2024年, 第36卷, 第4期　刊出日期：2024-04-20

  

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综合论述
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  Fe-Mn-Al-C轻质高强钢析出相研究进展

  王岩，郑浩，魏瑛康，王建勇，张亮亮，刘世锋

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 407-423. https://doi.org/DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230309

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  摘要：Fe-Mn-Al-C轻质钢具有低密度和优良的力学性能，在交通运输、能源化工和航空航天领域有广阔的应用前景。该系列钢种包含多种析出相如：κ碳化物((Fe,Mn)3AlC)、β-Mn、B2(FeAl)和DO3(Fe3Al)等，这些析出相直接决定了其综合性能和服役寿命。综述了Fe-Mn-Al-C轻质钢析出相的种类、析出机制，探讨了合金元素和热处理制度对析出相影响规律，为Fe-Mn-Al-C钢中的析出相调控和强韧化提供指导。
冶炼与加工
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  高炉炉缸用Al2O3-SiO2-SiC浇注料抗渣铁侵蚀机制研究

  曹楗1，王翠1，张建良2，郑敬先3，焦克新2，杨晓婷3

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 424-434. https://doi.org/DOI: 10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230187

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  摘要：对2种浇注料在实验室和现场情况下进行熔渣和铁水侵蚀研究。采用扫描电镜能谱分析等方法对浇注料的侵蚀部分进行表征，明晰其侵蚀机制，并为高炉炉缸浇注料的合理选用、优化等提供理论参考。结果表明：浇注料的抗铁水侵蚀性能较好，且浇注料2的抗铁水侵蚀性能优于浇注料1；浇注料的抗熔渣侵蚀性能较差，浇注料1的抗熔渣性能远优于浇注料2。浇注料被铁水侵蚀是通过铁水的渗透、冲刷和硅化合物的反应形成的。浇注料被熔渣侵蚀是通过浇注料的溶解、熔渣的渗透和两者界面处发生的反应进行的。硅化合物会通过与铁液发生反应促进铁水侵蚀浇注料，氧化铝则对渣侵蚀浇注料的影响较大。在高炉运行过程中，浇注料1的使用价值超过浇注料2，更适合应用于铁口中心线下的炉缸侧壁处。
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  高炉喷吹煤粉配加兰炭的回旋区燃烧数值模拟

  任萌萌1，任磊1，邹冲1，梁栋2，施瑞盟1，李彦雄3

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 435-444. https://doi.org/DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230181

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  摘要：为了探究喷吹煤粉配加兰炭后回旋区燃烧特性的变化，构建了同时考虑粒径分布和燃料成分差异的数值模型，对温度场、组分浓度场、颗粒轨迹及燃尽率进行分析。研究表明，配加兰炭后，由于挥发分含量降低、平均粒径增大，导致着火位置延后、燃尽率略有降低。配加不同兰炭后对比发现，燃料平均粒度较大但其粒径分散性好，50μm以下颗粒占比大时，整体燃尽率反而较高。随着燃料粒径的增大，预热阶段升温变慢，燃烧阶段比表面积变小，轨迹分散性变差，颗粒聚集处氧气相对匮乏等因素共同导致燃尽率降低，且在50~75μm处急剧下降。通过燃料优选与配加，提高整体挥发分含量，增加50μm以下小粒径颗粒占比，是未来喷吹燃料优化的一个方向。
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  基于新型挡墙的吹氩中间包内流场及温度场优化

  李米佳1，黄在京2，方庆1,3，周文浩3，王家辉1，张华1

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 445-455. https://doi.org/DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230189

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  摘要：提出了一种新型多孔挡墙气幕挡墙组合的控流方法，以某厂单流板坯中间包为对象，对比分析了使用新型挡墙装置前后中间包内流场、温度场及RTD曲线，随后对新型挡墙的参数进行优化。结果表明，新型挡墙组合气幕挡墙的中间包内钢液流场、平均停留时间、死区体积及温度分布均较优于无挡墙、仅气幕和仅新型挡墙方案；新型双挡墙的导流孔半径60mm相较于40、50和80mm方案，钢液平均停留时间增加2.15~28.7s，死区体积比减少0.4%~3.1%，进出口温差降低0.1~0.3K，低温区体积减少0.07~0.75m3，且挡墙间包底所受冲击较小；气幕挡墙距长水口840mm相较于1040、1180、1320与1520mm方案，钢液温度分布和包底所受冲刷差别较小，而平均停留时间增加6.57~25.39s，死区体积比减少0.9%~3.2％。
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  集成IHPOELM的转炉终点磷含量预测研究

  杨荣称1，李爱莲1，崔桂梅1，解韶峰2

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 456-468. https://doi.org/DOI: 10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230179

