2021年, 第33卷, 第9期　刊出日期：2021-09-25

  

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综合论述
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  630～650℃超超临界参数锅炉受热面管备选材料建议

  刘巍栋1，蔡文河2，赵勇1，孙越1，原永亮1

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 891-900. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210013

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  摘要：基于630℃二次再热机组受热面管候选新材料Sanicro25、CHRA5、SP2215进行了综合性能分析研究，包括化学成分、微观组织、力学性能、高温时效后的冲击性能、抗蒸汽氧化性、耐腐蚀性和经济性等，并与目前应用于600～620℃机组的传统Super304H和HR3C钢进行比对，结果表明3种新型材料综合性能更为优异，可作为630～650℃机组受热面材料使用。
冶炼与加工
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  GH4706大尺寸电渣锭铝钛烧损控制的热力学模型

  沈中敏1,2，郭靖1,2，段生朝1,2，郭汉杰1,2， 段然3，李连鹏4

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 901-910. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210091

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  摘要：为减少大型铁镍基合金锭电渣重熔过程产生的铸锭头尾Al和Ti元素分布不均现象。基于分子离子共存理论建立了GH4706合金电渣重熔过程中Al和Ti元素烧损的热力学模型。根据理论计算分析，使用Wagner公式中一阶活度相互作用系数可以计算铁镍基合金熔液中Al和Ti元素活度。将Fe和Ni视为基体，不考虑Ni元素对合金中其他组元活度相互作用系数的影响可得到较为准确的计算结果。在五元渣系CaOMgOAl2O3TiO2CaF2中，控制渣中TiO2质量分数在2%~6%范围内可有效抑制合金中铝、钛元素的烧损。采用计算所得渣系成分，工业试验成功冶炼出直径为1100mm的GH4706电渣锭，且Al和Ti烧损量小于10%。
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  利用含锌粉尘和铁鳞中锌和铁制备合成Ni-Zn铁氧体

  陈昌1,2,3，李杨1,2,3，甘文良1，冯好1，何环宇1,2,3，倪红卫1,2,3

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 911-919. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200261

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  摘要：以电炉粉尘（EAFD）中提取的Zn2+、铁鳞中提取的Fe3+和六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)为原料，采用水热法直接制备合成尖晶石型NiZnFe2O4。首先探讨了焙烧温度、NaOH与EAFD质量比和焙烧时间对电炉粉尘中Zn2+提取率以及HCl浓度对铁鳞中Fe3+浸出率的影响，然后分析了NiZnFe2O4合成条件对其磁性能的影响。结果表明，当NaOH与EAFD质量比为1∶1，焙烧温度为450℃，焙烧时间为1h时，电炉粉尘中锌的提取率为88.77%；当HCl浓度为1.75mol/L时，铁鳞中Fe3+浸出率为96.89%。当EAFD中提取的Zn2+、铁鳞中提取的Fe3+和NiCl2·6H2O的摩尔比控制为1∶20∶9时，可以成功制备尖晶石型Ni-ZnFe2O4，并且对合成的NiZnFe2O4进行热处理之后可以显著提高其磁性能，当热处理温度从150℃提高到450℃时，尖晶石型Ni-ZnFe2O4的饱和磁感应强度从13.35（A·m2）/kg增长到40.06（A·m2）/kg。
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  不锈钢酸洗污泥碳还原过程中的物相变化及元素迁移行为

  张继新1，李秋菊1，周仓2，李重河2，王丹3

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 920-928. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200236

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  摘要：不锈钢酸洗污泥是危险废弃物，但其中含有大量有价值重金属，因而如何对其资源化利用具有重要意义。研究不锈钢污泥在碳热还原反应过程中铁、铬、镍等元素在物相间的相互作用及转化，探究铁、铬、镍元素在污泥中分布的影响因素。利用XRD分析污泥在还原过程中的矿相变化，金相显微镜、SEMEDS分析污泥还原过程中金属颗粒的形貌及其迁移行为。结果表明，在污泥升温碳还原的过程中，NiO与Fe2O3形成NiFe2O4尖晶相并被还原形成Ni-Fe金属相；FeO与Cr2O3形成FeCr2O4并与碳还原形成Fe-Cr--C金属固溶体；含碳的Ni-Fe-Cr-C等合金颗粒在高温下熔化并汇聚长大。当温度为1300℃时，渣相内部结构软化形成微熔池，使得金属液滴具备更好的迁移长大条件，非金属元素形成了以［Si-O］为主要网络结构的熔渣球团，这些网络结构由Ca2Al(AlSiO7)组成。
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  基于分子动力学模拟FeO/Fe界面断裂过程

