2025年, 第37卷, 第8期　刊出日期：2025-08-25

  

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综合论述
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  铁矿烧结制粒强化技术及工艺研究进展

  杨永斌, 杨永昇, 王林, 董寅瑞, 张雁, 李骞

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 967-979. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240368

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  铁矿粉制粒是烧结工序中不可或缺的工艺流程,是烧结质量的重要保证。在铁矿资源逐渐劣质化、铁矿石价格持续波动的背景下,制粒工艺的改进与发展对改善料层透气性、提高烧结生产效率、降低能耗和生产成本具有重要意义。总结了铁矿烧结制粒强化技术及工艺的研究进展,包括常规制粒强化技术与强化制粒新工艺2部分,分析了各类技术与工艺的优缺点及适用范围,旨在为钢铁企业根据自身原料条件与工业需求,科学选择制粒工艺提供可靠的理论依据和实践指导,助力提升烧结生产的资源利用率和经济效益。
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  机器学习在钢铁材料淬透性预测中的应用进展

  李福勇, 王斌斌, 朱德鑫, 武森, 黄胜永, 吴宏辉

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 980-996. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240355

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  淬透性是钢铁材料的关键性能参数,反映钢材在淬火过程中获得均匀硬化能力的特性,直接影响钢材的力学性能和使用寿命。传统物理模型由于在处理复杂成分和工艺参数时精度有限,难以准确预测淬透性。综述了支持向量机(SVM)、决策树(DT)、神经网络(NN)和深度学习等机器学习模型在钢材淬透性预测中的应用,并从预测精度、数据需求和计算效率等方面进行对比分析。对未来的研究方向进行展望,包括提高数据质量、融合模型和增强物理可解释性等关键问题。随着机器学习技术的持续发展,淬透性预测的精确性和泛化性将得到显著提升,为钢铁行业的智能化生产提供有力的技术支撑。
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  乏燃料后处理设备用奥氏体不锈钢研究进展

  刘帅, 赵吉庆, 郑越, 王玮, 杨钢, 何西扣, 杨滨

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 997-1006. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240372

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  乏燃料后处理是核燃料循环的关键步骤,后处理用奥氏体不锈钢面临着严重的硝酸腐蚀问题。在乏燃料后处理苛刻的腐蚀环境中,奥氏体不锈钢难以满足设备需求,研究奥氏体不锈钢在乏燃料后处理环境下的晶间腐蚀具有重要意义。对近几年奥氏体不锈钢在乏燃料后处理环境中阳极和阴极主要腐蚀机理的研究成果进行了总结,介绍了超低碳奥氏体不锈钢、超纯奥氏体不锈钢和高硅奥氏体不锈钢在乏燃料后处理中的应用情况,归纳了3种奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能及研究现状。
冶炼与加工
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  含镁铁矿制备高硅熔剂性球团预热焙烧制度优化研究

  肖祖斌, 滕宇, 杨朝军, 徐超, 蔡皓宇, 王耀祖, 刘征建, 张建良

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1007-1015. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240276

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  当前,低硅铁矿资源已经成为限制球团矿大规模生产的瓶颈之一。因此,开发中高硅熔剂性球团技术,有助于促进低成本球团生产技术的发展。针对高硅熔剂性球团生产技术问题,为了探究工艺条件对于熔剂性球团性能以及微观结构的影响,研究了热工制度对熔剂性球团固结性能的影响规律,并通过热力学计算分析了球团内部液相组成及液相量。结果表明,随着预热温度的提高,预热球强度逐渐提高,亚铁含量逐渐降低,预热温度达到900 ℃时,预热球强度达419.58 N,亚铁质量分数为0.83%;随着焙烧温度的提高,成品球强度先升高后降低,当焙烧温度达到1 215 ℃时,抗压强度达3 188.80 N。同时,表征了碱度对于成品球团矿相结构的影响。结果表明,生产高硅熔剂性球团时,焙烧温度不宜高于1 260 ℃。
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  含铁除尘灰压块冷态强度影响因素研究

