
冶炼与加工
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  富氢气体喷吹对高炉冶炼工况的影响规律

  张卫国1，张宗旺1，徐润生1，张建良1，叶涟1，朱进锋2

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1065-1073. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220374

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  摘要：为了研究富氢气体进行高炉喷吹对于冶炼工况的影响，建立高炉喷吹富氢气体的能质平衡模型，研究了天然气、焦炉煤气、炉顶循环煤气喷吹量对燃料比、直接还原度、炉腹煤气量、氢利用率、炉腹煤气量以及CO2排放量的影响。对风口理论燃烧温度的计算方法进行修正，将原燃料灰分吸热、未燃烧煤粉吸热、甲烷分解吸热等因素考虑在内，计算结果更精确。富氢气体喷吹可不同程度地降低直接还原度，发展间接还原，减少燃料消耗。当富氧率和焦比不变时，天然气对于直接还原度、风口焦炭质量、理论燃烧温度的影响最大，焦炉煤气其次，循环煤气最小。天然气、焦炉煤气、循环煤气喷吹量每提高10m3，直接还原度分别降低0.014、0.009、0.0024，风口燃烧焦炭量分别增加3.22、2.01、0.55kg，理论燃烧温度分别增加20、14.33、10.17℃。高炉喷吹富氢气体后高炉CO2产生量和排放量减少，其中天然气喷吹的CO2减排效果最显著，与基准期相比，喷吹60m3天然气时CO2排放量减少了9.46%。
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  CaO-SiO2-Fe2O3-Al2O3-Na2O渣系对铁水同时脱磷脱硫行为的影响

  吴耀庭，张延玲，赵峥

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1074-1083. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220417

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  摘要：基于常规的CaO-Fe2O3脱磷渣系和CaO-Al2O3脱硫渣系，开发出一种铁水同时预脱磷脱硫的CaO-SiO2-Fe2O3-Al2O3-Na2O渣系，以减轻转炉冶炼任务，减少转炉炼钢渣量，缩短转炉冶炼时间，进而实现低成本生产洁净钢。实验室结果表明：终渣碱度R在2.17~4.20，Na2O质量分数在10.81%~14.01%，Al2O3质量分数在5.54%~10.98%时，可同时达到脱磷脱硫的效果，脱磷率最高可达74%，脱硫率最高可达69%。基于反应渣样的XRD物相分析及SEM-EDS微区分析，证明了Na2O可实现同时脱磷脱硫的效果，阐明了渣系的碱度、Na2O含量及Al2O3含量对脱磷脱硫率的影响。同时分析表明：碱度会影响熔渣中剩余氧化钙含量的变化从而影响脱磷脱硫；Na2O通过改变磷氧化物的固溶形式脱磷，改变基体硫容量影响脱硫；Al2O3通过影响熔渣熔点和熔渣中游离碱性氧化物含量影响脱磷脱硫。
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  提高转炉锰矿直接合金化工艺中锰收得率的工业试验研究

  吴伟1，张飞1,2，赵博1，李双江2，王建忠3，林路1

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1084-1091. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220432

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  摘要：为了提高转炉锰矿直接合金化工艺中锰的收得率，在200t转炉内进行了锰矿直接合金化的工业试验。试验分别考查了锰矿加入量、锰矿及造渣料加入顺序以及终点成分对锰收得率的影响。结果表明，当锰矿加入量为6~8kg/t时，锰收得率能够大于50%。锰矿直接合金化获得较高锰收得率的最佳方案是每隔2min批次加入锰矿，吹炼6min后不加入烧结矿。通过对试验数据的分析得到铁水的脱磷是提高锰收得率的前提条件，只有使得转炉终点的碳质量分数大于0.2%，磷质量分数低于0.02%，才能获得高的锰收得率。最后，依据工业试验结果，确定出最佳的吹炼工艺路线。
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  CeAlO3在不同w(CaO)/w(Al2O3)保护渣中的溶解行为

  郑毅浩1,2，亓捷1,2，郑祥1,2，刘承军1,2，姜茂发1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1092-1099. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220384

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  摘要：稀土钢连铸过程中，结晶器内上浮至渣金界面的高熔点稀土夹杂物如果不能被保护渣有效的溶解吸收，进入保护渣后会改变渣的理化性能，影响连铸顺行。通过高温实验研究了CeAlO3在连铸保护渣中的溶解机制，探究了保护渣w(CaO)/w(Al2O3)（简写为C/A）对溶解过程的影响。实验结果表明，CeAlO3溶解过程中，夹杂物渣界面会形成Ce3+和Ca2+的浓度边界层。在C/A为0.8的保护渣中会形成中间产物CaCeAl3O7，随着C/A增加到1.0，中间产物CaCeAl3O7减少；继续增加C/A至1.2，中间产物消失。其溶解机制为，低C/A渣中AlO5-4较多，在浓度边界层中CeAlO3溶解形成的Ce3+与渣中Ca2+、AlO5-4反应生成中间产物CaCeAl3O7，然后中间产物再向渣中溶解，溶解方式为间接溶解。高C/A渣中AlO5-4较少，不足以达到固相形核浓度而形成中间产物，CeAlO3通过离子扩散溶解于渣中。因此，当保护渣C/A低于或等于1，CeAlO3在渣中的溶解方式为间接溶解，当保护渣C/A超过1时，CeAlO3在渣中的溶解方式转变为直接溶解。
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  基于热轧工艺参数的冷轧变形抗力预报建模研究

