2020年, 第32卷, 第12期　刊出日期：2020-12-19

  

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综合论述
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  固态钢加热过程中非金属夹杂物转变研究进展

  鲁达1，李维福1，任英1，张立峰2

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1021-1028. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200250

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  摘要：钢中非金属夹杂物控制是炼钢的关键难题之一，在钢液条件下夹杂物的控制主要是通过夹杂物的改性或聚集长大进而从钢液中去除，在钢的热处理过程中夹杂物的转变机制与液相条件不同，包括新相析出、夹杂物转变和夹杂物结晶。综述了不同钢种热处理过程中夹杂物的转变行为。不同温度下，夹杂物与钢基体之间的热力学平衡发生变化是导致夹杂物成分转变的主要驱动力。不锈钢加热过程中夹杂物由MnO-SiO2向MnO-Cr2O3的转变，铝脱氧钢加热过程中夹杂物由Al2O3-MgO-CaO向Al2O3-MgO-CaS的转变。硅锰脱氧钢加热过程中SiO2-MnO夹杂物成分变化不大，夹杂物的变化行为主要是高SiO2相结晶析出。
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  钒微合金化钢的技术进展与应用

  杨才福

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1029-1043. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200200

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  摘要：介绍了钒微合金化技术的最新进展以及钒钢的开发与应用情况。氮是含钒钢中有效的合金元素，含钒钢中增氮，优化了钒在钢中的析出，显著提高沉淀强化效果。采用钒氮微合金化设计，配合适当的轧制工艺，促进V(C,N)在奥氏体中析出，起到了晶内铁素体形核核心作用，实现了含钒钢的晶粒细化。最新的研究成果表明钒微合金化可以提高双相钢、贝氏体钢、相变诱导塑性钢、孪晶诱导塑性钢、热成型马氏体钢等汽车用先进高强度钢的强度并改善使用性能，显示出良好的应用前景。钒氮微合金化技术在中国高强度钢筋、高强度型钢、非调质钢、薄板坯连铸连轧高强度带钢等产品中获得广泛应用，大大促进了中国钒微合金化钢的发展。
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  耐微生物腐蚀管线钢新材料的研究与发展

  史显波，严伟，单以银，杨柯

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1044-1049. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200212

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  摘要：面对与日俱增的管线微生物腐蚀失效问题，发展微生物腐蚀防治新措施具有重要的工程应用意义。含铜管线钢是从材料自身设计角度发展的一种防治管线微生物腐蚀措施的新方案，已显示出良好的耐微生物腐蚀效果。在前期综述报道的基础上，主要总结了含铜管线钢的相变动力学、热塑性、纳米富Cu相的调控析出等方面的研究进展，以增进对新型耐微生物腐蚀含铜管线钢的认识和了解，并对含铜管线钢的未来实际生产具有重要指导意义，从而推进其应用与发展。
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  闪速加热工艺在先进高强钢领域的应用

  温鹏宇1，韩建胜2，罗海文1

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1050-1058. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200140

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  摘要：对于先进高强钢而言，实现热处理工艺的简化与高效，并保证良好的力学性能一直为从业者所追求。过去数十年间，罩式退火发展到连续退火，虽然一定程度上提升了生产效率，但效果仍然有限。近年来，一种新型的闪速加热工艺（超快速加热工艺）因其极高的工艺效率而逐渐为业内所熟知，该工艺典型特点为以高于100℃/s的热速加热至目标温度并快速冷却。该技术的突出优势在于大幅缩短热处理周期、提升效率的同时，能够抑制晶粒的长大，从而获得显著的强化效果并能保证塑韧性。总结了多种先进高强钢经超快速加热工艺处理后的力学性能，并分析讨论了一些关键影响因素，如起始组织、预热温度、加热速率等的作用机制；同时，对该工艺下的精准组织调控进行了分析讨论，并对其工业化应用前景进行了展望。
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  先进高强度汽车用钢研究进展及展望

  赵征志1,2,3，陈伟健1,2,3，高鹏飞1,2,3，康涛1,2，赵棪1,2，唐荻1,3

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1059-1076. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200277

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  北京实验室， 北京 100083；3.北京市交通与能源用特殊钢工程技术研究中心， 北京 100083摘要：安全、环保、节能成为当前汽车制造业发展的主题，采用高强度钢板制造的车身不仅可以有效减轻车身重量，降低油耗，还可以提高汽车的安全性和舒适性，是同时实现车体轻量化和提高碰撞安全性的最佳途径。针对汽车车身轻量化的发展趋势和技术要求，重点介绍了双相（Dualphase, DP）钢、复相（Complexphase, CP）钢、淬火配分（Quenching and partitioning, Q&P）钢、热成形钢、中锰钢以及低密度钢等先进高强度汽车用钢的微观组织和力学性能特征、工艺参数控制和强韧化机制研究等内容的现状和最新成果，并针对不同种类的先进高强度汽车用钢的优化控制思路提出了介绍和建议，相关的研究结果内容为高性能汽车用钢的研发与生产具有一定的指导意义，为实现更高强度、更高塑韧性以及优良服役性能的先进高强度汽车用钢的设计、研发与应用提供了有益的参考。
材料研究
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  临界区等温球化退火对低密度轴承钢组织和硬度的影响