  陈咪咪, 王艺慈, 张云昊, 田颖

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1016-1022. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240343

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  高炉布袋灰是包钢难处理含铁粉尘之一,有价金属Zn、K、Na和C含量较高,不能直接在钢铁厂内部循环利用。为实现高附加值利用,通过水洗提取其中K、Na元素,然后将脱除K、Na的高炉布袋灰与转炉一次灰(EP灰)协同压块,以提高后续含铁尘灰的自还原脱Zn效果,得到高品位含铁炉料。将水洗后的高炉布袋灰与EP灰以7∶3比例混料,并进行压块。通过正交试验探究了压块冷态抗压强度的影响因素及最优压块工艺条件,为减少后续碳热还原脱Zn过程的粉化率、减轻炉窑黏结现象、提高脱锌效率提供理论依据。结果表明,各因素对压块冷态强度影响按由大到小的顺序排列为:制样压力、烘干时间、淀粉添加量、膨润土添加量。当膨润土加入质量分数为2％,淀粉加入质量分数为0.25％,CMC加入质量分数为0.5％,烘干时间为120 min,压力为20 MPa,保压时间为60 s时,压块获得最大抗压强度。
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  基于长短期记忆网络模型的转炉吹炼过程预测

  刘增山, 冯亮花, 孔令种, 康小兵

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1023-1031. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240376

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  随着信息技术的发展,充分挖掘、筛选、分析钢铁生产大数据,对钢铁生产实现智能控制、节能增效有重要的意义。通过对某钢厂200 t转炉425组炉气成分实时测试数据深入分析,基于碳积分模型将其转化为碳成分及温度时序数据,并进行数据归一化预处理,建立了能够预测炼钢过程碳质量分数及温度的长短期记忆(LSTM)网络模型。该模型以加料信息和炉气信息为输入变量,通过对生产现场50炉次的终点实测数据与模型计算数值进行对比,结果表明:碳质量分数终点预测误差±0.03%内命中率为96%,温度终点预测误差在±15 ℃内命中率为92%,实际值和LSTM模型预测值偏差较小,同范围内的终点命中率比极限学习机(ELM)和反向传播(BP)神经网络预测模型均有所提高,LSTM模型有利于对冶炼过程实施动态预测和控制。
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  GCr15SiMn轴承钢钢液高洁净化的实验室研究:Al含量的影响

  张国磊, 郭云飞, 韩鹏, 张重阳, 成国光, 张涛

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1032-1039. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240357

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  通过高温反应试验和热力学计算,研究了不同铝含量对GCr15SiMn轴承钢洁净度的影响。无覆盖剂Al-O平衡试验表明:当Al质量分数超过0.01%时,钢中TO质量分数稳定在5×10^-6,典型夹杂物为细小的Al₂O₃,表明此时氧含量完全由Al脱氧反应控制;而当Al质量分数小于0.01%时,钢中出现5 μm以上的SiO₂-MnO-Al₂O₃大尺寸夹杂物。因此,确保Al质量分数在0.01%以上对于提升钢洁净度至关重要。渣-钢反应试验结果进一步表明:初始Al_s质量分数为0.02%,在达到钢-渣平衡时,钢中硅含量和炉渣SiO₂变化最小,钢-渣反应体系较为稳定,能够有效控制钢中的氧含量和钙含量,钢中[O]质量分数为8×10^-6,[Ca]质量分数为2×10^-6。以上结论对渣-钢热力学平衡模型结果进行了验证,对冶炼高洁净化GCr15SiMn轴承钢具有重要指导意义。
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  一种含铬氧化物体系热力学数据库的构建及其应用

  王云飞, 宋生强, 刘航, 黄奥, 文取华

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1040-1049. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240367

