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  • 综合论述
    徐润生1,2,张雨晨1,张建良1,2,张思奇3,尉继勇2,曹明汇2
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 779-789. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220292
    摘要:随着全球工业化的进程加快,CO2的排放量逐年上升,带来了越来越多的极端天气和环境灾害,而CO2封存技术是目前实现碳中和公认的兜底技术。综述了以钢铁冶金固废为原料的CO2矿化技术的发展现状和关键问题。首先,介绍了CO2矿化的途径和原理,其中直接矿化的工艺条件需求较严格,固化CO2的同时会消耗大量的资源,而间接矿化的反应条件则更加温和,效果也更加显著。然后,总结了最具代表性和可行性的钢铁冶金固废矿化技术,其中以NH4Cl作为浸出剂的工艺路线由于具有溶剂循环使用和反应条件温和的双重优点而显示出最佳的工业化潜力。此外,基于对典型中试实验的经济性分析,原料资源方面等不是制约CO2矿化技术工业化的主要原因,CO2矿化过程的放大试验以及可循环浸出液的开发和经济评价体系的建立才是实现工业化的关键。
  • 综合论述
    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
    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。
  • 综合论述
    安浩然,王睿,康燕,于志强,赵宇宏,闫志杰
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 635-650. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220284
    摘要:含氮马氏体不锈钢(nitrogenalloyed martensitic stainless steel, NAMSS)因其高韧性、高硬度、优良的抗疲劳性能和良好的耐腐蚀性而被广泛应用。耐腐蚀性能对NAMSS的使用寿命起着至关重要的作用,因此,研究NAMSS的腐蚀行为具有重要的学术意义和工程应用价值。结合国内外的研究工作,对NAMSS的腐蚀行为的研究工作进行了综述和分析。与传统马氏体不锈钢相比,NAMSS中析出相减少,提高了NAMSS的耐蚀性。NAMSS中夹杂物残留导致腐蚀成核位置增加,加速了腐蚀速率。N的存在促进了NAMSS中残余奥氏体/逆变奥氏体的形成,有利于耐蚀性能的改善。但是,过多的N含量反而不利于钢的耐腐蚀性能。最后,对未来NAMSS腐蚀行为的研究工作做了展望。
  • 材料研究
    余宏伟1,2,董中波3,吴开明1,饶水林2,胡锋1,陈英2
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 861-872. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220252
    摘要:利用拉伸、冲击试验机测试力学性能,采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了终轧温度对高性能桥梁钢Q370qE力学性能和微观组织、晶界取向角度差、织构、位错和析出相形态的影响。结果表明:在875~803℃范围内降低终轧温度,钢的屈服强度和抗拉强度均提升,屈强比上升,韧脆转变温度降低,低温韧性提高。终轧温度为803℃时,钢的屈服强度、抗拉强度分别为420、542MPa,-40℃的夏比冲击功均值为243J。降低终轧温度有利于铁素体晶粒的细化和均匀性的提升,细化珠光体团束的尺寸,减少珠光体组织的数量,改变了珠光体形态,出现退化形态;但较低的终轧温度,珠光体组织由分散变为连续的条带,加重了钢的带状组织。同时降低终轧温度,促进了大角度晶界的形成和小角度晶界的减少,有利于晶粒<001>取向的减弱和<110>取向的增多;有利于晶内Nb/Ti碳氮化物析出相颗粒的细化及球状的形成,铁素体晶粒内部位错增多并大量缠结,也促进了Nb/Ti碳氮化物在位错上的形成。
  • 冶炼与加工
    牛群,邹忠平,赵运建,王刚
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 851-860. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220282