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  摘要：转炉终点钢水磷含量的预测对控制钢材质量和降低生产成本具有重要意义。为提高转炉终点磷含量的控制精准度和减少原料消耗，提出一种在Stacking集成学习框架下融合多个改进型极限学习机(Improved Extreme Learning Machine, IELM)的转炉终点磷含量预测模型。首先，根据理论基础和相关性分析确定模型的输入特征；其次，针对ELM(Extreme Learning Machine, ELM)的参数选取问题，提出一种改进的猎人猎物优化(Improved HunterPrey Optimization, IHPO)算法对其进行参数寻优得到IELM；最后，在Stacking集成算法框架下，融合多个IELM初级学习器，以高斯过程回归(Gaussian Process Regression, GPR)作为次级学习器，建立StackingIELMGPR集成学习模型。与7种单一模型和2种Bagging同质集成算法进行对比，结果表明，所提出模型在预测精度和误差性能指标方面表现最优，且预测误差在±0003%间的命中率为9286%。
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  基于BP神经网络的钢包渣眼演化行为的预测

  刘晓航1,2，王肸杰3，刘畅1,2，贺铸1,2，李光强1,2，王强1,2

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 469-480. https://doi.org/DOI: 10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230154

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  摘要：钢包底吹精炼过程中，渣眼行为对钢成分和夹杂物数量的调控有着至关重要的作用。由于生产现场工况复杂、温度较高、成本较大等原因，现场测试存在一定难度和危险，测试结果的精度也无法保证。为准确探究钢包底吹孔位置、单孔底吹气体流量和渣层厚度对渣眼面积的影响，采用1∶5的相似比，以150t实际工业钢包为原型建立水模型，利用BP神经网络算法拟合实验数据生成模型，对精炼过程中渣眼的演化行为进行预测。分析表明，当隐藏层神经元数目n=16，迭代次数Epoch=60000时，模型损失函数Error值达到最小，决定系数R2=93439%，模型性能优异，预测精度满足工业需求，可有效地指导工业生产。
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  不锈钢风淬渣非平衡凝固晶相偏离评价

  岳昇1，赵俊学1，曹赓1，樊君2，李彬1

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 481-489. https://doi.org/DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230184

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  摘要：不锈钢渣的风淬法处理是一种快速的非平衡冷却凝固过程。为了探究不锈钢风淬渣的结晶行为，通过Factsage计算钢渣平衡凝固过程，利用X射线衍射法分析AOD炉不锈钢风淬渣的主要矿物组成，采用扫描电子显微镜观察了其各自的微观形貌和分布。结果表明，随着钢渣颗粒粒径由大于4mm减小到大于0.5mm，结晶物相面积占比由36.28%降低到24.88%。同时，快速冷却会使平衡态下不稳定的Ca3SiO5分解受到抑制而使其保留下来。此外快速冷却会抑制晶体形核、生长，影响结晶度，玻璃体比例增大进而提高炉渣胶凝活性。通过控制风淬时气体流速（冷却速度）可以控制钢渣物相组成，改变钢渣的胶凝活性，改善钢渣的利用率。
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  轧辊参数对斜轧穿孔变形过程及内折叠的影响

  尹元德1，张宇1，王纯凯2，郭照生2，李珺2，张义伟1

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 490-501. https://doi.org/DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230266

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  摘要：针对某钢管公司2Cr13钢无缝管穿孔过程中出现的内折叠缺陷问题，在测定2Cr13钢高温力学性能的基础上，借助于有限元软件Simufact，完成对典型规格的2Cr13钢管现有工艺穿孔过程的分析后，对轧辊参数进行了优化设计，在此基础上研究了不同轧辊入口锥角、入口锥分段长度、轧辊辊径和轧辊转速对穿孔内折叠及二次咬入的影响规律。结果表明：将原有轧辊入口锥设计为2段式，第1段变形区长度L11 =170mm，入口工作锥角β11 =1.8°，第2段变形区长度L12=110mm，入口工作锥角β12 =3.2°，采用该轧辊设计方案穿孔时，最大轧制力、顶头轴向力和导板力较原有轧辊分别下降了5.56%、3.89%和20.55%，二次咬入顺利，轧件产生内折叠的倾向性较小；轧辊直径从800mm增大到850mm，轧制力增大，导板力减小，轧件轴向阻力减小，有利于管坯的二次咬入和穿孔过程的稳定，扩大了顶前压下率的调整范围；当轧辊转速从56.4r/min增大到62r/min时，轧件出口速度增大，但轧制力矩增大，能耗增加，轴向滑移增大，轴向速度效率降低，轧件发生内折叠的倾向性增大。
材料研究
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  应力作用下的贝氏体相变动力学模型研究

  周明星1，陈振业2，田俊羽1，蔡锋1，薛正良1，徐光1

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 502-510. https://doi.org/DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230302

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  摘要：贝氏体相变动力学及其模型构建一直是学者们研究的热点。以一种中碳超细晶贝氏体钢为对象，对应力作用下贝氏体相变动力学模型开展详细研究。首先采用van Bohemen和Sietsma提出的贝氏体相变动力学模型对实验数据进行拟合，发现拟合得到的自催化系数小于0，不符合物理规律。主要原因是塑性变形带来了额外形核点，这些形核点作为有利位置被优先消耗，导致形核率随时间延长而降低。基于该机制，对van Bohemen和Sietsma模型进行了修正，在贝氏体形核的原始模型中添加了描述形核率降低的函数g(t)，并采用幂函数和指数函数2种形式来定义g(t)，最终获得了改进后的贝氏体相变动力学模型。改进后的贝氏体相变动力学模型拟合获得的自催化系数大于0，符合物理规律。此外，g(t)为幂函数时，计算精度更高，模型形式更简洁。
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  酸处理优化Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金抗点蚀性能