  严加根1，贾银芳1，李京栋2，武则栋2，王晓晨2

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1100-1109. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220318

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  摘要：变形抗力作为冷轧工艺设定中重要的材料和控制参数，计算精度直接影响到轧制力设定精度，继而影响带钢平坦度等质量指标的控制精度。针对变形抗力机制模型设定精度低、无法考虑热轧过程参数遗传影响等问题，采用鲸鱼优化算法（WOA）优化BP神经网络建立预测模型（WOA-BP），并通过现场收集的热、冷轧历史过程工艺参数对模型进行训练。WOA-BP模型预测结果表明，平均绝对值误差为10.42，平均绝对百分比误差为1.22，平均均方根误差为13.13，均优于BP神经网络模型，弥补了BP神经网络处理复杂的非线性问题训练时间长、预测精度低等缺点。与传统依托冷轧单工序建立的机制模型相比，考虑热轧工艺参数后，变形抗力预测误差由±15%降低至±6%，应用于L2级系统模型设定后，轧制力精度平均提高了2.09%。
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  热连轧机组轧制过程宽展量评估技术的开发

  张燕东1，尹宝良2，李子正1，邝霜2，王瑞2，白振华1,3

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1110-1118. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220309

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  摘要：针对热连轧过程中因宽展量而导致的带钢宽度控制难度大、板形质量变差及下道工序的带钢边部裁剪过多等问题，首先对宽展量模型、宽展量影响因素及其宽展量对板形的影响机制进行了简要分析。通过分析可知宽展量设定值、宽展量分配及其影响因素的优化是解决上述问题的关键。因此在对宽展模型及板形模型研究的基础上建立了带钢宽展量范围计算目标函数、优化分配目标函数及共同影响因素优化目标函数，实现了以优良出口板形为前提的带钢宽展量范围的计算、各个机架的宽展量最优设定及其影响因素的微调优化，完成了热连轧机组轧制过程宽展量评估技术的开发，将其应用到国内某热连轧机组后提高了出口带钢的宽度控制精度及带钢板形质量。
材料研究
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  一种11%Cr马氏体耐热钢的组织和105h持久强度

  董贞1,2，蒋聪聪1,2，陈雷1,2，向志东1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1119-1130. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220327

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  摘要：研究了一种11Cr-6Co-2W-1Mo马氏体耐热试验钢的组织结构和蠕变性能。结果显示，该耐热钢微观组织为回火马氏体和少量分布在原奥氏体边界的δ铁素体，析出相主要为M23C6、MX。基于不同温度与应力下短时蠕变测试结果，利用LarsonMiller参数法和新蠕变模型与MonkmanGrant关系式相结合的方法，预测得到该耐热钢于650℃下服役105h的持久强度分别为69和18MPa；后者预测得到的持久强度更低，这是因为基于该模型得到的试验钢的应力指数，在低应力比区间的试验值远低于其高应力比区间的试验值。蠕变测试后试样微观组织和析出相的定量分析结果显示：不同应力比区间，钢中马氏体板条和析出相尺寸在高应力比区间随测试应力降低而粗化的速率明显低于其在低应力比区间的速率，表明这些组织结构演变特征是导致试验钢的应力指数在低应力比区间远低于其在高应力比区间的原因。
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  FeCMnAlSi中锰钢临界退火奥氏体生长模拟

  贾庚霖1，李岩1,2，定巍1

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1131-1141. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220343

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  摘要：作为第3代先进高强度钢中主要发展的材料之一，中锰钢由于具有高强度和大伸长率得到广泛研究。尽管进行了不少的研究工作，但大多仍采用依靠经验反复实验的方法。为改善这一情况，将渗碳体添加到模型中去，通过DICTRA软件对Fe-C-Mn-Al-Si五元体系中锰钢临界退火过程中奥氏体生长的动力学建模，讨论了奥氏体生长的3个过程及其中置换元素的配分所带来的影响；经场发射扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析，观察热轧钢亚温临界退火后的微观显微组织呈现薄膜状残余奥氏体。将实验数据与模拟情况相结合的结果表明，远端模型更适用于实际情况下合金的研究。
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  590MPa高强船板钢的高温氧化行为