    摘要:高炉配加含钛炉料是保护炉缸的措施之一,其护炉机制尚不明确,使用效果差异较大,长期使用还会给高炉操作带来一些不利影响。为此,对钛矿护炉机制和护炉失败原因进行了讨论,并通过热力学计算的方法,系统研究了钛矿护炉时高炉渣TiO2含量、铁水TiC析出温度及钛含量的合理控制范围,从而指导生产实践,为高炉操作者选取钛矿护炉操作参数提供理论依据和参考。研究结果表明:钛矿护炉主要是通过降低铁水流速和促进炭砖复合保护层形成的双重作用来实现。消除炉缸侧壁气隙,保证传热体系的完整,可提高钛矿护炉效果。当前计算工况下,高炉渣中TiO2质量分数、铁水TiC析出温度、铁水中钛质量分数分别控制在1.5%~3.0%、1300~1400℃、0.064%~0.11%范围内,能够有效护炉,减轻其带来的不利影响。
  • 冶炼与加工
    李伟1,2,李阳1,2,程常桂1,2,刘江傲1,2,李洋1,2,金焱1,2
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 819-831. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220283
    摘要:连铸过程中铸坯表面常产生各种质量问题,严重影响铸坯质量和生产顺行,然而,钢种初始凝固模式的差异对铸坯表面质量缺陷的影响规律尚不够明确。选用一系列代表性钢种,利用JmatPro软件进行了热力学平衡相图和高温力学性能的计算,结合Fe-C-X多元伪平衡相图特征点的理论计算公式,综合研究不同钢种的初始凝固模式及其对铸坯表面质量的影响规律。结果表明,对4种不同凝固模式的钢种而言,低碳、亚包晶凝固模式的钢种铸坯的主要表面质量缺陷分别是皮下夹杂、表面纵裂,其主要原因是高温阶段的相变引起的极限屈服强度和相变应变的变化;过包晶与高碳凝固模式的钢种铸坯很少出现表面质量问题。因此,表面缺陷的发生概率由钢发生高温相变(L+δ→γ/δ→γ)时δ相的比例、温度区间及坯壳的相变应变程度共同决定。基于钢种凝固模式及其对铸坯表面质量的影响,预测可能出现的铸坯表面质量缺陷,并采取相关措施降低表面缺陷发生率,对提高连铸坯质量具有重要意义。
  • 测试与控制
    李金灵1,李维刚1,陈燕才2,胡晟蓝2,邱碧涛2
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 767-777. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220237
    摘要:针对热轧带钢表面缺陷检测精度低的问题,提出一种改进的YOLOv5算法。首先,设计了一种多尺度融合平行骨干网络,其中,辅助骨干中的各个特征层经过转换,作为输入逐级复合连接到主骨干的各个特征层,利用辅助骨干提高主骨干的表达能力,从而提升了网络的表达能力;其次,在骨干网络和颈部中引入基于内容感知的特征重组模块(contentaware reassembly of features,CARAFE),获取检测任务所需的丰富语义信息,改善上采样语义信息丢失的问题;最后,在多尺度融合平行骨干中加入坐标注意力模块(coordinate attention,CA),增强网络的特征提取能力,更加准确定位目标位置。实验结果表明,改进后的YOLOv5算法在武钢热轧带钢表面缺陷数据集上平均准确率(mean average precision,mAP)达到93.1%,较原始YOLOv5算法提升3.9%,检测速度FPS保持在78.4,具有较高的检测精度。
  • 材料研究
    梁占磊,李涛,韩强,许涛,白岩松,孙昭琦
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 881-888. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220239
    摘要:采用高温高压釜挂片试验模拟某油田井下工作环境,研究稀土Ce对5Cr钢耐CO2腐蚀性能的影响。采用失重法计算腐蚀速率,利用蔡司金相显微镜观察显微组织,利用场发射扫描电镜和X射线衍射仪对腐蚀产物形貌和物相进行了观察分析,并对各试验钢夹杂物类型及数量进行观察统计。结果表明:试验钢的金相组织均为回火索氏体组织,稀土Ce的加入将试验钢内部分铝酸盐夹杂、氧硫化物夹杂改性为稀土铝酸盐及稀土氧硫化物夹杂,从而使试样表面局部腐蚀减少,同时腐蚀产物更加连续致密,腐蚀速率从0.2846mm/a下降到0.2683mm/a,腐蚀产物主要为Cr2O3。
  • 冶炼与加工
    刘杰1,2,钟强1,李骞1,杨永斌1,李光辉1,姜涛1
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 811-818. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220272