  周瑾，周存龙，段晶晶

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 929-935. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200246

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  摘要：氧化皮与钢基体的粘结特性决定了环保型无酸除鳞的工艺参数设定精度。为了分析低碳钢基体与表面氧化皮的脱粘规律，采用分子动力学软件模拟了FeO/Fe构成的分析对象在拉伸载荷作用下界面裂纹的扩展行为，分析了裂纹恒定阶段和裂纹扩展阶段的局部正应力分布和位移变化；并利用裂纹稳态扩展条件下的局部正应力和位移数据拟合了牵引分离曲线图，同时与指数型、双线型以及三次多项式型粘聚力模型等3种模型进行了比较，偏差平方和分别为24586、22202、40610。结果表明该方法可以快速准确预测FeO与Fe的脱粘规律，对揭示氧化皮与钢基体的脱粘规律以及无酸除鳞的技术推广提供了一定帮助。
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  回火工艺对COST-FB2转子钢组织与性能的影响

  殷会芳1，杨钢1，赵吉庆1，包汉生1，胡日2

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 936-942. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200193

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  摘要：利用OM、SEM和TEM等手段研究了回火工艺对COSTFB2转子钢的显微组织与力学性能的影响，结果表明：570℃一次回火后，马氏体板条内有杆状Fe3C和细小颗粒状的MX，板条界有少量颗粒状碳化物析出；700℃二次回火后，板条内杆状Fe3C和板条界上颗粒状碳化物消失或转变成M23C6型碳化物。经570℃一次回火，COSTFB2转子钢试样的强度较高，冲击功较低，再经700℃回火强度略有降低，冲击功增加。经不同温度的2次回火的调整，COSTFB2转子钢试样获得了较好的强韧性配合。
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  多流式连铸过渡包的结构优化

  李二龙1,2，冯孔方3，郭海荣3，孙济鹏1,2，张捷宇1,2，王波1,2

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 943-951. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200247

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  摘要：过渡包在薄带连铸过程中起到承上启下的作用，为了使结晶器入口钢液成分与温度更加均一，研究钢液在过渡包内的流动以及其出口钢液温度的分布对薄带连铸过程有着重要的意义。针对某钢厂多流式过渡包，提出在包内增加坝堰组合以优化钢液在包内的流态以及温度分布。采用数值模拟和物理模拟的方法，研究了过渡包内不同控流装置下钢液的流态和温度分布，同时通过各流出口的平均停留时间和温度值差来考察钢液分布的均匀性。研究发现增加坝堰组合后，过渡包内流态与温度分布更加均一且稳定，过渡包内设置坝高30mm，堰高30mm，坝堰间距120mm，堰距入口中心距离253mm为最优方案，其平均停留时间方差较原模型减少82%，各出口温度极差较原模型减少67%。数值模拟结果同物理模拟结果较一致。
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  基于RF-LSTM的热连轧板坯粗轧出口温度预报

  易成新1，李维刚1,2，吕立华3，赵云涛1

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 952-959. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200187

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  摘要： 热连轧板坯温度的连续、实时预报是提高带钢产品性能的关键，针对热连轧过程数据维度过高不利于快速、准确预测板坯温度的问题，提出一种基于随机森林长短期记忆神经网络（RFLSTM）的板坯粗轧出口温度预测模型。首先，采用改进随机森林算法对特征变量进行选择，通过分析板坯粗轧出口温度的预测结果变化衡量特征的贡献度，进而构造反映过程数据特征与板坯温度的特征选择评价函数；其次，针对热连轧过程数据具有时间序列特性的特点，采用LSTM预测板坯粗轧出口温度；通过钢厂实际的热连轧过程数据特征选择实验验证和对比分析，结果表明：特征选择前后钢坯的温度预测平均绝对误差、均方根误差分别下降了0.21、0.25℃，预测相对误差在±30%以内的精度达到了99.07%。
材料研究
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  制备过程中FeSiB非晶带材自由面氧化对磁性能的影响

