2017年, 第29卷, 第12期　刊出日期：2017-12-15

  

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综合论述
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  激光增材制造镍基高温合金研究进展

  吴楷，张敬霖，吴滨，谭敏，冯海波，张建福

  . 2017, 29(12): 953-959. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170317

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  激光增材制造是一种集激光、数字化、材料等学科为一体的新型制造技术，具有降维制造、复杂成型、材料利用率高等优点，按照其材料送进方式可分为铺粉式选择性激光熔化技术与送粉式激光熔化沉积技术。激光增材制造高温合金部件因其晶粒细小、组织均匀、力学性能优异，在航空航天领域已经得到了应用。从技术原理、微观组织、力学性能、致密度几个方面，综合论述激光增材制造在镍基高温合金的研究现状，指出了激光增材制造技术在轻量化设计、结构功能一体化器件方面的应用和发展趋势。
冶炼与加工
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  半焦与烧结矿的混合还原反应过程动力学

  张兵，吴铿，杜瑞岭，李娜

  . 2017, 29(12): 960-966. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170064

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  为了研究添加半焦对烧结矿还原行为的影响以及确定还原过程反应动力学机理，通过在散料层内添加不同比例的半焦，测定不同半焦比例下烧结矿的还原性能，考察了还原度与还原速率的变化情况，确定了不同阶段下烧结矿的还原机理。采用分段尝试法对其还原反应过程动力学进行分析，确定出反应过程前期和后期不同的机理函数，进而通过建立动力学模型，计算得到了不同阶段的反应动力学参数。实验结果表明，不同阶段动力学模型进行数据拟合的结果与实验数据吻合得较好，相关系数都大于0. 99。随着半焦添加比例的升高，还原反应前期的反应速率常数krea升高，还原反应后期的有效扩散系数DABP增大。
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  MgO对喷吹煤粉热解率的影响

  石泉，吕庆，刘凯，刘颂，刘小杰

  . 2017, 29(12): 967-972. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170046

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  利用电弧等离子体高温热解装置模拟高炉喷吹煤粉高温热解试验，对其热解后的固相残留物采用XRD和红外光谱方法进行检测分析，考察了在混合煤粉中添加助燃催化剂MgO对煤粉的热解率的影响和及其助燃机理。通过分析试验结果得出：在混合煤中添加MgO有助于提升煤粉的热分解能力，当MgO的质量分数在8. 01%时煤粉热解率达到了62. 17%，与原煤分解率47. 51%相比增加了近15%，对混合煤粉的热分解具有比较明显的催化作用；同时MgO的加入使煤粉残留物芳香片层的堆垛高度和芳香碳环的缩合程度均有所提高；MgO能够促进煤粉发生脱碳裂解反应使芳香烃网络分子断裂，生成小分子含氧基团从而促进分解和燃烧。
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  钙处理钛合金化钢中TiN析出行为

  瞿勇，郑万，付学好，李光强，吴振华

  . 2017, 29(12): 973-981. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20160423

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  采用扫描电镜/能谱仪表征高强度结构钢中夹杂物的特征，考察了钛合金化及钙处理对钢中夹杂物组成的影响，探讨了氧化物对TiN析出行为及其对微观组织的影响。结果表明，钛合金化后钢中的夹杂物多为球形或多边形的Al- Ti- Mg- O系，钙处理能有效球化钢中的夹杂物和还原夹杂物中的TiOx，还原的Ti逐渐向夹杂物表层扩散积聚，促进了TiN在复合氧化物表面局部析出。钢中细小氧化物及氮化物的数量随Ti含量增加而增加，因此，钙处理较高Ti含量钢有助于促进细小的复合氧化物+TiN夹杂物的形成，并延迟凝固过程中TiN均质形核时间，细化TiN颗粒的尺寸。2～3μm的TiN不仅能诱导多边形铁素体析出，也能诱导针状铁素体析出。TiN及MnS在复合氧化物表面局部析出有助于互锁的针状铁素体诱导析出。
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  冷却速率对高锰TWIP钢中夹杂物演变规律的影响

