2025年, 第37卷, 第9期　刊出日期：2025-09-25

  

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综合论述
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  取向硅钢硅酸镁底层的形成、调控及磁性影响因素

  唐志鹏, 张刚, 侯廷平, 吴开明, 傅涛, 宗俊

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1105-1122. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250085

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  取向硅钢作为一种关键软磁金属材料,在变压器铁芯等核心部件的制造中占据着举足轻重的地位。在取向硅钢的生产制造过程中,高温退火工序形成的硅酸镁底层质量至关重要。硅酸镁(Mg₂SiO₄)作为底层最基本的结构单元,其晶粒的形态分布对取向硅钢磁性和铁损有决定性作用。硅酸镁底层不仅在辅助基体Goss取向二次晶粒择优长大、增强磁畴壁钉扎效应、提高取向硅钢成品层间电阻及调控表面膜层应力等方面发挥着关键作用,而且为后续工序形成高质量绝缘涂层奠定致密且完整的表面基础,是成就取向硅钢产品优异综合性能关键的组成部分。深入解析了取向硅钢退火过程中硅酸镁底层的形成机制及其对硅钢磁性能调控原理;同时分别从SiO₂氧化层特性、MgO涂层及其添加剂、高温退火工艺等主要因素,系统梳理并评述了近年来硅酸镁底层质量调控及磁性提升的研究进展。最后,对当前硅酸镁底层研究领域的重点工作进行了归纳总结,并对未来取向硅钢硅酸镁层研究方向进行了展望。
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  处理工艺对钢渣性能影响及应用研究现状

  张海艳, 林文龙, 邢宏伟, 张伟, 王辉, 裴晶晶

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1123-1133. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250020

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  钢渣作为冶炼粗钢的附属产品,其产量十分庞大。而钢渣利用率过低造成了资源浪费和环境污染等问题,因此创新发展钢渣处理工艺、拓展钢渣应用领域、提高钢渣资源化利用率已成为当务之急。首先,总结了利用钢渣物理性能和化学性能在农业、功能材料和建筑建材等多个领域的直接及间接应用现状;其次,按照冷却速率将国内外主流工艺分为急冷工艺和缓冷工艺两类,并对两种工艺的工作流程及优缺点进行了比较;最后,分析了不同工艺条件下钢渣的理化性能差异与成因,并对未来钢渣处理工艺和应用发展方向进行了展望。
冶炼与加工
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  面向铁钢界面低碳化高温铁水输运温降特性的评测方法研究

  赵金元, 涂德浴, 童宝宏, 崔学峰, 黄俊, 冯建有

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1134-1143. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250051

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  由于高温铁水运输过程中铁水温降预测不准确、测量试验成本高,故将数值模拟和神经网络相结合,生成一种智能建模预测技术,并将其应用于高温铁水输运温降特性分析中。以某厂320 t加盖鱼雷罐输运高温铁水过程为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)技术构建高温铁水温降特性的预测仿真模型,并建立与高温铁水输运温降特性相关的 BP 神经网络模型。利用数值模拟温度场数据作为样本,对该网络模型进行训练,运用训练好的 BP 神经网络智能模型对各种工况下铁水输运的温降特性进行预测分析。通过方法可视化界面,实现神经网络预测模块与代数计算模块的无缝衔接。此模型可通过神经网络进行温度预测,也可执行节能效益公式运算,形成“预测-计算”一体化功能链。输出数据包含温降数据、节能效益的评价。结果表明,采用该方法的仿真分析值与实测值较为吻合,可将其用于高温铁水输运温降的预测中。
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  氧氮混吹高效提钒技术研究与应用

  谢峰, 陈炼, 雷辉, 张家利, 杨森祥

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1144-1151. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250029

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  通过热力学计算,探究了含钒铁水氧化过程中不同氧化性条件下的渣金平衡规律及碳钒转换规律。结果表明,降低转炉吹炼过程的系统氧势能够在保证钒正常氧化的前提下减少碳的烧损。采用氧氮分段供气、氧氮混合供气与喷吹氧气供气3种供气方式进行了对比试验,发现其中2种混吹方案都可以降低碳烧损,且氧氮混合供气更优。采用混合气体喷吹进行了提钒工业试验,发现钒正常氧化时提钒终点碳质量分数提高了0.06%,过程碳烧损率降低了2.17%。
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  基于INSGA2转炉配料多目标优化

