2025年, 第37卷, 第7期　刊出日期：2025-07-25

  

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综合论述
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  钢厂熔融金属智能安全调运技术研究进展

  阳晋, 辛同泽, 刘晶, 葛雨田, 李岚昕, 张雯嫣, 王敏

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 833-844. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250011

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  熔融金属转运过程中容易发生多种事故,实现运输过程智能化是提高整体运输安全性的重要发展方向。首先分析了典型熔融金属运输事故致因,并结合标准规范总结了17条安全隐患及可能造成的后果。随后总结了熔融金属运输有风险多样性、风险突发性、成因复杂性、事故严重性和事故可避免性5个特点。通过调研6家典型钢厂总结了熔融金属运输现状,讨论了智能运输技术进展,目前国内钢铁企业处于半人工与半智能自动化相结合的阶段。最后分享了研究团队针对钢厂铁路运输建立的智慧运输系统,从行车智能控速、电子标签定位及矫正、轨道尽头防护和道口智能识别4个方面建立了安全辅助防护系统。
冶炼与加工
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  含钛铁水黏流特性及分子动力学模拟研究

  沈正华, 邢相栋, 折媛, 李信毅, 苗红生, 郭鹏辉

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 845-853. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240342

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  新疆哈密地区钒钛磁铁矿资源丰富,综合利用价值高,为解决中国西北地区优质铁矿石资源短缺、进口铁矿石成本高昂的问题提供了有效途径。铁水的黏流特性是影响铁矿石高炉冶炼顺行的关键因素。钒钛磁铁矿冶炼所得含钛铁水黏度通常大于正常铁水,易出现铁水黏罐和黏钩等问题,导致出铁困难,不利于生产的高效进行。钛是导致铁水黏度增大的主要原因,但是钛对含钛铁水黏流特性的影响机理尚不明确。因此,以某钢厂实际生产的铁水为研究对象,采用振荡杯式高温熔体黏度仪测试了钛含量对铁水黏度的影响,并用分子动力学模拟计算深度揭示了钛对铁水熔体结构的影响机理。结果表明,铁水黏度和熔化性温度随钛含量升高而增大,尤其是钛质量分数大于0.3%后铁水黏度和熔化性温度急剧上升。在1 450 ℃,钛质量分数由0.1%增加至0.4%,铁水黏度增大4.2 mPa·s,熔化性温度升高99 ℃。分子动力学研究表明,钛原子与碳原子之间的相互作用远大于碳原子与铁原子之间的结合能力,钛原子占据碳原子与铁原子配位的空间,与碳原子产生稳定配位核心,在铁水中形成复杂的团簇结构。随着钛含量增大,团簇结构愈加复杂,碳和铁原子的扩散能力降低,导致铁水流动能力变差。
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  富氢气氛下球团矿软熔滴落行为研究

  徐州, 郭正启, 朱德庆, 潘建, 王金, 赵富康

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 854-865. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240327

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  高炉富氢和高比例球团冶炼技术是中国高炉低碳炼铁的重要途径,但由于H₂和CO还原特性存在差异,会导致球团矿的软熔滴落性能发生变化,因此探究球团矿在富氢气氛下的软熔滴落性能,对于富氢高炉的稳定运行和效率优化具有重要意义。针对普通酸性球团矿,研究了其在不同还原气氛下的软熔滴落行为,揭示了不同氢气比例对球团矿软熔滴落性能的影响。结果表明:富氢还原可以提高球团矿抵御软熔收缩的能力,随着还原气中氢气比例的提高,球团矿的软化开始温度T₁₀,软化结束温度T₄₀以及软化区间均呈线性增加;另外,球团矿的熔化开始温度T_s和滴落开始温度T_d也随着氢气比例的提高而升高,但是球团矿的熔滴区间却呈现先变窄后变宽的规律,从114 ℃降低至93 ℃,随后又升至148 ℃。高炉富氢可以改善料层透气性,但是氢气比例不是越高越好,氢气比例为10%时料层透气性达到最佳,不过即使氢气比例提升至30%,料层透气性仍然比初始状态要好。
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  基于自适应特征提取的转炉终点预测模型