  王重1，孙一璞2，简选3，王银凤4，李祖鹏5

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 511-519. https://doi.org/DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230319

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  摘要：利用电化学测试方法，系统研究了Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金在10%(质量分数)H2SO4溶液，3.5%(质量分数)NaCl溶液与3.7%(质量分数)HCl溶液中的耐蚀性。发现该高熵合金在10%(质量分数)H2SO4溶液中表现出优异的耐蚀和钝化性能。但由于Mn含量较高，导致其耐Cl-侵蚀能力较差。通过X射线光电子能谱分析(XPS)发现，经过在10%(质量分数)H2SO4溶液中的阳极极化处理后，Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金表面形成的钝化膜主要为Cr(OH)3。电化学阻抗谱(EIS)结果显示，经过阳极极化处理后，Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金在3.7%(质量分数)HCl溶液的耐Cl-侵蚀能力显著提高，电荷转移电阻(Rct)值增加了1.7倍。研究结果表明，通过在H2SO4溶液中进行阳极极化处理以形成稳定钝化膜，可有效提高FeMnCrNi系高熵合金耐点蚀性能，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。
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  铌微合金对1GPa级热轧双相钢组织及性能影响

  王睿1，董思月1，付培茂2，张永青3，于志强1，闫志杰1

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 520-528. https://doi.org/DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230285

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  摘要：为了研究微合金元素铌对热轧双相钢组织和性能的影响，采用相同的工艺制备了含铌和不含铌2种热轧双相钢。通过光学显微镜（OM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）及电子背散射衍射（EBSD）等方法表征了组织变化规律，并分析了铌对双相钢力学性能影响及试验钢的强化机制。结果表明：2种双相钢显微组织均为铁素体和马氏体，铌钢中马氏体体积分数更高；由于铌抑制动态再结晶，无铌钢晶粒以等轴状为主，而铌钢晶粒更细，晶粒呈长条状。铌钢的抗拉强度为1306MPa，屈服强度为1269MPa，硬度为40HRC，冲击功为66.5J，伸长率为12%。位错强化是试验钢的主要强化机制，占总强度40%以上，铌微合金使得试验钢析出强化增量从69MPa(7%)增加到277MPa(22%)、位错强化增量从480MPa (51%)增加到539MPa(42%)和细晶强化增量从143MPa(15%)增加到219MPa(17%)，从而导致铌钢强度增高。
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  亚包晶钢连续冷却转变曲线的不同测定手段与对比分析

  白云1,2，张壮1，陈斌2，王璞1，王鹏2，张家泉1

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 529-537. https://doi.org/DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230195

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  摘要：连续冷却转变曲线的准确测定对于揭示材料的高温组织转变产物及热加工工艺的制定至关重要。以低合金亚包晶钢板坯连铸工况为例，采用Gleeble热模拟试验机和相变仪在0.1~50℃/s冷速范围内利用膨胀法测定其CCT曲线，并结合组织分析和JMatPro计算结果进行了比对分析。结果表明，Gleeble热模拟由于加热方式和试样尺度特点导致实测膨胀曲线稳定性较差；其加热试样中存在室温区、过渡区和高温区，且不同工况下过渡区的冷速均近似为空冷，同样也影响设定温度下实测膨胀曲线的一致性。相变仪试样细小、加热过程温度与组织一致性好，实测相变温度基本一致，获得的CCT曲线较为稳定可靠。综合表明，针对连铸工艺研究中目标钢种相变温度和相含量测算问题，可借助JMatPro热力学软件快速计算毛估目标钢种的相变温度和相组成，但应据此进一步设计实验，利用高精度相变仪获得该钢种的可靠CCT曲线。
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  多次焊接修复对P92钢焊接接头运行安全的影响

  李晓东1，麦雷2，王振2，姚赞新2，郝嘉琦3，车畅4

  钢铁研究学报. 2024, 36(4): 538-544. https://doi.org/DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230262

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  摘要：P92钢已被广泛用于超超临界发电机组中，但多次修复工艺对P92钢焊接接头运行安全性的影响鲜有人研究。研究了多次焊接修复对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多次焊接修复后的P92钢焊接接头的显微组织和力学性能进行检测，结果表明：正常焊接工艺、同质焊材2次和3次修复焊接接头的常规力学性能满足相关标准的要求。923K时效后，2种修复状态的焊接接头强度和焊缝冲击韧性的变化趋势与未修复的焊接接头的基本一致，同质焊材修复接头强度与正常接头相当。蠕变试验结果表明，相同的试验应力下，修复3次焊接接头的蠕变性能低于正常热处理接头。因此可通过多次焊接对P92钢焊接接头进行修复。