  刘海, 李爱莲, 解韶峰

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1152-1161. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250038

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  转炉炼钢过程中,配料直接影响钢水质量、冶炼效率及经济成本。传统配料方法依赖人工经验、缺乏科学依据。选择具备快速非支配排序机制、处理多目标优化问题有显著优势的第2代非支配排序多目标遗传算法(NSGA2)作为寻优算法,综合质量、吹损量、经济成本3个因素分别构建模型(成本、吹损为目标函数,质量作为约束条件)。针对算法初始种群分布不均匀、迭代后期局部搜索能力不强等问题,引入最大和最小拉丁超立方采样、自适应变异因子2种改进策略,提高了算法的寻优能力。通过历史数据检验,改进后的第2代非支配排序多目标遗传算法(INSGA2)能够在保证钢水质量的前提下搜寻更多的帕累托最优解,所选择的最佳配料方案预计可降低0.012 2的吹损、节约经济成本36 230元,为转炉配料提供高效、经济的指导。
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  基于神经网络的Mn收得率预测模型的建立与应用

  赵立华, 徐雍钊, 杨帅, 薛超, 包燕平

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1162-1172. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250045

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  合金减量化是在保证不影响钢铁品质的前提下,通过优化合金成分、改进生产工艺降低合金用量。减少铁合金的加入不仅能够实现降本增效,还可节约铁合金资源,降低生产铁合金过程的碳排放。以HRB4Nb-8钢种的实际生产数据为研究对象,利用主成分分析法(PCA)进行数据降维,有效剔除变量之间的相互影响,最终确定13项工艺参数作为输入向量。采用麻雀搜索优化算法(SSA)优化Elman神经网络(ENN)构建了Mn元素收得率预测模型。PCA-SSA-ENN预测模型预测Mn元素收得率在±1%误差范围内命中率为86.67%,在±2%误差范围内命中率为96.67%。本模型在实际生产中得到了应用验证,结果表明,该模型能够提前精准预测收得率。根据本模型预测结果对合金进行添加,成品钢液的元素含量波动显著降低,每炉钢合金加入量平均减少60.3 kg。该企业每年生产7 000炉钢,对其效果进行估算,可节约合金加入量413 t,每年合金化成本降低302.4万元,减少碳排放198.24 t。
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  LF精炼渣成分对Q355钢液脱硫的影响

  杨海昕, 张波, 王举金, 刘晓峰, 王金淑, 张立峰

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1173-1184. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250003

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  为得到最利于实际生产且脱硫效果良好的精炼渣成分,通过工业试验调整了5炉LF精炼渣,对钢液硫含量变化规律进行研究。为明确精炼渣的脱硫效果,计算了精炼渣的完全熔化温度、黏度、理论脱硫能力以及脱硫指数(S_index)。精炼渣的脱硫能力与CaO含量有关,CaO与Al₂O₃的质量比对精炼渣的多种性质均有很大的影响。结果表明,硫容量(C_S)随着精炼渣CaO与Al₂O₃质量比的增加而无限上升,S_index随着精炼渣CaO与Al₂O₃质量比增加呈现先上升后下降的趋势。当CaO/Al₂O₃(C/A)为1.8~2.0时,S_index达到最大值,表明此时脱硫效果最好。精炼渣的完全熔化温度低于1 600 ℃时,黏度处于最低值,表明此时精炼渣的流动性较好。综合考虑精炼渣的脱硫能力、完全熔化温度、黏度,当精炼渣中CaO的质量分数在55%~58%内、C/A为1.8~2.0、MgO质量分数不高于6%、SiO₂质量分数(8%)较低时,精炼渣对脱硫有利。
材料研究
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  微量Nb、Nb-Ti、Nb-Ti-V对低合金铝镇静钢高温热塑性的影响

  张慧杰, 彭宁琦, 丁兴艳, 汪贺模, 袁桥军

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1185-1192. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250015