  潘佳, 孙中强, 刘晓航, 李光强, 王强

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 866-877. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240338

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  转炉终点的温度和碳含量是转炉终点控制的重要参数。转炉终点特征因子的传统分析方法依赖人工经验,但随着数据量的急剧增长和工艺复杂性的增加,人工分析的方法难以充分挖掘转炉冶炼数据中的潜在关系,无法对转炉终点控制的特征因子进行深入理解。提出了一种神经网络特征提取与树模型回归相融合的新方法,用于寻找特征因子中复杂关系,进一步精确预测转炉终点的温度和碳含量。通过构建可调节的神经网络作为特征提取器,采用贝叶斯优化方法自动搜索最佳网络结构,设计适用于转炉流程的特征提取网络。其次,利用LightGBM树模型对特征因子进行回归分析。采用自定义的训练过程,将树模型的预测误差反向传播至特征提取网络,更新网络权重。结果表明,该方法显著提高了预测精度,终点温度±15和±20 ℃误差内的命中率分别达到91.80%和96.12%,终点碳±0.01%和±0.02%误差内的命中率分别达到90.72%和96.36%,且其在现场落地后,转炉一倒出钢率提升了10%。
材料研究
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  Ti-Mo系低碳微合金钢相界面固溶热力学及模型研究

  程柯扬, 胡海江, 何平, 苏思琪, 黄琪, 张志洋, 王本科

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 878-887. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240284

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  相间析出与合金元素在α/γ相界面的偏聚行为密切相关,但目前缺少偏聚行为的定量分析模型。基于相界面偏聚热力学,建立了Ti、Mo合金元素在相界面的偏聚能计算模型,得到了不同温度下Ti、Mo元素的偏聚能,以及不同偏聚能分布模型下Ti、Mo元素的偏聚情况。结果表明,Ti和Mo偏聚能均随温度升高而增加,但增加幅度不大,Mo的偏聚能小于Ti的偏聚能,当温度从650 ℃增加至750 ℃时,Ti在α/γ相界面的浓度尖峰从1.497%(原子数分数)降低至1.344%(原子数分数),其富集因子在13~15之间变化;Mo在α/γ相界面的浓度尖峰从0.155% (原子数分数)增加至0.172% (原子数分数),其富集因子在1.5~1.7之间变化,Ti的浓度尖峰远大于Mo的浓度尖峰。此外,还证明了Mo在α/γ相界面的固溶度随温度增加而增加,Ti在α/γ相界面的固溶度随温度增加而降低,这说明Ti的相界面固溶会受到其他合金元素固溶的影响。
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  钒微合金化双相钢的组织形貌特征及性能分析

  侯晓英, 殷继丽, 丁明凯, 王业勤, 刘万春, 刘培星, 王鹏, 郝亮

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 888-897. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240352

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  通过工艺调控获得F/M和F/GB 两种双相钢材料,并利用静态拉伸、扩孔、SEM、TEM、EPMA等方法,研究组织形貌特征及性能。结果表明,F/M双相钢微观组织由42%(体积分数,余同)铁素体和58%板条马氏体组成,有先共析铁素体和再结晶铁素体2种形态存在,平均晶粒尺寸约为2.4 μm。F/M双相钢材料抗拉强度为1 094 MPa,屈强比为0.559。F/GB双相钢组织由23%铁素体、64%粒状贝氏体和12%块状残留奥氏体组成,直径为3~9 nm的VC析出粒子呈直线平行排列,列间距为30~50 nm。F/GB双相钢材料抗拉强度达到1 133 MPa,屈服强度为798 MPa,屈强比为0.704,断后伸长率达到19.4%。此外,F/GB双相钢具有优良的强塑性匹配和扩孔性,扩孔率达到33%。
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  Fe-0.05C-0.20Nb三元合金中的奥氏体逆相变动力学

  靳朵朵, 魏然, 蔡义明, 吴开明

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 898-909. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240365

