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  • 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
    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。
  • 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。
  • 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
    吴耀庭,张延玲,赵峥
    钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1074-1083. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220417
    摘要:基于常规的CaO-Fe2O3脱磷渣系和CaO-Al2O3脱硫渣系,开发出一种铁水同时预脱磷脱硫的CaO-SiO2-Fe2O3-Al2O3-Na2O渣系,以减轻转炉冶炼任务,减少转炉炼钢渣量,缩短转炉冶炼时间,进而实现低成本生产洁净钢。实验室结果表明:终渣碱度R在2.17~4.20,Na2O质量分数在10.81%~14.01%,Al2O3质量分数在5.54%~10.98%时,可同时达到脱磷脱硫的效果,脱磷率最高可达74%,脱硫率最高可达69%。基于反应渣样的XRD物相分析及SEM-EDS微区分析,证明了Na2O可实现同时脱磷脱硫的效果,阐明了渣系的碱度、Na2O含量及Al2O3含量对脱磷脱硫率的影响。同时分析表明:碱度会影响熔渣中剩余氧化钙含量的变化从而影响脱磷脱硫;Na2O通过改变磷氧化物的固溶形式脱磷,改变基体硫容量影响脱硫;Al2O3通过影响熔渣熔点和熔渣中游离碱性氧化物含量影响脱磷脱硫。
  • 材料研究
    涂兴洋1,2,杨昌贵3,史显波1,刘毅3,朱培培3,严伟1
    钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1161-1173. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220321
    摘要:通过力学性能测试及OM、SEM、EBSD、XRD显微组织分析,研究了正火终冷温度对U26Mn2Si2CrNiMo贝氏体奥氏体钢力学性能的影响。结果表明,当正火终冷温度为330℃时,其屈服强度达到1246MPa,抗拉强度达到1335MPa,伸长率为14.4%,室温冲击功为84J,-40℃低温冲击功为38J。随着正火终冷温度的降低,其屈服强度有所降低,但是抗拉强度增加,同时其伸长率和冲击功均逐渐降低。随正火终冷温度的降低,残余奥氏体体积分数逐渐降低,大角度晶界比例增加,残余奥氏体的取向稳定性和机械稳定性均降低,当温度降低至300℃时,残余奥氏体消失。同时低的正火终冷温度将增大贝氏体铁素体间的应变梯度,晶界失去了对裂纹扩展的阻碍作用,这些因素的协同作用导致综合力学性能的降低。
  • 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%。
  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 材料研究
    王宇冬1,尚建路2,孙斌2,杨佳2,王妍2
    钢铁研究学报. 2023, 35(9): 1152-1160. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220344
    摘要P92钢长期被用于电站机组中的高温部件,不同的焊接工艺对其接头的组织和性能有着重要的影响。研究了自动焊和手工焊焊接工艺对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不同焊接工艺下的P92钢焊接接头的显微组织和力学性能进行检测,结果表明:不同焊接工艺下焊缝组织均为回火马氏体组织,自动焊焊接工艺下焊缝金属组织较为细小;且由于自动焊焊接热输入较小,P92钢的热影响区的宽度仅为1.0~1.5mm,而在手工焊焊接接头热影响区可见块状铁素体组织,热影响区宽度在3~4mm。与手工焊焊接工艺相比,自动焊焊接接头抗拉强度也较高,尤其是冲击韧性,P92自动焊焊接接头的焊缝金属的冲击韧性相比手工焊提高了100%,热影响区冲击韧性提高了58%。因此采用自动焊焊接方法可显著提高P92钢焊接接头性能,并有助于提高接头的高温抗蠕变性能。