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  采用MMS-200热模拟试验机对几种微量Nb、Nb-Ti、Nb-Ti-V处理的低合金铝镇静钢进行850~1 050 ℃的高温拉伸试验,进行高温热塑性研究,同时采用Thermo-Calc软件计算试验钢的热力学和动力学,并结合拉伸断口形貌及析出相的SEM观察进行分析。结果表明,对低合金铝镇静钢,在850~1 050 ℃试验温度范围内,铁素体转变以及AlN、V(C,N)析出对试验钢高温热塑性的影响很小,主要是纳米级的细小Nb(C,N)会使其高温热塑性显著恶化;而Nb-Ti或Nb-Ti-V处理试验钢中形成尺寸较大的(Nb,Ti)(C,N)或(Nb,Ti,V)(C,N)复合析出相,其对钢的高温热塑性影响大幅降低。因此,采用矫直温度较低的大断面连铸坯生产时,为减少连铸坯表面裂纹的发生,对含质量分数为0.032%~0.046%Nb的低合金铝镇静钢,应提高矫直温度至910~940 ℃,或者再加入微量Ti,有效提高钢的高温热塑性,使其可以在850~900 ℃温度区间矫直。
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  奥氏体不锈钢Fe-25Cr-20Ni多道次微观划痕的变形与切屑行为

  吕贝贝, 李云杰, 居家辉, 王博源, 韩杰, 夏文真

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1193-1205. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250080

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  探究了奥氏体不锈钢Fe-25Cr-20Ni不同晶体取向({001}、{101}、{111})在循环摩擦载荷下的塑性应变累积与切屑形成机制。通过多道次纳米划痕试验结合高分辨表征发现,晶体取向显著影响划痕形貌演变与切屑行为:单道次划痕中,{001}0°、{101}30°及{111}0°取向表现出最优抗塑性变形能力。多道次加载(1~10次)导致凹槽尺寸呈非线性增长,其中,首2道次宽度和深度增幅最大。随着划痕次数增加,切屑分布由取向依赖转变为全取向覆盖。此外,加工硬化效应通过抑制位错滑移主导凹槽扩展过程。位错分析揭示,浅层划痕因位错密度梯度大,二次划痕时位错增殖显著,而深层划痕因位错饱和导致变形受限。
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  马氏体不锈轴承钢Cr14Mo4V和G30Cr15Mo1N钢的微观组织与耐磨性对比研究

  李檀, 王存宇, 王姗姗, 俞峰, 王辉, 曹文全

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1206-1214. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250044

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  在Cr14Mo4V和G30Cr15Mo1N2种马氏体不锈轴承钢硬度均满足轴承钢使用要求的前提下,针对特殊工况如何选择材料是工程技术人员面临的重要问题。对比研究了Cr14Mo4V和G30Cr15Mo1N钢的微观组织结构,以及在环块磨损条件下的耐磨性。结果表明,2种试验钢的微观组织都是马氏体基体+碳化物,Cr14Mo4V钢中存在较多大尺寸共晶碳化物,碳化物平均直径为G30Cr15Mo1N钢的3倍以上;G30Cr15Mo1N钢组织均匀细小,碳化物数量约为Cr14Mo4V钢的10倍。环块磨损条件下,Cr14Mo4V钢的磨损体积约为G30Cr15Mo1N钢的1/10,2种钢均表现出了磨粒磨损和氧化磨损的混和磨损机制,高硬度、大尺寸碳化物在摩擦过程中起到了作为耐磨、钉扎组织阻碍马氏体组织剥落的作用,提升了Cr14Mo4V钢的耐磨性。
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  高性能桥梁钢焊缝组织调控及强韧化机制研究

  郝玉朋, 高振坤, 李力, 袁泰北, 郭荣

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1215-1223. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250033

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  高性能桥梁钢是先进钢结构桥梁建设的关键材料,焊缝的强韧化是提升高性能桥梁钢应用性能的关键。控制焊接热输入和焊接电流等关键参数来调控焊缝组织是提升其冲击韧性的重要途径。通过研究明确了不同焊接电流下,500 MPa级桥梁钢焊缝的组织演化,分析了显微组织的演化对焊缝冲击韧性的影响规律。随着焊接电流增大,焊缝中的针状铁素体含量上升,冲击韧性提高。但当焊接电流增加至630 A时,针状铁素体转变为多边形铁素体。大量交错排列的针状铁素体形成“网篮结构”,延长了裂纹扩展路径,从而提高了焊缝的冲击韧性。多边形铁素体通过均匀变形消耗能量,也可减缓裂纹扩展。焊接电流控制在600~630 A,焊缝的-40 ℃冲击吸收能量大于110 J。
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  DC53/42CrMo双金属复合过程界面组织演变