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  以 Fe-0.05C-0.20Nb 三元合金为研究对象,探究微合金化元素Nb对奥氏体逆相变的影响。采用高温激光共聚焦显微镜原位动态观测等温过程中奥氏体形核位置与长大过程。利用Gleeble热模拟、TEM、EBSD等技术,研究该合金两相区等温奥氏体逆相变行为,使用DICTRA软件模拟奥氏体逆相变动力学。结果显示,800 ℃时等温逆转变奥氏体优先在原奥氏体晶界处形核,且形貌呈块状。等温过程析出的NbC消耗系统中C含量,从而降低奥氏体相变驱动力,导致奥氏体转变量减少。模拟和试验结果均表明Nb元素在界面处发生偏聚,使奥氏体相变速率变慢。相较于NbC的钉扎效应,溶质拖曳效应产生的能量耗散是相变速率较慢的主要原因。
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  45Cr9Si3马氏体气阀钢铸坯碳化物解析

  季灯平, 黄宗瑗, 宋光洁, 徐翔宇, 付建勋

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 910-918. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240297

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  45Cr9Si3钢是应用广泛的中碳马氏体气阀钢,钢中碳化物的形态、数量、大小和分布对45Cr9Si3钢的性能有重要影响。借助金相显微镜、扫描电镜、三维腐刻仪及能谱分析仪对某厂45Cr9Si3模铸坯中碳化物类型、形态及分布情况进行解析,使用Thermo-Calc 2020b热力学软件计算45Cr9Si3马氏体气阀钢的相转变和碳化物析出行为。结果表明,45Cr9Si3马氏体气阀钢碳化物类型为富Cr的M₇C₃型碳化物和富Nb的MC型碳化物;铸坯中碳化物形貌主要可以分为4类:颗粒状碳化物、块状碳化物、长条状碳化物和聚集网状碳化物。颗粒状碳化物尺寸为3~5 μm,块状碳化物尺寸在10~15 μm之间,长条状碳化物尺寸约为20~50 μm,聚集网状碳化物由颗粒状、块状、长条状碳化物聚集形成,其尺寸达70~120 μm。从边部到心部碳化物形态的演变规律为:颗粒状→块状→长条状→网状,从边部到心部碳化物不均匀性逐渐增强,边部碳化物以颗粒状和块状为主,1/4中心处碳化物呈长条状,心部碳化物呈网状结构;从边部到心部碳化物的平均等效直径由10.2 μm增长到17.1 μm,面积比例由0.86%增长到1.48%,碳化物的密度由边部的72个/mm²下降到心部的43个/mm²。
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  Ce微合金化对低合金耐磨钢夹杂物与凝固组织的影响

  牛泽鹏, 于彦冲, 郑仲, 马国强, 毛旺旺, 张金玲, 王广

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 919-928. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240341

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  为提升ZG25CrNiMo 低合金耐磨钢的冲击磨料磨损性能,基于稀土元素在钢中的有益作用,研究稀土Ce 对钢中夹杂物及铸态凝固组织的影响。结果表明:添加质量分数为0.004 8%的Ce后,试验钢铸态夹杂物由MnS包裹的大尺寸、不规则状Al₂O₃-MnO-SiO₂复合夹杂物改性为小块MnS附着的小尺寸、球形CeAlO₃-MnO-SiO₂复合夹杂物,同时夹杂物数量减少、平均尺寸降低。对各稀土夹杂物进行了热力学计算,发现1 873 K下CeAlO₃夹杂物最易生成。试验钢铸态凝固组织显著细化,等轴晶比例由16.1%提升至26.6%。错配度计算结果表明,CeAlO₃的(011)面与δ-Fe(110)面之间的错配度为7.86%,可以作为δ-Fe非均质形核核心,在钢液凝固阶段提供更多的形核位点,细化铸态凝固组织。高温共聚焦试验结果表明,添加稀土Ce后,试验钢凝固过程中形核位点数量显著增加且初期凝固组织明显细化。添加0.004 8%Ce后,试验钢凝固组织得到细化。
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  基于机器学习的管线钢夹杂物图像识别

  王梓雄, 成林, 胡丞杨, 刘恩永, 余丽玲, 吴开明

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 929-939. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240362