  • 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%。
  • 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
    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。
  • 综合论述
    郭帅1,朱航宇1,2,韩赟3,李建立2,薛正良2
    钢铁研究学报. 2022, 34(8): 713-726. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210279
    摘要:非金属夹杂物与钢的塑性和韧性有着必然的联系,如何降低夹杂物对钢性能的危害一直是冶金和材料领域关注的重点。从夹杂物类型、尺寸、数量、分布及其物理性能等角度归纳总结了夹杂物对钢塑性和韧性的影响,并分析了夹杂物引起材料断裂的机制。最后,对夹杂物与钢材性能的关系进行了展望,为钢铁企业非金属夹杂物的控制提供理论依据和技术参考。
  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 综合论述
    余丽玲1,张成聪1,2,王巍麟1,夏佩云2,赵慧慧2,吴开明1
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 365-374. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220070
    摘要:高熵合金作为一种新型的合金材料,相比于传统合金具有更加优异的力学性能、抗高温氧化性能、耐腐蚀性能、耐磨性能、磁学性能和抗辐射性能。当高熵合金作为结构材料时,其焊接性是必须要考虑的重要因素。不同的焊接方法由于焊接原理不同,其能量输入、能量密度和最高焊接温度等参数在不同尺度上存在着较大差异,会显著影响焊接接头的微观组织和力学性能。总结了近年来采用不同方法焊接/连接高熵合金同种或异种材料的研究现状,分析了母材状态、焊接方法、工艺参数和焊后热处理等因素对焊接接头组织演化和力学性能的影响。进一步对高熵合金焊接性研究方面存在的问题进行了总结,并对未来研究重点进行了展望。
  • 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
    蒋沁洋,丁恒楠,罗锐,周易名,程晓农
    钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1411-1418. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220422
    摘要:在H13钢成分的基础上,通过低Cr高Mo加W的改进思路制备出新型HBJ2钢,并与H13钢对比了回火后常温力学性能及高温性能,得到如下结论:HBJ2钢与H13钢经550℃回火后,强度、硬度相当;600℃回火后,HBJ2钢硬度提升至48.1HRC,较H13钢提高了16%,改进型HBJ2钢具有更优异的抗高温回火软化性能。HBJ2钢在400℃时,耐磨性优异,磨损失重仅为H13钢的4.6%,其原因主要是在此温度下HBJ2钢基体具有更高的强度、硬度,能有效地保护和支撑氧化膜。HBJ2钢在600℃时,耐磨性与H13钢相当,两者磨损机制均为氧化磨损与磨粒磨损相结合。高温磨损过程中,2种材料表面均出现了严重的氧化现象,但HBJ2钢中较低的Cr含量使其高温抗氧化性能降低,氧化物中含有更多Fe2O3,氧化更加严重。但由于HBJ2钢优异的抗回火软化性能,HBJ2钢基体在高温摩擦过程中仍保持较高的硬度,可以有效地支撑氧化膜。这使得HBJ2钢的表面氧化虽然更严重,但是其磨损失重与H13钢相当。
  • 材料研究
    曹锐1,许帅1,高军恒1,冯庆晓2,刘志桥2,李化龙2
    钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1430-1440. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220413