  庞佳琛1，王国栋1，易红亮1,2

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1077-1083. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200159

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  摘要：临界区等温球化退火是实现高碳轴承钢中片状珠光体球化的主要热处理方式，其将片状珠光体转变为粒状珠光体，改善轴承件的可加工性及组织均匀性。研究了临界区等温球化退火工艺对低密度含Al轴承钢微观组织演化及硬度的影响。研究结果表明，轴承钢钢中高含量Al的添加可以提高临界区等温球化退火温度，缩短球化时间，将珠光体的硬度降低至300HV以下。但是，临界区等温球化保温过程中有石墨颗粒形成，石墨颗粒的产生虽然能够有效地降低球化后钢材硬度，但是部分石墨颗粒在最终的奥氏体化过程中难以溶解进入钢材基体，未溶解的石墨颗粒不仅增加了组织的不均匀性，而且降低了轴承钢硬度。所以，较长时间退火保温的临界区球化退火方式并不适用于低密度高碳高Al轴承钢。
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  Nb的非平衡晶界偏聚动力学模拟与实验研究

  吕俊南，魏然，王红鸿，吴开明

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1084-1092. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200144

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  摘要：Nb是现代高性能钢铁材料中重要的微合金化元素，其在晶界有强偏聚特性。采用3种Nb空位复合体扩散系数分别对非平衡晶界偏聚进行拟合，根据铁铌二元合金中Nb在晶界偏聚实验的EPMA测量结果筛选出最终的复合体扩散系数，并据此讨论了低温恒温温度，基体Nb含量，原奥氏体晶粒尺寸对非平衡晶界偏聚动力学的影响，得出了最符合实验结果的铌空位复合体扩散系数公式。结果表明，在1000℃恒温过程，Nb非平衡晶界偏聚的临界时间在15min左右，临界时间常数为6.57×105。从1200℃固溶态冷却至某低温等温时，随着等温温度的升高临界时间迅速减小，Nb在晶界的最大偏聚量逐渐越小；随着基体Nb含量增加晶界Nb的最大偏聚量线性增加；随着原奥晶粒尺寸的增加临界时间逐渐增大。
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  高强度钢韧化机制及与亚结构关系的研究

  刘自成1，王学林2，喻异双2，尚成嘉2

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1093-1101. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200243

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  摘要：以实际生产制备的800MPa级调质态水电钢为研究对象，结合扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和冲击实验等，利用显微组织晶体学结构可视化与定量化方法，研究了钢板厚度方向不同取样位置低温韧性差异的本质原因。结果表明，高强度中厚板厚度方向由表面向心部过渡，显微组织由板条状贝氏体向粒状贝氏体过渡，低温冲击韧性降低，韧脆转变温度（DBTT）升高。随显微组织由表面向心部过渡（冷速降低），变体选择加强，心部形成了以单一贝恩（Bain）组为主导的相变组织，大角度晶界密度显著降低，且韧脆转变温度的升高与block界面密度降低紧密相关。此外，研究发现奥氏体晶粒内部的block界面和奥氏体晶界可以有效地偏折和阻止裂纹扩展，但由于奥氏体界面密度显著低于block界面，故对冲击实验过程中裂纹扩展阻力的贡献主要来自晶内的block界面。
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  铁素体晶界结构对管线钢HIC敏感性的影响

  侯双平1,2，刘静1,2，黄峰1,2，毕云杰1，范丽霞1

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1102-1113. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200016

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  摘要：铁素体作为酸性环境用管线钢的主要组织类型之一，探究其晶界结构与管线钢氢致开裂（HIC）敏感性之间关系，可为进一步优化管线钢的抗HIC性能提供指导。对热轧态管线钢进行不同工艺热处理，采用扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）观察了试样的晶界、位错结构及氢鼓泡、氢致裂纹形貌，用电化学充氢及动态充氢方法对试样的HIC敏感性及氢致塑性损失进行了测试，用电化学氢渗透及氢微印实验对试样的氢捕获效率及氢原子分布进行了观察与分析，探索了铁素体晶界结构与HIC敏感性之间内在关联。其结果表明：当材料中以小角度晶界占主导或大小角度晶界比例约为1∶1时，对氢原子的捕获效率较高，HIC敏感性也相对较大；大小角度晶界均能捕获氢原子，但与氢的作用机制不同，大角度晶界主要促进氢致裂纹萌生，而小角度晶界主要促进氢致裂纹扩展。
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  低合金铜时效强化钢奥氏体化过程的动力学模型