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  管线钢中非金属夹杂物是诱发氢致裂纹(HIC)的关键,夹杂物数量、尺寸、形貌与HIC敏感性正相关。实现夹杂物形态精准调控已成为制造高级别管线钢的技术难点。建立夹杂物识别模型,为夹杂物演变规律、优化管线钢质量控制提供技术指导。采用YOLOv5目标检测算法,成功实现了管线钢中4类典型非金属夹杂物的智能识别与分类。该模型检测精度:MnS夹杂物100%,TiN析出相95%,Al₂O₃团簇83%,Al₂O₃·MnS复合相94%。通过夹杂物的形成对管线钢力学性能的影响机制进行了分析。
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  海洋不同区带环境对S355钢初期腐蚀行为影响

  屈阳, 薛家梁, 张悦, 麻衡, 李艳, 逄昆, 崔中雨

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 940-949. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240369

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  通过失重试验、表面和截面形态观察以及腐蚀产物成分分析,对S355钢在青岛不同海洋环境区带(大气区、飞溅区、潮差区和全浸区)的腐蚀行为进行了研究。结果表明,经过6个月的暴露试验后,腐蚀失重和腐蚀速率在潮差区最高,全浸区次之,大气区最低。S355钢的初期腐蚀行为受海洋区带的影响显著,由于飞溅区及潮差区频繁的干湿交替循环,使得氧气供应充足且电解质液膜能够周期性存在,因此,锈层厚度大于大气区及全浸区。S355钢在4个区带都发生了局部腐蚀,其中,大气区腐蚀坑的深度分布是4个区带中最集中的,坑小且分布密集。在飞溅区和潮差区,由于氧气供应充足和电解质层的稳定存在,促进了腐蚀坑的发展,导致最大腐蚀深度和最小腐蚀深度之间存在明显差异。
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  GH4742合金大型轮盘锻件不同部位的组织性能演变

  李振团, 秦鹤勇, 赵光普, 田强, 李想

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 950-959. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240340

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  为研究GH4742合金轮盘锻件不同部位的组织性能差异,对轮盘锻件不同部位组织、常规力学性能、650 ℃/823 MPa高温持久寿命进行对比分析。结果表明,轮毂、辐板及轮缘位置的组织、γ′相形貌存在显著差异。轮毂晶粒度为7级(平均晶粒尺寸为28.3 μm),辐板晶粒度为7.5级(平均晶粒尺寸为26.9 μm),轮缘晶粒度为8.0级(平均晶粒尺寸为21.9 μm)。轮盘端面二次γ′相、三次γ′相为尺寸细小的椭圆形。轮盘上部、中间区域的二次γ′相、三次γ′相形貌为尺寸粗大的花瓣状、椭圆状。轴向上轮盘上部、下部区域的硬度较高,中部区域硬度较低,硬度值从轮缘端面到轮毂逐渐降低。轮缘、辐板部位综合力学性能最优,轮毂部位冲击、持久性能较差。
能源与环保
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  炉渣碱度对微晶铸石晶化行为及理化性能的影响

  吕智智, 王艺慈, 王晨, 柴轶凡, 张利萍, 常宏涛, 曹旭

  钢铁研究学报. 2025, 37(7): 960-966. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250318

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  以包钢高炉渣为主要原料,外加少量的石英砂和含铬晶核剂成分,采用熔融一步法制备微晶铸石,并对其进行X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)观察以及理化性能分析,研究炉渣碱度对微晶铸石晶化行为及理化性能的影响规律。结果表明,碱度低于0.95时,其主晶相为镁黄长石(Ca₂MgSi₂O₇)、钙铝黄长石(Ca₂Al₂SiO₇)和少量辉石(CaMgSi₂O₆);碱度高于1.0时,辉石消失。从微晶铸石显微结构来看,碱度低于0.95时,晶粒较大,分布较为稀疏;碱度为0.95时,晶体呈不规则的块状、粒状,粒径约2~5 μm,分布均匀、致密;碱度高于0.95时,晶粒较小,出现较多显微裂纹。碱度为0.90~0.95的微晶铸石,综合性能优于天然大理石,可以作为天然大理石的替代品,从而为提高工业固废利用率和附加值、缓减环境污染开辟了新途径。