    摘要:为查明含镁铁矿球团的固结机制,以含镁膨润土为粘结剂和镁源,对含镁膨润土的物相组成和热行为,含镁铁矿球团制备工艺和微观结构进行了系统性研究。研究结果表明:含镁膨润土主要物相为MgO、石英和蒙脱石,在低温下发生挥发反应和少量可燃有机组分的燃烧反应,在800℃高温下发生MgCO3的分解反应。当球团MgO质量分数为2.5%时,在造球时间为12min、造球水分质量分数为8.5%、1030℃预热10min和1280℃ 焙烧14min的优化条件下,生球落下强度和抗压强度分别为5.7次/(0.5m)和10.21N,预热球和焙烧球抗压强度分别为525.5和2576N。含镁膨润土球团的主晶相为Fe2O3,Fe2O3晶粒间存在少量的橄榄石(CaO·FeO·SiO2和2FeO·SiO2)、铁酸镁(MgO·Fe2O3)以及玻璃质相。球团粘结方式以Fe2O3再结晶固结为主,橄榄石固结和铁酸镁液相粘结为辅,球团微观结构均质、致密。
  • 冶炼与加工
    伍洋1,2,谭方关3,4,李亚伟1,2,贺铸1,2
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 801-810. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220247
    摘要:随着中国“一包到底”工艺的推广以及大废钢比的发展需求,对铁水包提出了更高的要求。为了延长铁水包的寿命,研究了包底炉衬不同干砌方案对铁水包应力分布的影响,建立了干砌炉衬结构的多尺度本构模型,并与细观模型、简化模型对比验证。基于此多尺度模型分别对十字型、平行式和2种放射式干砌包底炉衬结构进行了有限元模拟,结果表明当接缝尺寸均为0~3 mm时,不同砌筑方式受热面应力差异不大,但受热面接缝闭合规律差异较大,相比较平行式和砖块短边平行于半径方向的放射式包底,十字型和砖块长边平行于半径方向的放射式包底在受热时接缝闭合更均匀,采用后2种砌筑方式可以适当增加膨胀缝尺寸达到优化包底热膨胀应力的目的。
  • 冶炼与加工
    杨巧婷1,2,李海峰1,2,邵磊1,2,邹宗树1,2
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 840-850. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220280
    摘要:建立了一套炉料下降过程中动态预测料面形状的数学模型。通过与实际开炉实验结果的对比分析,验证了模型的准确性。另外,对影响模型结果的重要参数进行了综合分析,明晰了不同因素对料面形状的影响机制。模型还对前人文献中6种内/外堆角模型进行了综合分析,结果表明,模型A、B计算量相对较小,可实现快速预测的功能,适用于小型高炉常用的布料制度;模型C不适用于中心加焦操作的预测情况;模型D、E、F更符合实际布料过程的料面形状规律,较适用于国内的烧结矿与球团矿混合炉料结构下的预测,而F模型更适合于高比例球团矿下的布料制度。
  • 材料研究
    王自荣 1,李昭东2,田飞1,刘景佳1
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 889-895. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220271
    摘要:通过同炉钢相同工艺工业试制获得冷轧卷,经过罩式退火和连续退火生产含磷高强IF钢退火卷,研究了2种退火方式对含磷高强IF钢FeTiP析出及二次加工脆性的影响。利用低温落锤冲击试验机、TEM和析出物萃取定量分析法等手段分别对2种退火卷进行二次加工脆性转变温度及析出物表征分析研究。结果表明:连续退火和罩式退火生产卷FeTiP析出相主要集中在100nm以下,罩式退火时间较长,罩式退火生产卷的FeTiP析出相数量是连续退火卷的2倍以上;根据定量分析法检测含磷析出相总量结果,结合热力学和动力学分析,P在晶界处的富集程度由最大偏聚系数和有效扩散距离决定,罩式退火卷P在铁素体晶界处偏聚远远大于连续退火卷,连续退火可得到比罩式退火更低的二次加工脆性转变温度的含磷高强IF钢。
  • 测试与控制
    王官宗,朱建鸿
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 896-906. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220267