    摘要:薄带铸轧作为钢铁行业近终形制造技术的典型代表,钢液在浇铸阶段的凝固速度可达到102~104℃/s,铸带无需经历冷却再加热直接进行一道次热轧,因此合金元素大部分固溶于基体中,在微合金化技术方面有着广阔的应用前景。但目前对于薄带铸轧微合金钢的研究多集中于其团簇和析出行为,缺乏微合金元素对薄带铸轧相变行为的系统研究。以Q550-Nb和Q550-V为研究对象,通过连续冷却相变与等温相变2种实验,绘制了其静态CCT曲线,统计了不同条件下铁素体转变的体积分数,讨论了在薄带铸轧工艺下Q550-Nb和Q550-V两种实验钢的相变规律。结果表明,Q550-Nb比Q550-V更容易发生低温相变,Nb对铁素体相变的抑制作用更强;之后通过等温相变实验进一步证明了Q550-Nb的铁素体相变更为缓慢,主要由于Nb在两相界面偏聚的程度更强导致,限制了相界面迁移。通过TEM分析2种实验钢在等温过程中的相间析出行为,发现Q550-Nb相间析出的片间距比Q550-V更大,证明了Nb对相界面的拖曳作用更强。明确了2种微合金元素在薄带铸轧工艺中对相变的影响机制,为微合金化技术在薄带铸轧流程中的应用提供理论和技术支撑。
  • 材料研究
    刘晨洋1,任英2,任强1,张立峰3
    钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1394-1401. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220414
    摘要:在实验室研究钢的氢脆行为时的影响因素较多,而目前氢含量对氢脆敏感性的影响也并未有一致的结果,因此,通过电化学充氢、热脱氢分析、氢渗透实验和慢应变速率拉伸等实验,研究了电流密度对充氢含量及氢渗透行为的影响,氢含量对DH980高强钢氢脆敏感性和氢致裂纹形核及扩展的规律。结果表明,充氢后钢中的氢含量随着电流密度的增加而增加,且实验室充氢后钢吸附的氢大部分为可扩散氢;试样经预充氢,在慢应变速率拉伸的条件下,氢有足够的时间迁移至缺陷及应力集中的地方,导致钢的断裂强度和位移量明显下降。而钢的强度和位移量并不随着氢含量的增加而降低,在4mA/cm2进行电化学充氢时钢的力学性能最差,且断口形貌的裂纹源区由未充氢时的韧窝转变为穿晶断裂,并随着电流密度的增加逐渐转变为解理/准解理的形貌。另外,观察到氢致裂纹多形核在马氏体附近,并优先沿界面处扩展。
  • 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。
  • 综合论述
    刘亚琴1,林路1,何赛1,冯梦龙1,吕岩1,霍立桥2
    钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1034-1046. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210371
    摘要:针对脱磷转炉渣中磷资源高效回收及其资源化利用过程中存在的问题,系统总结了含磷钢渣除磷方式及其应用优缺点,并着重总结了不同条件(炉渣温度、炉渣碱度、钢渣中FeO质量分数、碳当量、底吹气体流量、冶炼时间等)对碳热还原气化脱磷的影响规律。同时,以应用前景较好的碳热还原气化脱磷方法为基础,提出了脱磷转炉渣在碳热还原气化脱磷过程磷的流向规律,展望了渣中磷资源回收制备磷铁及其循环利用模式。这为实现渣中磷资源高效回收及处理后残渣资源化利用提供重要研究基础和方向。
  • 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。
  • 综合论述
    刘征建1,王家保1,张建良1,王耀祖2,牛乐乐1,朱旺3
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 1-10. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220044
    摘要:近年来,为贯彻落实国家“双碳”战略目标,针对冶金等重点行业,提出了严格的能效约束以推动节能降碳。目前,在以长流程为主的钢铁生产过程中,如何降低高炉炼铁工序能耗,以实现钢铁企业节能降耗仍是亟待解决的问题。首先介绍了高炉炼铁工序的能耗现状以及计算标准,并基于工业代谢的用能分析,详细阐述了高炉工序主要的节能降耗手段。最后,对高炉工序节能新技术做了相关的展望,以期为冶金行业节能降耗提供建议性方向。