  夏雯1，贾涓1，刘静1，柴希阳

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1142-1151. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220355

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  摘要：借助热重分析仪（TGA）模拟了实际热轧钢坯的加热过程，研究了590MPa高强船板钢在加热炉气氛中在1100~1250℃下保温120min和1250℃保温10~120min的氧化规律，利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、场发射电子探针（EPMA）和X射线衍射（XRD）观察了氧化层表面和截面形貌及元素分布，检测了氧化层的物相组成，分析了590MPa高强船板钢的氧化行为。结果表明：不同温度保温120min后，氧化增重曲线符合抛物线规律，氧化速率逐渐变大，在1250℃时氧化速率略微降低。1250℃氧化后，实验钢氧化层截面由外向内依次是：外氧化表层、外氧化内层、过渡层。Fe氧化物与复合氧化物FeSiO3和FeCr2O4组成外氧化表层。Ni元素富集在氧化铁皮与基体界面处，阻碍氧化继续进行，Fe氧化物与富Ni金属颗粒成为外氧化内层。少量O离子扩散到合金内部，Si和Cr元素发生选择性氧化形核长大形成过渡层。随氧化时间延长，外氧化内层和过渡层逐渐变厚。
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  不同焊接工艺对P92钢焊接接头组织性能的影响

  王宇冬1，尚建路2，孙斌2，杨佳2，王妍2

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1152-1160. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220344

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  摘要P92钢长期被用于电站机组中的高温部件，不同的焊接工艺对其接头的组织和性能有着重要的影响。研究了自动焊和手工焊焊接工艺对P92焊接接头组织和性能的影响，并采用扫描电镜，透射电镜和力学性能测试等方法对不同焊接工艺下的P92钢焊接接头的显微组织和力学性能进行检测，结果表明：不同焊接工艺下焊缝组织均为回火马氏体组织，自动焊焊接工艺下焊缝金属组织较为细小；且由于自动焊焊接热输入较小，P92钢的热影响区的宽度仅为1.0～1.5mm，而在手工焊焊接接头热影响区可见块状铁素体组织，热影响区宽度在3～4mm。与手工焊焊接工艺相比，自动焊焊接接头抗拉强度也较高，尤其是冲击韧性，P92自动焊焊接接头的焊缝金属的冲击韧性相比手工焊提高了100%，热影响区冲击韧性提高了58%。因此采用自动焊焊接方法可显著提高P92钢焊接接头性能，并有助于提高接头的高温抗蠕变性能。
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  正火终冷温度对U26Mn2Si2CrNiMo贝氏体奥氏体钢力学性能的影响

  涂兴洋1,2，杨昌贵3，史显波1，刘毅3，朱培培3，严伟1

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1161-1173. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220321

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  摘要：通过力学性能测试及OM、SEM、EBSD、XRD显微组织分析，研究了正火终冷温度对U26Mn2Si2CrNiMo贝氏体奥氏体钢力学性能的影响。结果表明，当正火终冷温度为330℃时，其屈服强度达到1246MPa，抗拉强度达到1335MPa，伸长率为14.4%，室温冲击功为84J，-40℃低温冲击功为38J。随着正火终冷温度的降低，其屈服强度有所降低，但是抗拉强度增加，同时其伸长率和冲击功均逐渐降低。随正火终冷温度的降低，残余奥氏体体积分数逐渐降低，大角度晶界比例增加，残余奥氏体的取向稳定性和机械稳定性均降低，当温度降低至300℃时，残余奥氏体消失。同时低的正火终冷温度将增大贝氏体铁素体间的应变梯度，晶界失去了对裂纹扩展的阻碍作用，这些因素的协同作用导致综合力学性能的降低。
能源与环保
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  低温烟气余热ORC系统工质选择及热经济性分析

  冯军胜1，程新妮1，王欢欢1，赵亮2，王海涛1，董辉2

  钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1174-1183. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220435

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  摘要：以烧结余热锅炉出口烟气余热为有机朗肯循环(ORC)热源，建立亚临界ORC系统热力学模型和经济模型，研究不同循环工质下烟气进口温度、蒸发器节点温差和工质蒸发温度对系统热经济性能的影响。研究结果表明：烟气进口温度越高，蒸发器节点温差越小，系统净输出功越大。随着工质蒸发温度的增加，系统净输出功出现先增加后减小的情况。系统单位换热面积净输出功随蒸发器节点温差和工质蒸发温度的增加而增加，而随烟气进口温度的增加先增加后减小。当工质蒸发温度大于95℃时，工质R600a的热力性能最好，能获得最大的净输出功，反之工质R236ea的净输出功最大；当系统热力循环参数一定时，工质R601a的经济性能最好，能获得最大的单位换热面积净输出功，但其净输出功最小。