    摘要:带钢表面缺陷存在着噪声、光照不均匀、纹理复杂以及局部区域对比度弱的问题。为此,提出了一种新的带钢表面缺陷识别算法。首先提出了ILLBP特征提取算法,在LBP算法中引入LTP的低阈值模式克服一定的噪声和光照影响,为了更好表征带钢表面缺陷复杂的纹理特征引入了ILBP中3种新的纹理结构,同时将LBP值的频率直方图改为了LBP局部梯度幅值和局部梯度方向的频率直方图,使其能更好地表征局部区域对比度强弱的关系;最后为了进一步提高带钢缺陷识别的准确率和减少冗余特征的影响,提出了一种改进的樽海鞘特征选择算法(ISSA)。在NEU数据集上仿真实验结果表明:算法(ILLBP+ISSA)能够克服光照不均匀、局部区域对比度弱、纹理复杂多样的影响,以及对噪声具有一定的鲁棒性。在高斯噪声信噪比为50dB时带钢表面缺陷识别准确率能达到99.10%,40dB时准确率能达到97.60%。
  • 冶炼与加工
    魏鑫1,2,郭兴敏1,2
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 832-839. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220260
    摘要:作为高炉炼铁的主要原料之一,高碱度烧结矿质量对于炼铁工序经济技术指标有着重要影响。SiO2与CaO的化学亲和力较强,易反应生成硅酸钙,抑制铁酸钙的生成,不利于粘结相形成。但SiO2含量对Fe2O3-CaO-SiO2体系的矿物组成和显微结构影响机制尚不明确。通过光学显微镜、X射线衍射和SEM-EDS方法研究了碱度(R)对铁酸钙和硅酸钙生成规律的影响。结果表明,当Fe2O3和CaO的摩尔比分别为2.0、2.5和3.0时,碱度范围为1.4≤R<1.7时,生成CaSiO3和Ca2SiO4,而CaSiO3随着碱度增加逐渐向Ca2SiO4转变;碱度为1.7时,发现有新相SFC生成;当碱度范围为1.7
  • 材料研究
    肖月华1,2,彭博2,范爱琴3,蒋虽合2,王先珍4
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 873-880. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220208
    摘要:协同利用残余奥氏体、高密度共格NiAl和半共格(Mo,Cr)2C析出相,设计了Fe-Ni-Al-Cr-Mo-Mn-C新型无Co超高强度双相钢,屈服强度和抗拉强度分别达到1730和2105MPa,断后伸长率为12.1%,其中均匀伸长率达到7.3%,明显优于传统马氏体时效钢。通过透射电镜和电子背散射衍射等表征技术发现,钢中含有体积分数近12%的残余奥氏体,主要以1~2μm的颗粒形态分布于原奥氏体晶界和板条界等位置,这种非连续的奥氏体颗粒在不明显降低材料强度的同时极大提升了应变硬化和均匀伸长率。而马氏体基体中在无Co条件下通过两相协同作用避免了生成脆性渗碳体,并形成了等效半径均为1.5nm左右的超高密度的共格NiAl和半共格M2C析出相,显著提升了材料强塑性。结果表明,通过协同调控软硬相分布和协同析出行为可开发新型低成本无Co高性能超高强度钢。
  • 冶炼与加工
    孟耀青1,2,李建立1,2,徐琦1,2,王昆鹏3
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 712-719. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220228
    摘要:国内某钢厂55SiCr钢由铝脱氧工艺调整为硅脱氧工艺后,镁硅橄榄石成为旋转弯曲疲劳断口夹杂物的主要类型。借助Explorer 4自动扫描电镜、FactSage等方法,探究了不同钢厂硅脱氧弹簧钢夹杂物控制差异,并计算了典型夹杂物平衡凝固过程的析出相。结果表明,日本神户制钢9254-M钢中只有少量夹杂物发生结晶且结晶尺寸小,夹杂物中MgO含量控制极低;日本制铁公司9254V钢中夹杂物均发生了玻璃态结晶转变,结晶尺寸较小,夹杂物中MgO质量分数平均值为14.5%。国内某钢厂55SiCr钢只有部分夹杂物发生结晶,但析出较大尺寸镁硅橄榄石,且夹杂物中MgO含量波动范围较大。随着CaO-SiO2-Al2O3-MgO系夹杂物中MgO含量升高,夹杂物在铸坯凝固及加热过程中更易结晶出镁硅橄榄石相。这种结晶析出的镁硅橄榄石与MgO质耐材侵蚀剥落形成的镁硅橄榄石,均成为旋转弯曲疲劳断口镁硅橄榄石夹杂的潜在来源。
  • 冶炼与加工
    杨立夫,耶雪夫,胡丞杨,余丽玲,王巍麟,吴开明
    钢铁研究学报. 2023, 35(7): 790-800. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220259