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  含铬耐火浇注料因其优异的性能广泛应用于垃圾焚烧气化熔融炉、超高温电炉等领域,但其在服役过程中可能会产生有毒致癌的六价铬,导致废弃耐火材料处置困难且对环境构成严重威胁。因此,在耐火浇注料成分设计过程中不仅要考虑服役性能,更要综合考虑其含铬相的转变和控制六价铬化合物的形成。针对含铬浇注料氧化物体系相图不完善问题,构建了一种新型含铬氧化物体系热力学数据库(WustCr),将其成功耦合于热力学计算软件FactSage中,并对含铬氧化物体系相图进行了模拟。通过对三元体系Al₂O₃-CaO-Cr₂O₃、四元体系Al₂O₃-CaO-Cr₂O₃-Fe₂O₃、Al₂O₃-CaO-Cr₂O₃-MgO和Al₂O₃-CaO-Cr₂O₃-SiO₂以及电炉炉盖用含铬浇注料进行模拟,研究含铬相的转变与六价铬化合物的形成,并与相应试验结果进行对比分析。结果表明,使用WustCr数据库的模拟结果与试验结果有很强的相关性。因此,该含铬氧化物体系热力学数据库可以作为相关体系相图热力学模拟的起点,为环保型高性能含铬耐火浇注料的成分设计提供指导。
材料研究
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  Ti/Nb复合微合金化碳氮化物析出的分子动力学研究

  朱立光, 梁晓东, 陈伟, 杨改彦

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1050-1057. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250047

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  微合金钢中碳氮化物的析出行为是调控钢材组织性能的关键因素。为阐明Ti/Nb复合微合金钢中MX(M=Ti/Nb,X=C/N)型碳氮化物的析出机制及其对相变过程的影响机制,采用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟方法,系统研究了Ti-Nb-C-N多组元体系的原子扩散行为、团簇演化动力学及析出相形成规律。结果表明,Ti/Nb复合添加可显著增强原子间结合能,促进形成Ti-Nb-C-N原子团簇,在奥氏体区优先形成(Ti,Nb)(C,N)复合碳氮化物。弥散化的MX粒子通过Zener钉扎效应细化晶粒,同时在相变过程中作为异质形核核心,促进铁素体形成,协同实现强度-韧性同步优化。从原子尺度揭示了复合微合金化元素的协同作用机制,建立了析出相演化-微观组织演变的关系,为开发高强度高韧性微合金钢提供了基础理论指导。
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  GH4151合金动态应变时效行为

  崔天亮, 谢兴飞, 于武刚, 吕少敏, 曲敬龙, 杜金辉

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1058-1068. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250021

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  通过650~800 ℃高温拉伸试验研究了5×10^-6 s^-1应变速率下GH4151合金动态应变时效行为,并使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观察分析了合金微观结构演化特点。结果表明:在650~800 ℃内,随着拉伸温度升高,GH4151合金应力振幅增大,应力-应变曲线的锯齿状波型由A+B型转变为B+C型。在650 ℃下拉伸时,GH4151合金的主要变形机制为位错剪切二次γ′相产生层错(SFs)。在800 ℃下拉伸时,部分层错已转化成微孪晶(MTs),不同滑移系的位错与MT的相互作用,是导致800 ℃应力-应变曲线锯齿振幅增大的主要原因。原子级能谱分析(EDS)和锯齿流变热激活能计算结果表明,GH4151合金动态应变时效是由位错与管道扩散的置换原子(Cr、Co)相互作用所导致。
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  镍基高温合金DD6在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学及磨损行为研究

  范爱琴, 乔岩欣, 冯少宇, 杨兰兰

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1069-1076. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250012

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  通过探究镍基高温合金DD6在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学行为,发现该合金在NaCl溶液中能够生成稳定存在的钝化膜。通过观察DD6合金的动电位极化曲线和极化后的表面形貌,发现其在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀电流密度极低,极化后表面无明显点蚀坑,耐腐蚀性能比较优异。分别观察DD6合金在空气和质量分数为3.5%的NaCl溶液中的磨损行为,发现在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的摩擦系数明显低于在空气中的摩擦系数。介质的变化导致DD6合金的磨损机理从氧化磨损和磨粒磨损(空气)转变为疲劳磨损(质量分数为3.5%的NaCl溶液)。DD6合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的磨痕深度小于在空气中的磨痕深度,说明DD6合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中会发生比较轻微的磨损行为。
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  微晶铸造对K447A合金760℃持久性能的影响