  • 材料研究
    樊雷1,肖娟1,李显1,杨跃标1,田俊羽2,徐光2
    钢铁研究学报. 2022, 34(8): 859-867. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210270
    摘要:采用Gleeble-3500热模拟试验机和金相法测试了不同应变速率下建筑用钢Q460连铸坯的高温力学性能,获得了600~1200℃范围内Q460连铸坯的高温强度、热塑性和最终室温组织随拉伸温度和应变速率的变化规律。结果表明,当Q460连铸坯在较高的应变速率(10s-1)下进行高温拉伸时,试样的断面收缩率随着拉伸温度的升高而升高,没有出现高温脆性区;在较低的应变速率(10-3s-1)下进行高温拉伸时,试样的断面收缩率出现了2个脆性区,第1个在1100℃至熔点温度,第2个脆性区间在700℃附近。总体来说,实验钢种的高温断面收缩率均大于65%,表明建筑用钢Q460连铸坯具有较好的高温热塑性。此外,同一应变速率下,Q460连铸坯的抗拉强度随着拉伸温度的升高而降低,而伸长率随着拉伸温度的升高而升高。
  • 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。
  • 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
    周军,杨荃,王晓晨
    钢铁研究学报. 2023, 35(3): 313-322. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220294
    摘要:轧辊偏心是冷连轧过程中导致带钢厚度偏差和质量缺陷的重要因素之一,针对轧辊偏心特征由于机架间的耦合作用和累计效应难以提取的问题,提出基于稀疏自适应匹配追踪(sparsity adaptive matching pursuit, SAMP)的偏心诊断方法。首先根据轧辊偏心模型构建偏心特征冗余字典,采用正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit, OMP)算法将厚度数据进行稀疏分解,提取轧辊偏心特征。其次,采用匹配测试方法预测初始稀疏度,并通过迭代估计偏心和噪声的能量自适应地确定最优稀疏度,对偏心信号进行去噪。最后重构偏心信号并进行频谱分析,辨识各机架的轧辊偏心状态。经过仿真和实验验证,本方法比小波分析方法对早期偏心故障有更好的诊断效果,诊断结果为监控轧辊工作状态、优化换辊周期提供了可靠的依据。
  • 冶炼与加工
    姜淇铭,李鑫,李韶文,曹光明,刘振宇
    钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1366-1374. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220434
    摘要:利用DIL805A/D 变形热膨胀相变仪,设计了单道次热压缩实验,获得了V微合金化实验钢在变形温度1150~950℃和应变速率1~0.01s-1内的真应力-真应变曲线,分析了变形条件对峰值应力/应变等动态再结晶特征值的影响,并基于唯象型本构关系建立了3种高温流变应力模型。结果表明:相对于应变补偿Arrhenius模型和周纪华管克智模型,CingaraEbrahimi模型的精度最高,能够准确预测实验钢在不同变形条件下流变应力,对实际生产具有良好的指导作用。
  • 冶炼与加工
    易礼伟1,2,田雨丰1,2,刘畅1,2,贺铸1,2,李光强1,2,王强1,2
    钢铁研究学报. 2023, 35(11): 1339-1348. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230032
    摘要:为了分析和改善石灰加入转炉参与造渣脱磷后剩余自由氧化钙的问题,以某钢厂250t转炉为研究对象,基于稳定的底吹氩气、顶吹氧气的操作条件和炉内换热条件,建立了石灰溶解反应模型。与非等温非稳态计算得到的复吹转炉流场和温度场相耦合,以石灰在渣中的利用率、反应速率及自由氧化钙含量为指标分析不同粒径石灰在不同成分炉渣中的溶解反应效果。结果表明:石灰的反应速率随着石灰直径的增大而减小,8mm石灰在炉渣中的利用率最高,为86%;在编号为S3的炉渣中溶解后剩余自由氧化钙质量分数最低,约为9%,其余炉渣中自由氧化钙含量由低到高依次为S2、S1、S4。