    摘要:磨损是机械失效的一种普遍形式,约占据机械零件失效的80%。摩擦磨损不仅增加了原料和能源的损耗,而且无法保证机械零件的安全可靠性。高熵合金由于其特殊的四大效应,使得它成为近年来有别于传统合金材料领域的研究热点,通过调整高熵合金元素种类及配比、选择合适的制造方法和热处理工艺可以在一定程度上减缓磨损速率、降低磨损量,起到提高耐磨性能的效果。归纳了耐磨高熵合金的类别,讨论了不同元素及配比对块体高熵合金磨损性能的影响,总结了采用不同制造方法、热处理工艺及表面化学改性制备的高熵合金的耐磨性能差异。最后,结合高熵合金在摩擦磨损方面的现状及存在的问题,对未来高熵合金在耐磨金属材料领域的研究进行了展望。
  • 冶炼与加工
    杨双平,孙海兴,张甜甜,刘守满,刘海金
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 659-670. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220246
    摘要:随着国内优质铁矿石的减少以及铁矿石需求的上升,低价矿石进行配矿烧结成为新的选择。为提高烧结矿质量和低硅矿高效利用,对低硅矿的高温特性进行研究从而确定合适的低硅矿配矿方案。为进一步实现烧结厂降本提产的目的,基于实验所用低硅铁矿粉高温基础特性,进行不同低硅矿配比的烧结杯实验研究,同时对低硅烧结矿的矿相结构进行观测,确定低硅矿的优化搭配规律。研究表明:当矿粉中SiO2质量分数低于6%时,随着SiO2含量增加,液相流动性指数升高;MgO含量增加,液相流动性指数呈现降低的趋势。低硅矿配比不超过36%(质量分数)时,增加赤铁矿的配比,可以提升液相生成量,增加针状铁酸钙的生成量。因此,通过液相流动性优化配矿能够提高低硅烧结矿质量,强化烧结过程。
  • 能源与环保
    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
    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。
  • 冶炼与加工
    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
    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%。
  • 材料研究
    肖月华1,2,李聪聪2,王先珍3,蒋虽合2,王辉2
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 720-729. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220175
    摘要:奥氏体不锈钢由于具有优异的抗氯化物点蚀和应力腐蚀性能,成为油气田环境中最常用的结构材料之一。然而,关于奥氏体不锈钢在Cl--H2S共同存在的腐蚀环境下的腐蚀行为的相关研究还不充分,特别是有关Al、Mo等合金化元素对钝化保护膜的形成行为及耐蚀性能的影响规律尚不清楚。因此,结合奥氏体不锈钢在复杂油气田环境下的应用前景,研究选用创新设计的新型含铝奥氏体不锈钢,通过电化学方法对其在Cl--H2S耦合环境条件下的的耐腐蚀性能展开全面评估,采用XPS、SEM、TEM等显微分析手段观察其腐蚀行为,揭示其耐腐蚀机制和耦合腐蚀介质作用规律。结果表明,新型含铝奥氏体不锈钢尽管在复杂腐蚀条件下未能形成富Al的钝化保护膜层,但由于适量Mo的加入,明显提高了抗点蚀性能,因此具有良好的耐H2S腐蚀性能。
  • 材料研究
    秦海龙1,2,王睿1,2,史松宜1,2,于鸿垚1,2,谢锦丽1,2,毕中南1,2
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 730-738. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220201
    摘要:固溶后冷却速度会显著影响高温合金的使用性能,采用场发射扫描电镜、热膨胀实验以及洛氏硬度等方法对GH4169合金固溶后不同冷却速度的显微组织和力学性能进行了系统研究。随着冷却速度的增加,γ″相和δ相的析出开始温度和终止温度逐渐降低,析出转变时长显著减小,并由此导致:固溶冷却态合金内γ″相的尺寸逐渐减小,尺寸分布模式由“双峰”变为“单峰”。当冷却速度快于20℃/min时,固溶态合金中无法观测到γ″相颗粒,且δ相的形貌与初始锻态保持一致。随着冷却速度的增加,时效热处理后晶内γ″相逐渐变得细小且弥散,合金的洛氏硬度呈现单调递增的趋势。
  • 冶炼与加工
    宋丽娜1,铁占鹏2