  金妙1,2，杨丽2,3，刘宁1，苏航2,3

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1114-1123. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200021

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  摘要：通过高温金相试验，研究了一种船用低合金铜时效强化钢在不同加热温度和保温时间下的奥氏体晶粒长大行为和尺寸分布规律。结果表明：随着加热温度的升高，奥氏体晶粒尺寸逐渐增大，并且在不同的温度区间，奥氏体晶粒具有不同的长大速度。随着保温时间的延长，奥氏体晶粒也逐渐长大，但加热温度越高，奥氏体晶粒长大速度越快。各加热温度及保温时间下奥氏体晶粒尺寸呈对数正态分布，且随着加热温度升高或保温时间延长，对数正态分布曲线峰值横坐标右移，峰值频率下降。通过对试验数据进行回归分析，建立了适用于本钢种的奥氏体晶粒长大的动力学模型，模型计算值与试验值吻合较好，平均相对误差小于5%，所建立的模型具有较高的精准性和可靠性。
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  水电站用低碳贝氏体钢07MnCrMoVR的组织性能研究

  冯路路1,2，胡锋1，乔文玮3，宋增强4

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1124-1131. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190279

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  摘要：采用不同的宽展比对水电站用低碳贝氏体钢07MnCrMoVR进行了轧制，对回火前后试验钢的微观组织形貌进行了观察，并对力学性能进行了检验，同时利用EDS能谱分析了回火过程中碳化物析出行为。结果表明：采用较小的宽展比能提高粗轧纵轧阶段的单道次压下率以及变形区系数，有效地破碎奥氏体再结晶晶粒，轧制后获得细小的粒状贝氏体组织，高温回火后析出大量的渗碳体和合金碳化物均匀弥散地分布在贝氏体铁素体基体上。随着回火温度的提高，试验钢强度性能呈现先升高再降低的现象，伸长率和低温冲击韧性持续升高。
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  回火温度对Ti-V-Mo复合微合金钢组织及硬度的影响

  王茹玉1，赵时雨2，张可2，裴英豪1，李景辉2，张明亚2

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1132-1140. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200145

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  摘要：利用OM、SEM、TEM、EBSD和维氏硬度计等手段研究了回火温度对Ti-V-Mo复合微合金钢组织转变及硬度的影响，探讨了 (Ti,V,Mo)C在不同回火温度下的析出规律及其对硬度的作用机制。结果表明，在450～600℃回火时，随着回火温度的升高，硬度呈直线上升趋势，在600℃回火时硬度具有最大值450HV。随着回火温度的升高，试验钢马氏体板条块宽度由7.3μm增大至9.9μm，600℃回火时析出相粒子的平均尺寸为5nm，10nm以下的(Ti,V,Mo)C粒子可高达90%，理论计算沉淀强化增量导致硬度上升90.7HV，远高于基体软化造成的硬度损失，因而析出强化是影响Ti-V-Mo复合微合金钢硬度的主要因素。在600～650℃回火，大小角度晶界分布比例基本相同，马氏体板条块的平均尺寸变化不大，但是析出相的平均尺寸由5nm提高到5.6nm，尺寸小于5nm的(Ti,V,Mo)C粒子所占比例逐渐下降，导致硬度下降。
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  Al对锻态中锰钢组织与性能的影响

  刘思涵，王存宇，王昌，徐海峰，曹文全

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1141-1147. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200026

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  摘要：对比研究了锻态0.15C5Mn钢和0.15C5Mn2Al钢在室温下和750℃准静态拉伸条件下的力学性能，并对微观组织利用SEM和EBSD进行表征。研究结果表明，Al的加入引起了室温下的微观组织结构的不同，含铝钢在室温下的组织中存在很少量铁素体，导致含铝钢强度低；锻态0.15C5Mn钢和0.15C5Mn2Al钢在750℃下分别获得了90.5%和101%的伸长率；经750℃拉伸变形后0.15C5Mn钢获得马氏体组织，Al元素的添加扩大了双相区，使0.15C5Mn2Al钢在双相区拉伸变形，最终得到铁素体+马氏体双相组织，双相区变形使0.15C5Mn2Al钢具有较高的伸长率，降低了抗拉强度。
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  氮元素对Cr13超级马氏体不锈钢组织及性能的影响

