2021年, 第33卷, 第12期　刊出日期：2021-12-20

  

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综合论述
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  碳纤维增强铝基复合材料的研究现状

  刘晨曦1，于惠舒1，张楠楠1，张一凡1，张岩2

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1205-1218. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210027

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  摘要：碳纤维增强铝基复合材料同时具备了增强材料和金属材料的优良特性，具有高强度、高模量、高耐磨性等特征，并且可以在导热、导电和高温下提供高强度、高弹性系数和高尺寸强度，在航空航天、汽车等行业的应用方面表现出巨大的发展空间。介绍了几种制备碳纤维增强铝基复合材料方法，从制备工艺、微观组织、力学性能等方面评述了制备的关键问题和研究现状，对界面反应、润湿性、分散性和浸渗问题进行了分析，并展望了碳纤维增强铝基复合材料的研究和发展趋势。
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  高温合金洁净度的系统分析方法综述

  张雪良1,2，陶宇1,2，曲敬龙1,2，杨树峰3，谷雨1,2

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1219-1227. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200274

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  摘要：高温合金中夹杂物的检测、分析与控制是高温合金洁净度研究的重点。全面、准确地分析高温合金中夹杂物的形貌、成分、尺寸和数量等特征是明确高温合金中夹杂物来源和形成机制的前提，也是控制和提高高温合金洁净度的基础。从试样检测体积、试样检测效率、检测结果可靠性、获取夹杂物的特征信息以及各自优缺点等方面详细阐述了高温合金洁净度的系统分析方法，包括金相法、扫描电镜法等传统二维检测方法、大样电解法、电子束熔炼法和无损检测等。通过高温合金中夹杂物的系统分析方法能够全面准确地获取高温合金中夹杂物的特征信息和评估高温合金的洁净度，对超纯净高温合金的生产具有指导作用。
冶炼与加工
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  颗粒形状模型对高炉布料过程DEM模拟的影响

  夏修浩，周连勇，马华庆，赵永志

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1228-1236. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200316

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  摘要：在高炉中，布料过程中的炉料运动行为和炉料分布直接影响高炉产能和能耗，而理解炉料的颗粒特性对炉料运动和炉料分布的影响至关重要，尤其是颗粒形状的影响。采用球形和非球形的离散单元法（Discrete Element Method，DEM）对4000m3高炉的布料过程进行三维数值模拟，对比研究了不同颗粒形状模型对布料运动行为和单环及多环布料后的炉料分布的影响。结果表明在布料过程中，多面体炉料接触到溜槽后会比球形炉料损失更多的动量，导致落点更靠近炉心，而且多面体炉料的形貌分布、层间渗流、料层稳定性和孔隙率分布都不同于球形炉料。此外，研究发现球形炉料带适当的滚动摩擦能在布料速度和单环布料形貌上接近多面体的布料行为，但在多环炉料形貌和孔隙率分布等方面仍不适用。
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  铁矿石烧结箅条糊堵现象成因机制

  李占国1，张建良1，刘征建1，王耀祖2，牛乐乐1

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1237-1244. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210280

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  摘要：箅条糊堵现象是铁矿石烧结生产面临的重要共性问题，给烧结经济技术指标及设备都带来不利影响。为弄清并解决这一问题，首先对箅条糊堵物进行了分类和物相特征分析，随后从原燃料条件、工艺条件和箅条自身性能3个方面综合分析了烧结台车箅条糊堵的形成机制及影响因素，最后基于箅条糊堵物的物相特征及形成机制总结了预防及解决箅条糊堵问题的技术措施和工艺参数控制要求。研究结果对明晰箅条糊堵机制、防治篦条糊堵和促进铁矿石烧结生产稳定有着一定的参考意义。
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  赤铁矿内配兰炭生产球团矿固结机制研究

  杨双平，高文彬，王玉萍，李江菡

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1245-1252. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200296