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 692-703. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230081
    摘要:采用CFD数值模拟方法定性和定量化分析了不同结构湍流抑制器、导流隔墙及其组合在非对称三流中间包内的应用效果。针对连铸生产中钢包注流温度变化这一实际工况,探讨了不同控流方案的冶金效果。结果表明:当前常用的加檐湍流抑制器可以更好地降低中间包自由液面湍动能及钢液流速,但在改善非对称中间包流动特性与提高各流一致性方面并不具有明显优势。一种湍流抑制器T3组合2号导流隔墙控流方案可使包内死区比例较仅添加湍流抑制器T2时降低11.41%,活塞流比例增加15.49%,且各流一致性显著提高。此外,当中间包来流温度升高或降低15K时,T3+2号导流隔墙方案较仅添加湍流抑制器T2而言,导流孔的引导作用使钢液保持指向表面的流动形式,既有利于钢水中夹杂物的上浮去除,也可提高这种非对称中间包中各流冶金效果的一致性。
  • 材料研究
    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
    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。
  • 冶炼与加工
    马金磊1,牛帅2,唐海燕1,王凯民1,王宇航1,王振东1
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 671-681. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210236
    摘要:针对帘线钢小方坯多流连铸中间包各流温差大,铸坯及其后续轧材质量不一致等常见问题,基于流体动力学原理,开展了多流中间包钢水流动特性及其各流冶金效果一致性调控研究。以某7流T型连铸中间包为例,通过物理模拟和数值模拟相结合的手段对不同工况下中间包内钢水的流动行为与温度分布特点进行了解析,并通过若干方案设计和对比获得了一种流场和温度场比较均匀且死区比例较小的新型控流结构。与原型结构相比,新型控流结构下钢水响应时间延长20s、死区比例降低4.2%;七流水口间最大温差仅为1℃,较原型下降4℃,表明各流一致性显著提升。此外,新型结构中间包针对5~20μm夹杂物的平均去除率也较原型提高6.1%。获得了通过流场优化提升多流中间包综合冶金性能的效果。
  • 能源与环保
    曹明汇1,刘征建1,徐润生1,张建良1,谷凤龙2,刘少阳2
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 757-766. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220213
    摘要:为了高效清洁地处理有机固废与含铁固废,同时发挥冶金行业生产设备的独有优势,介绍了新开发的铁浴固废协同处理技术。针对铁浴固废协同处理工艺参数优化,构建了铁浴固废处理炉的能质平衡模型,计算了30%城市有机固废与70%钢铁粉尘协同处理过程中的物质平衡及能量平衡情况,结果表明处理过程中CO和H2的二次燃烧热是主要的热量来源,二次燃烧放热可达总放热量的50%以上,主要热量损失为烟气排出时带走的显热,可以占到热量总需求的45%。在实际生产中可通过烟气余热回收系统回收热量,用于入炉气体的预热,有效降低系统能耗。该模型的构建与应用,为后续工业化试验提供了数据支撑,便于工程设计与操作优化。
  • 冶炼与加工
    刘然,张智峰,刘小杰,李欣,李宏扬,吕庆
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 651-658. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220185
    摘要:作为评价烧结矿质量的重要指标之一,转鼓指数的高低直接影响着高炉生产的稳定与否。以某钢铁企业烧结生产数据为基础,提出了基于特征工程与图像识别技术的烧结矿转鼓指数预测方法。首先对挑选出的3类28个影响烧结矿转鼓指数的重要指标完成数据预处理;而后通过SVM-RFE算法以及交叉验证算法筛选出对目标变量影响较大的特征参数;最后用卷积神经网络对经过数据特征转化的二维特征图像进行训练,建立了基于卷积神经网络的烧结矿转鼓指数预测模型。结果表明,在误差范围为±1%的情况下该模型命中率高达9371%。这种将数据特征转化为图像特征的处理方法有效地提高了预测能力,对未来预测式烧结技术的发展具有很好的借鉴意义。
  • 综合论述
    谭宇博1,刘旭2,张建良1,王桂林1,王耀祖3,4,刘征建1
    钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1319-1329. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230044
    摘要:近年来,资源短缺和环保需求促使冶金、化工和材料领域出现了多种环保工艺,而固态物料在高温熔体内的熔解是熔融还原、渣中金属元素回收、金属化球团溶解等环保生产工艺的关键反应,可提高热量利用率、降低能耗并减小污染,但由于熔解反应速度过快、温度过高难以被直接观察。总结了高温熔体内固态物料熔解过程反应行为的研究方法和表征手段,研究方法主要分为圆柱旋转法、投入法、气体分析法等。通过测量圆柱直径(以及体积和质量)变化、观察反应物微观结构、分析反应尾气、测量渣相化学成分等方法表征反应速率、元素迁移、界面反应和反应程度等,并探究熔池温度、搅拌程度和预还原度等因素对熔解过程反应行为产生的影响。
  • 材料研究
    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
    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。
  • 冶炼与加工
    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
    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。
  • 冶炼与加工
    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
    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
    李健1,柴锋1,罗小兵1,周乃鹏1,张峰1,李向阳2
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 748-756. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220200
    摘要:对比研究了不同Al含量对船用B级钢耐海水腐蚀性能的影响规律,计算了其腐蚀失重,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)方法分析了试验钢经模拟海水腐蚀后的锈层形貌与物相组成,并分析了试验钢的极化曲线和阻抗曲线。结果表明:在B级钢中添加Al有助于提升其耐海水腐蚀性能,试验钢经720 h腐蚀后,添加质量分数分别为05%和1%Al的试验钢腐蚀速率分别较对比钢降低了138%和276%。分析表明,含Al钢腐蚀后锈层与基体的结合更为紧密,内锈层厚度更大,Al的加入可以减小钢的腐蚀电流密度,其腐蚀产物中形成了具有阳离子选择性的FeAl2O4,抑制了Cl-向金属基体侵入,提高了锈层的保护性。
  • 冶炼与加工
    谭文萱1,孙彦辉1,宋思程1,王波波2,晁霞2
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 682-691. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220197
    摘要:采用正交试验法,建立1∶4水模型开展18组试验,对水模拟试验结果进行极差分析和方差分析,研究挡墙导流孔孔径、位置和挡墙导孔上仰角度对中间包流场的影响,选取最优的控流装置。运用Ansys Fluent软件建立数学模型求解,模拟优化前后中间包的流场和温度场,与水模型结果相互验证。结果表明,挡墙导流孔上仰角度对中间包流场影响最大,下孔的孔径和位置对中间包流场的影响大于上孔。当导流孔下孔孔径为100mm,下孔高度为250mm,上仰角度为20°时,对中间包流场的优化效果最好。优化后的中间包与原型相比,平均停留时间延长42s,死区比例降低至17.9%,各水口流动均匀性和一致性较好,最大温差控制在2.4K。
  • 材料研究
    赵培林1,吴会亮1,冷文俊2,石西召2,崔中雨2
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 739-747. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220191