  王毓男

  . 2017, 29(12): 982-989. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170033

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  通过试验和热力学计算研究了冷却速率对高锰TWIP钢中夹杂物演变规律的影响。高锰TWIP钢中夹杂物可分为9类：（Ⅰ）AlN、（Ⅱ）MgO、（Ⅲ）CaS、（Ⅳ）MgAl2O4、（Ⅴ）AlN+MgO、（Ⅵ）MgO+MgS、（Ⅶ）MgO+MgS+CaS、（Ⅷ）MgO+CaS、（Ⅸ）MgAl2O4+MgS。冷却速率为4. 83℃/s时，钢中夹杂物类型为（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅳ）～（Ⅸ），而冷却速率为0. 75℃/s时，钢中夹杂物类型为（Ⅰ）～（Ⅲ）、（Ⅴ）和（Ⅷ）。随着冷却速率的增大，钢中夹杂物的体积分数和面积分数几乎不变，夹杂物尺寸减小，数量密度增大。随着冷却速率的增大，AlN的尺寸、数量密度与面积分数的变化趋势与上述相同。通过热力学计算得到的夹杂物类型与实际观察结果基本一致。
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  转炉底吹供气方式对熔池搅拌的影响

  刘小亮，曾加庆，马登，杨利彬，王杰，董睿

  . 2017, 29(12): 990-996. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20160365

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  为探究复吹转炉底吹供气方式对转炉搅拌效果的影响，采用水模拟方法研究了转炉底吹流量分配比、切换频率及分组模式对渣- 金界面传质与混匀的影响。实验结果表明：流量分配比、切换频率及分组模式都会使渣- 金界面的传质系数与混匀时间发生改变。在连续模式下，底吹流量分配比选择4时，传质效果最优；流量分配比选择5时，混匀时间最小。在间隔模式下，底吹流量分配比选择3时，传质效果最优；流量分配比选择4时，混匀时间最小。传质系数随切换频率的增加而减小。流量分配比对连续模式传质系数的影响比间隔模式大，2种模式下混匀效果接近。连续模式下底吹会导致炉衬侵蚀不均，大流量侧会加速炉衬侵蚀和两相乳化过程，小流量侧则相反。
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  转炉冶炼汽车用钢脱磷工艺

  赵东伟，李海波，孙亮，张勇，闫小柏

  钢铁研究学报. 2017, 29(12): 997-1005. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170038

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  为了减少RH吹氧升温对洁净度的影响，汽车用钢在转炉冶炼过程中终点温度往往更高，从而导致转炉冶炼过程脱磷困难。通过对渣钢间脱磷热力学和动力学的计算，分析了转炉“留渣+双渣”工艺条件下磷分配比与钢液成分、炉渣成分以及温度的关系；结合工业生产试验，通过改变倒渣时间以及调整炉渣成分并对转炉冶炼过程钢液、炉渣连续取样，研究了转炉“留渣+双渣”工艺条件下的脱磷变化规律并得出了快速脱磷的工艺条件：吹炼开始加入小块废钢和轻薄料快速增加炉渣FeO含量并控制钢液温度的升高，吹氧量达到40%时倒出高磷含量炉渣；吹氧量为40%～80%期间增加炉渣FeO含量，减少炉渣返干，防止钢液回磷；转炉终渣碱度控制在4. 0左右，终渣TFe质量分数在18%～20%和尽量低的出钢温度。
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  基于曲率积分的Q235/S304复合板矫直压下量分析

  宋浩，朱琳，桂海莲，黄庆学

  . 2017, 29(12): 1006-1011. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20160384

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  根据弹塑性弯曲理论，利用曲率积分理论进行压下量的计算。建立双金属复合板在矫直过程中的三维动态有限元模型，通过仿真分析复合板在矫直过程中不同压下规程下纵向位移的变化规律以及对残余应力的影响。研究表明，矫直过程中,初始道次消除部分初始浪形，适当增大后续道次的反弯会很大程度上减小矫直后板材的凸度，板材残余应力较小且分布较均匀，矫直后复合板材的平直度符合国家标准。
材料研究
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  6Cr15Mo4VN轴承钢的显微组织和性能