  胡聘聘, 王越, 何金珊, 张丽辉, 罗亮, 王西涛, 肖程波

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1077-1085. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240366

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  微晶铸造工艺可通过细化晶粒提高合金中低温性能,但由此增加的横向晶界可能会损伤合金高温持久蠕变性能,导致构件过早失效。在760 ℃/724 MPa条件下对普通铸造、细晶铸造和微晶铸造K447A合金进行了持久性能测试,利用扫描电子显微镜、能谱仪和电子通道成像技术表征了持久试验前后的显微组织,讨论了微晶铸造工艺对K447A合金持久性能的影响。结果表明:微晶铸造工艺可延长K447A合金的持久寿命至194 h,与普通铸造、细晶铸造合金相比分别增加134%和69%。该条件下,持久变形以晶内位错剪切γ′相为主,裂纹萌生于试样表面并穿晶扩展。由微晶铸造工艺引起的晶粒及碳化物细化、γ′相体积分数增加和枝晶组织消失有效抑制了裂纹萌生与扩展,使K447A合金在该条件下的持久寿命显著提高。尽管微晶铸造K447A合金产生了晶界氧化裂纹,但其对力学性能的损伤远低于晶粒细化所产生的强化效果,因而合金持久性能显著提升。
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  冷却时间参数t_8/5对LNG储罐用高锰钢粗晶热影响区组织性能的影响

  齐祥羽, 赵佳迪, 严玲, 刘粤龙, 刘鹏程, 霍光瑞

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1086-1094. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250028

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  利用热模拟手段,探究冷却时间参数t_8/5对LNG储罐用高锰钢粗晶热影响区显微组织和超低温冲击性能的影响。研究发现随着t_8/5由10 s增加至120 s,粗晶热影响区的冲击吸收能由175 J降低至149 J,显微硬度值由176HV降低至165HV。同时发现组织为单相奥氏体,平均等效奥氏体晶粒尺寸由40~50 μm增加至88~100 μm。大尺寸的奥氏体晶粒减少了形变孪晶产生的门槛应力值,有利于形变孪晶的生成,从而发生动态Hall-Petch效应,这是试验钢粗晶热影响区在超低温环境下展现出卓越冲击韧性的关键因素。当t_8/5增加时,试验钢粗晶热影响区组织中的奥氏体晶粒尺寸也随之增大。在冲击载荷作用下,随着t_8/5增加,试验钢粗晶热影响区的超低温冲击韧性逐渐下降。
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  DP980与QP980异质接头胶点焊工艺优化及断裂分析

  刘立学, 佟连杰, 孟根巴根, 张茜, 夏明生

  钢铁研究学报. 2025, 37(8): 1095-1103. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250133

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  以抗拉强度不小于980 MPa的双相钢(DP980)与淬火配分钢(QP980)的异质基材胶点焊接头为研究对象,研究其在拉伸载荷下的力学行为与断裂失效形式,提出基板预制凸点的优化胶点焊方法。结果表明:胶点焊工艺优化前,由于结构胶导电性差,焊点易出现微裂纹、微孔洞缺陷,接头失效模式为焊点熔核断裂的脆性失效模式,峰值载荷为20 kN,峰值位移为1.1 mm。通过预制凸点的优化胶点焊工艺,断裂形式转变为焊点纽扣拔出的韧性断裂,峰值载荷提升至24 kN,峰值位移增至2.2 mm。优化后的胶点焊接头显微组织、硬度分布与点焊接头一致,规避了结构胶导电不良的问题,其力学性能也优于点焊接头,为异质高强钢的胶点焊连接提供了新的可靠方案。