    摘要:采用盐雾试验和周期浸泡试验模拟海洋环境以探究Q355B、HSS-3和S355NL三种海洋工程低合金钢的腐蚀行为。通过失重法、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜对海工钢腐蚀动力学、锈层形貌、成分及表面腐蚀形态进行分析。结果表明:在2种试验条件下,腐蚀速率随着暴露时间的延长而降低并趋于稳定;盐雾试验中点蚀坑横向发展,逐渐发展为均匀腐蚀,周浸试验中干湿交替过程导致试样腐蚀加速、促进锈层下点蚀纵向发展;3种海工钢腐蚀产物构成无明显差异,由Fe3O4、α-FeOOH和γ-FeOOH组成,S355NL在2种试验条件下均生成更多的Fe3O4相,由于S355NL锈层致密度更高,在长周期腐蚀中具有最好的耐蚀性。
  • 冶炼与加工
    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
    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。
  • 冶炼与加工
    吴志豪1,2,贺铸1,2,谭方关3,肖爱达4,李光强1,2,王强1,2
    钢铁研究学报. 2023, 35(6): 704-711. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210227
    摘要:长期服役的LF钢包渣线处炉衬存在严重蚀损,该处炉衬的蚀损程度决定了钢包是否需要离线大修。为了明确钢包大修周期并降低生产成本,生产现场会对渣线处炉衬的蚀损程度进行判断,目前常用的方法有直接测量法和数值模拟法。直接测量法需进行特定的设备布置与调整以确保精度,而数值模拟所需时间较长。为了给出准确的钢包离线大修时间,以某钢厂LF精炼记录数据和配套钢包大修数据为基础,根据LF精炼原理和炉衬蚀损机制对原始数据进行筛选和预处理生成了训练数据。根据LF精炼记录数据与钢包大修数据之间多对一的特点,修改了基于误差反向传播算法的神经网络参数的更新时间,采用Python与PyTorch建立了具备特定结构的钢包渣线处炉衬蚀损预测模型。通过对比使用了不同种类神经网络、不同神经网络层数、不同学习率与激活函数的预测模型在测试集上的表现结果,筛选出了表现最优异的预测模型。使用该模型在测试集上预测100炉次后的蚀损,95%的预测误差小于10mm。
  • 综合论述
    张嘉雯1,朱德庆1,2,蒋丽荣3,杨聪聪1,2,潘建1,2,农之建3
    钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1439-1450. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230058
    摘要:锰是发展新兴工业所必需的原料,随着锰块矿资源的日益紧缺,高效利用锰矿粉及精矿资源对于降低铁合金生产成本、扩大原料来源具有重要意义。为了改善锰矿电炉冶炼效率,对入炉锰矿粉及精矿进行造块是必不可少的步骤之一。综述了锰矿粉3种主要造块方法及其研究进展,基于天然锰矿粉成分复杂且金属相与脉石矿物结合紧密的特点,对烧结法、球团法及压团法的原料要求、工艺特点、固结机制及产品性能进行了归纳和比较,认为人造富锰块矿入电炉冶炼可以大幅提高电炉冶炼效率。结合当前低碳减排的大背景,对今后锰矿粉造块工艺发展趋势进行了展望。
  • 综合论述
    姚舜1,2,田耕1,马幸江3,周欢3,燕龙1,赵爱民1
    钢铁研究学报. 2023, 35(12): 1451-1462. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230033
    摘要:热浸镀是一种经济、高效的钢铁材料表面处理技术,其产品在钢材的防腐蚀、延长使用寿命和节能等方面起到十分重要的作用。随着科学技术的发展以及人类社会的进步,耐腐蚀性更高、经济性能更好的新型合金镀锌层、复合镀层成为研究和开发的重点。镀液中加入适量的Mg和Al元素后材料耐腐蚀性和耐损伤性更好,因此热浸镀锌铝镁技术得到广泛应用。分析了热浸镀锌技术的发展历程,总结了近几年锌铝镁镀层的成分和组织特征,阐述了镀锌过程中镀层的组织演变和凝固机制。对钢板表面与镀液之间的润湿性、界面反应和合金元素在界面层的扩散行为进行了分析,对热浸镀锌铝镁板的耐腐蚀性进行了总结,从而期望加快推进热浸镀锌铝镁技术在汽车等行业中的发展和应用。
  • 冶炼与加工
    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
    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%。
  • 材料研究
    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
    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。