  • 材料研究
    张婧,王存宇,王辉,曹晨星,曹文全
    钢铁研究学报. 2023, 35(4): 434-442. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220094
    摘要:利用Gleeble-3800热模拟试验机对Fe30Mn9Al09C钢进行不同变形温度(750~1150℃)和不同应变速率(0.01~10s-1)的热压缩试验,研究热变形行为及组织演变规律。结果表明,试验钢是温度和速率敏感材料,随着变形温度升高和应变速率的降低,变形抗力逐渐降低,动态再结晶更容易发生;变形后获得奥氏体基体分布极少量不连续带状铁素体的组织,铁素体优先承担应变导致在变形初期发生流变应力随应变增加急剧下降的现象;构建本构方程,得到激活能值为399.534kJ/mol;通过构建热加工图得到良好加工性能的工艺窗口为950~1050℃、0.01~0.07s-1和1075~1150℃、1~10s-1。
  • 冶炼与加工
    孟华栋,杨勇,姚同路,贺庆,林腾昌,李龙飞
    钢铁研究学报. 2022, 34(7): 622-628. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210210
    摘要:在国内某转炉钢厂采用“留渣双渣”工艺技术进行脱磷工艺试验。结果表明:随着转炉前期脱磷率不断升高,终点脱磷率不断提高。铁水硅含量对前期脱磷率的影响最大。根据铁水成分,在冶炼前期适当降低供氧强度、降低气固氧比、加入适量石灰及烧结矿,均有利于前期脱磷率的提高。在一倒时每吨钢液加入4~8kg石灰,不影响出钢温度,可提高一倒-终点阶段脱磷率,同时可提高终点脱磷率。从终点的控制效果可知,终点炉渣碱度应保持不小于3.0,炉渣中FeO质量分数在16%~20%,并适当降低终点出钢温度在1610~1630℃,有利于终点脱磷率的提高。通过加强熔池搅拌,促进钢渣反应趋于平衡,有利于终点磷分配比提高,从而可进一步提高终点脱磷率。
  • 冶炼与加工
    张江浩1,2,亓捷1,2,刘承军1,2,姜茂发1,2
    钢铁研究学报. 2022, 34(11): 1211-1218. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210404
    摘要:高铝钢用新型CaO-Al2O3基连铸结晶器保护渣结晶性能较强,在连续浇铸过程中易出现润滑与传热功能协调不均的问题。基于此,针对新型CaO-Al2O3基保护渣,考察了典型助熔剂Li2O对保护渣析晶温度、析晶物相等性能的影响,并进行了相关结晶动力学分析。结果表明,提高Li2O含量可使保护渣的临界冷却速率和初始结晶温度呈现先降低后升高的趋势,当Li2O质量分数为4%时,保护渣结晶倾向最弱。随Li2O质量分数从0增至6%,保护渣的结晶孕育时间先延长后缩短。析晶物相由CaAl4O7+CaF2转变为CaAl4O7+CaF2+LiAlO2,Li2O的加入及其含量的提高促进了LiAlO2的析出。此外,随Li2O质量分数从0增至6%,保护渣结晶活化能先增大后减小,析晶过程受到的阻力先增强后减弱,与结晶性能的变化规律相吻合。
  • 冶炼与加工
    张汉泉,张鹏飞,许鑫,杨帆,朱健,路漫漫
    钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1057-1066. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210372
    摘要:鲕状赤铁矿具有含磷高、易泥化,铁与脉石矿物呈鲕状嵌布结构等特点,常规的重选和浮选等工艺难以取得较好的选矿指标。磁化焙烧-磁选工艺是利用高磷鲕状赤铁矿最有效的手段之一。X射线衍射(XRD)分析结果表明,在750℃的条件下,焙烧矿中磁铁矿的相对质量分数最大。焙烧温度高于800℃会发生过还原现象,生成富氏体,不利于焙烧矿的弱磁选。光学显微镜分析表明磁化焙烧过程不会破坏鲕状赤铁矿的鲕粒结构,只发生铁物相的转变。赤铁矿到磁铁矿的晶型转变由表及里,但是多数鲕状赤铁矿颗粒不会完全磁化,磁化焙烧效果与粒度有关。全铁品位为43.74%的矿样,在焙烧温度750℃、焙烧时间60min的条件下,弱磁选可得到全铁品位为55.42%,铁回收率为85.66%的人工磁铁矿,磁铁矿转化率在90%以上。