  南海1，常瑞津2，李静媛2，徐芳泓1，张威1

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1148-1156. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200071

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  摘要：为了提高超级马氏体不锈钢的性能以满足油气开采的使用要求，在Cr13超级马氏体不锈钢中添加质量分数为0.065%的N元素，并采用金相观察、SEM、拉伸试验、电化学测试等方法，研究N元素对Cr13超级马氏体不锈钢组织、力学性能及耐蚀性能的影响。研究发现，N元素能细化原奥氏体晶粒、对组织中的回火马氏体有一定的“短化”作用，并且能有效减少组织中的δ铁素体、增加奥氏体的含量。在力学性能方面，适量的N元素因可以细化奥氏体晶粒和短化马氏体从而增加晶界和亚晶界，所以能有效提高试验钢的屈服强度和抗拉强度。耐蚀性能方面，电化学实验表明，适量的N元素能提高钝化膜的保护能力和再钝化能力，所以在一定程度上能有效提高试验钢的耐蚀性能。
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  超高强度弹簧钢冷变形性能及其仿真模拟

  邹江河1,2，姜云1

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1157-1164. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200078

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  摘要：针对60Si2CrVAT超高强度弹簧钢实际冷卷成形工况，采用准静态拉伸试验和不同微观表征手段研究了经Q&T (Quenching&Tempering)和Q-I-Q-T(Quenching-IsthothermalQuenching-Tempering)工艺热处理后试验钢的组织形貌及冷变形前后力学性能的差异，并利用Deform-3D有限元数值模拟软件分析了2种工艺参数下的弹簧钢在冷卷成形过程中的应力、应变等场量参数的变化特征，预测了其冷卷成形过程中的断裂损伤概率。结果表明，Q-I-Q-T工艺复相组织弹簧钢的塑性更好，冷变形后的断面收缩率和伸长率比Q&T工艺马氏体中温回火组织弹簧钢分别高出了65%和66%。模拟结果显示，不同组织状态下的超高强度弹簧钢在卷制过程中的等效应力和等效应变分布规律近似，但Q-I-Q-T工艺复相组织弹簧钢在卷制过程中产生的等效应力和等效应变值更小，产生断裂的概率更低。
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  冷轧退火板DP钢成材率低原因分析

  段晓溪，马幸江，韩志刚，李振，张龙，宁媛媛

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1165-1172. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200034

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  摘要：以冷轧退火板DP980为研究对象，结合生产过程中的工艺过程参数，利用金相显微镜、电子显微镜、显微硬度计、室温拉伸试验机对热轧卷、冷硬卷、退火卷试样的显微组织、硬度、强度、伸长率等进行了分析。结果表明，热轧卷生产过程中，为了控制带尾抛钢稳定性而降低卷取速度，导致带尾卷取温度较低，力学性能不均，遗传到冷轧工序转变为厚度波动。目前，冷轧各工序通过切头尾的方法，对于此问题进行控制，也就导致了DP钢成材率较低。
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  C和N含量及终锻温度对38MnVS6性能和组织的影响

  邢萍1，陈雪慧2

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1173-1179. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200057

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  摘要：通过显微组织定量统计、高分辨透射电镜及热力学计算等手段，研究了成分微调及终锻温度对38MnVS6非调质钢力学性能和显微组织的影响。结果表明，通过降C增N处理和降低终锻温度，实验钢屈服强度得到一定提高，塑韧性得到明显改善，室温冲击功由52J增加至83J。其作用机制为降C使铁素体体积分数增加,塑韧性得到改善；而增N后提高了钢的析出强化作用，弥补降C带来的强度损失；随着终锻温度的降低，铁素体数量增加且尺寸减小，细晶强化及韧化作用得到进一步提高。两方面综合作用使得实验钢强度保持稳定，而冲击韧性提高。
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  α/γ相比例对HPD-1双相不锈钢疲劳性能的影响

  宁鑫1，宋志刚1，丰涵1，何建国1，黄博2，余志川2

  钢铁研究学报. 2020, 32(12): 1180-1186. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200008

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  摘要：通过对锻态HPD-1双相不锈钢进行不同温度的固溶处理，获得两相（α、γ）比例呈梯度变化的疲劳试样，在室温环境下测试对应相比例试样的疲劳断裂次数，获得相比例对疲劳性能的影响规律并进行微观分析。结果表明，在梯度范围内，随着α/γ比例提高，疲劳性能持续增强。对疲劳试样进行SEM、EDS与TEM分析得知，塑性变形主要发生在奥氏体内，位错以平面滑移型为主在奥氏体中大量增殖发展并在相界处塞积，铁素体内基本无位错发展，微裂纹形核于奥氏体区域并沿相界向外拓展，导致疲劳断裂。