  李百松，李志刚，宋恩猛

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 960-965. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200188

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  摘要：利用X射线衍射（XRD）及X射线光电子谱（XPS）对采用平面流铸法制备的Fe78Si9B13非晶带材进行了分析，研究结果表明：当只有熔潭前端被CO保护时，所制备出的Fe78Si9B13非晶带材自由面会出现厚约10nm的Fe2O3氧化层；经XRD分析，Fe2O3氧化层的产生会使得带材自由面在2θ为661°处出现Fe(Si)固溶体晶化相，从而恶化带材磁性能。在非晶带材的制备过程中，采用CO气体对熔潭前端与后端同时进行保护，可有效避免非晶带材自由面的氧化，改善带材磁性能。
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  稀土渣系电渣重熔H13钢铸锭的成分、组织及夹杂物特征

  朱健1，周文健1，张志豪1,2，谢建新1,2

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 966-978. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200201

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  摘要：稀土(RE)微合金化是开发高品质模具钢的重要手段之一。采用稀土渣系结合电渣重熔实现H13钢铸锭的稀土添加，重点对比研究了稀土氧化铝渣系和氧化铝渣系所制备H13钢铸锭的成分、组织及夹杂物特征，揭示了稀土氧化铝渣系对于H13钢铸态组织的稀土改性作用及机制。结果表明，采用稀土氧化铝渣系或稀土氧化钙渣系均可制备稀土质量分数约0.01%的H13钢铸锭，并分别将S质量分数从电极(原料)的0.01%降低至铸锭的0.005%和0.002%。稀土氧化铝渣系的H13钢铸锭中晶界处有稀土La富集，晶内分布尺寸1~2μm的近球形稀土硫氧化物La2O2S(与基体具有4.7%的较低界面错配度)。相比氧化铝渣系，稀土氧化铝渣系将H13钢铸态组织的二次枝晶平均尺寸从109.6μm减少到84.9μm，液析碳化物和夹杂物平均尺寸从5.1μm减少到3.1μm, 从而改善稀土H13钢铸态组织的均匀性。
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  高强度油井管用钢带状偏析及其条带型混晶现象研究

  杨飞飞1，张忠铧2，刘华松1，罗明2，李根1，张家泉1

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 979-986. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200220

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  摘要：带状偏析组织是影响高强钢服役过程抗腐蚀性能的重要缺陷之一。为了深入揭示轧材中常见的碳化物带状缺陷组织特征，以C110级高强度油井管钢为对象，针对源于铸坯点状偏析的管材带状组织，利用OM、SEM、EDS、EPMA等手段，研究了其热轧材及其调质处理过程不同环节下的晶粒大小分布行为。发现了一种与碳化物带状缺陷相关联的条带型混晶组织。其组织中基体区域晶粒明显粗大，偏析带区域晶粒则相对细小，呈现出与带状组织相似的粗细晶粒相间结构。基于EPMA分析，揭示了带状组织中元素偏析程度与其晶粒尺度的关联性，并利用溶质拖曳理论与第二相粒子钉扎作用解释了合金元素对晶粒生长的影响。
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  冷却工艺对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响

  李成刚1，周晓光1，蒋小冬1，张东航1，陆凤慧2，刘振宇1

  钢铁研究学报. 2021, 33(9): 987-993. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200202

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  摘要：通过热模拟实验，研究了冷却工艺参数对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响。结果表明：当终冷温度为700℃时，随着冷却速度的增大，铁素体和珠光体组织得到了显著细化，实验钢硬度增加；随着终冷温度的降低，多边形铁素体晶粒尺寸呈减小趋势，铁素体和珠光体含量逐渐降低，珠光体片层间距逐渐减小，贝氏体含量增加，相变强化和细晶强化共同作用使得实验钢的硬度逐渐增加；钢中存在少量粗大的TiN和Ti4C2S2粒子，冷却速度由5℃/s增大到30℃/s，TiC粒子的析出数量明显增加，平均尺寸由8.1nm减小到6.7nm；终冷温度由700℃降到600℃，第二相粒子TiC的析出数量逐渐减少，平均析出粒子尺寸由6.7nm减小到5.9nm。研究结果为Ti微合金化高强钢控制冷却工艺的制定奠定了理论基础。