  黄恩浩, 曹玉龙, 张赛康, 马崇圣, 张中心, 李光强

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1224-1232. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250036

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  在液-固复合法制DC53/42CrMo复合材料过程中,由于界面过渡区跨度小、难取样,而为复合材料界面成分-组织-性能演变规律研究来困难。基于双金属复合过程特征,通过调整DC53与42CrMo质量占比设计了5组(5∶1~1∶5)界面成分过渡演变的热态模拟试验,系统研究了成分梯度对相析出、CCT曲线及组织性能的影响。结果表明:随着DC53与42CrMo质量比的减小,钢中C、Cr、Mo、V等含量逐渐降低,钢的CCT曲线左移,M_s、M_f温度逐渐升高、临界淬火冷却速度逐渐增加,发生了由马氏体转变向贝氏体转变、再到珠光体转变的过渡反应;钢中碳化物由M₇C₃、M₆C型向M₃C型过渡,其数量、尺寸逐渐减小;钢基体显微硬度由744.5HV降至348.7HV,洛氏硬度由62.8HRC降至34.9HRC。通过热模拟试验克服了传统复合材料界面研究中取样难的局限,系统揭示了液-固复合法制备双金属复合材料界面过渡区的成分-组织-性能关系,为界面组织、性能优化调控提供了有效策略。
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  Nb微合金奥氏体不锈钢在模拟海水中的电化学腐蚀研究

  吴相助, 程石, SUNDAS Arshad, MARINA Afzal, FAIQA Barkat, 张子瑞, 吴开明

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1233-1245. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250055

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  随着“双碳”战略的全面推进,中国对海洋清洁能源的开发已进入加速发展期。为提升304奥氏体不锈钢在海水中的耐蚀性能,通过向不锈钢中分别加入质量分数为0、0.03%、0.06%的Nb,研究不同Nb含量对其耐海水腐蚀性能的影响。结果表明,随着Nb含量的增加,304奥氏体不锈钢的晶粒尺寸明显减小。当304奥氏体不锈钢中的Nb质量分数从0增加到0.06%时,恒电位极化下的电流密度值从8.72 mA/cm²下降到3.60 mA/cm²,击穿电位(E_p)从160 mV增加到200 mV。由电化学阻抗谱得出,随着Nb含量的增加,钝化膜的耐腐蚀性能也相应提高,并且更加致密稳定。通过莫特-肖特基测试可知,304奥氏体不锈钢表面钝化膜的类型主要为n型半导体,并且0.06Nb钢的钝化膜中的载流子密度最小。通过X射线光电子能谱(XPS)分析可知,奥氏体不锈钢的钝化膜主要由铁、铬氧化物组成。另外较高的O^2-/OH^-比值说明钝化膜自我修复能力较好,随着Nb含量的增加而增大的O^2-/OH^-比值也可以解释微合金化后的奥氏体不锈钢耐腐蚀性能增强的原因。
能源与环保
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  电炉精炼不锈钢粉尘与高炉除尘灰协同制备含碳压块冷压工艺研究

  周耀, 刘培军, 马玉尚, 闫瑞军, 顾苏钱, 柴轶凡, 王亚明

  钢铁研究学报. 2025, 37(9): 1246-1256. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20250032

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  电炉精炼不锈钢粉尘和高炉除尘灰均是钢铁行业典型的二次固废,含有大量的有价金属组元,具有较高的回收价值。高炉除尘灰中含有碳,将两者混合制备含碳压块可降低还原过程外来碳的添加量。转底炉工艺原料适应性强且工艺简单。研究了原料配比、黏结剂添加量、成型压力和保压时间对含碳压块湿块落下强度及干燥块抗压强度的影响,阐明了强度优化机制,获得了较优制备工艺参数。试验结果表明,当电炉精炼不锈钢粉尘与高炉除尘灰配比比值为7∶3、焦煤配比为12.25%、所添加膨润土的质量分数为5%、水分质量分数为8%、压力为40 MPa时,所得湿块落下强度为13.4 次/0.5 m,其干燥块抗压强度为724.8 N,均符合转底炉入炉强度要求。