  何曲波 ，王东哲 ，刘海定，蔡欣男，陈登华 ，刘应龙

  . 2017, 29(12): 1012-1017. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20170024

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  结合Jmatpro软件计算和大量的试制工作，设计开发了新型耐高温不锈轴承钢6Cr15Mo4VN。用差热分析仪、光学显微镜、电子探针等手段对其显微组织和性能进行了分析研究。实验结果表明，淬- 回火处理后显微组织为回火马氏体+一次碳化物+二次碳化物+少量残余奥氏体，一次碳化物呈带状沿纵向分布，尺寸较细小，二次碳化物较均匀地分布在马氏体基体上；退火处理后可获得较低硬度，淬- 回火处理后可获得较高硬度，是较理想的轴承用材；在体积分数为40%的硝酸溶液中，几乎不发生腐蚀现象；在体积分数为10%的盐酸溶液中，耐腐蚀性能优于9Cr18Mo和7Cr14MoN。
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  加热条件与混合气氛对50CrV4钢表面脱碳的影响

  张绍成，赵刚，徐耀文，毛新平 ，韩斌，蔡珍

  . 2017, 29(12): 1018-1023. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20160390

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  试验过程模拟武钢CSP均热炉的加热条件，分别研究加热温度、保温时间、炉内气氛对弹簧钢50CrV4表面脱碳的影响规律。结果表明，50CrV4钢脱碳厚度随保温时间的延长而增加；保温时间为30和60min，加热温度低于1050℃时，脱碳层厚度随温度升高而增加，高于1050℃时，脱碳层由于氧化加剧而减少，1050℃为脱碳敏感温度；O2+CO2+H2O+N2混合气氛比O2+CO2+N2和H2O+N2降低脱碳层厚度更加明显。结合氧化模型和菲克第二定律，建立并修正了脱碳计算模型，利用试验数据验证其可靠性。
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  脱碳时间对Fe- 3%Si钢氧化层组成及形貌的影响

  郭悦，戴方钦，胡守天，高洋，骆忠汉

  . 2017, 29(12): 1024-1029. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20160412

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  脱碳退火时间是决定Fe- 3%Si钢表面内氧化行为的重要工艺参数之一，继而影响着后续渗氮及二次再结晶工艺。在1103K的退火温度及N2+H2+H2O的退火气氛下进行了脱碳退火实验，研究了退火时间对Fe- 3%Si钢表面氧化行为的影响。通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜及辉光放电质谱仪观察了Fe- 3%Si钢表面氧化层的演变过程，分析了氧化层内硅、氧含量分布趋势，建立了氧化层结构与氧化物含量之间的关系。实验结果表明，经过脱碳退火后，Fe- 3%Si钢表面氧化物由二氧化硅和铁橄榄石组成。随着退火时间的延长，内氧化层增厚，硅元素在内氧化层中的富集程度增加。当硅钢表面氧化深度相同时，氧化物含量随退火时间的增加而增多。
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  固溶温度对30Cr4Si2NiMoWNb超高强度钢力学性能的影响

  宁静，杨卓越，苏杰，丁雅莉，高齐

  . 2017, 29(12): 1030-1036. https://doi.org/10. 13228/j.boyuan.issn1001- 0963. 20160381

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  通过扫描电镜、X射线萃取相分析等手段，研究了30Cr4Si2NiMoWNb超高强度钢不同固溶温度处理后的未溶相组成，以及对最终260℃回火后钢的横向和纵向力学性能的影响。结果表明：低于940℃进行固溶处理，横向和纵向冲击韧性、断面收缩率均显著下降，横向数据大幅低于纵向数据；940℃以下固溶处理，基体中存在大量未溶碳化物，是韧性较差的主要原因；而未溶碳化物和带状偏析组织的同时存在是构成横向和纵向韧性差异的主要原因。