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  摘要：通过对不同温度、不同兰炭配入量的内配兰炭赤铁矿球团进行FeO含量检测和矿相结构分析，得出兰炭在赤铁矿球团焙烧过程中的作用机制。结果表明：兰炭含量较低时，主要发生燃烧反应，不利于赤铁矿向磁铁矿转变，且气孔率增大使球团抗压强度降低；兰炭含量过高，还原反应占主导，大量Fe2O3被还原为Fe3O4，甚至被还原为FeO，随之形成铁橄榄石；兰炭燃烧放热过多使球团内部熔化，导致球团抗压强度大幅降低。最终选择适宜的兰炭配比为1.5%，焙烧温度为1300℃,焙烧时间为18.5min，空气流量为3.2L/min, 抗压强度为2708.8N。
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  基于DEM的无钟高炉布料料流轨迹研究

  刘俊涵1，黄明蓉1，孙俊杰1,2，狄瞻霞1，任慧1

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1253-1259. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200291

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  摘要：离散单元仿真技术被广泛用于研究高炉布料过程中炉料运动的规律，其计算散料运动的方法得到了国内外专家的认可。利用SOLIDWORKS和EDEM的Geometry建立无钟炉顶高炉几何模型，基于DEM结合炉料物理参数进行数学模拟，研究了溜槽倾角、料线深度和溜槽结构对料流轨迹的影响。结果表明：焦炭落点半径随溜槽倾角的增大而增大，倾角为13.3°时，炉料在下落过程中不与溜槽接触；随着料线深度的增大，焦炭的落点半径随之增大，但增量减小；在相同倾角下，矩形溜槽布焦炭时的落点半径比半圆形溜槽的小0.3m，且料流更集中，布料效果略优；有衬板溜槽比光面溜槽布焦炭时的落点半径小0.13m，料流宽度也较小，且能通过料与料之间的摩擦降低炉料对溜槽表面的磨损。
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  方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液磁场分布数学模型

  刘少寒1,2，韩毅华1,2，朱立光2,3

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1260-1269. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200294

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  摘要：通过构建方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液磁场分布的数学模型，研究了钢液内磁场分布不均的特性，模拟了结晶器内不同切缝形式、磁场频率及液面高度等参数在渣膜存在的条件下对结晶器内钢液磁场分布的影响规律，并进行了模型验证。结果表明，铜壁对磁场的反射作用导致了切缝内的磁场叠加现象。渣膜的存在有利于改善钢液内磁场的均匀性。切缝应设计为下窄上宽型，尽量保持切缝长度在180~200mm、宽度在0.8~1.0mm，并多开切缝。磁场频率升高不利于钢液内磁场的均匀性，应尽量保持在20~30kHz。钢液面升高有助于改善钢液内磁场的纵向均匀性，合理的液面应尽量控制在线圈中心偏上位置。
材料研究
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  微合金包晶钢高温奥氏体晶粒生长动力学研究

  洪钢1，刘华松1，董延楠1，郑宏光2，徐国栋2，张家泉1

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1270-1277. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200270

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  摘要：为有效控制铸坯表层奥氏体晶粒尺寸，降低铸坯表面及角部裂纹发生率，对高温下奥氏体晶粒生长动力学进行了研究。以微合金包晶钢为实验对象，在1573~1723K进行等温保温实验，得到实验钢种的奥氏体晶粒长大动力学模型，并分析了其高温下奥氏体晶粒生长动力学规律。结果表明奥氏体晶粒生长存在2个明显不同的温度区间：当保温温度在1573~1673K范围内时，奥氏体晶粒生长较慢，时间指数小于035；而当温度高于1673K时，奥氏体晶粒生长迅速，时间指数接近05。基于等温实验数据进行动力学模型分析，认为连铸过程铸坯表层晶粒粗化主要发生于1673K以上，因此抑制晶粒长大应在初生奥氏体形成后的高温阶段进行。
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  含Mg夹杂物对低合金高强度钢CGHAZ韧性的影响

  吉梅锋1，胡锋1，张莉芹1,2，吴开明1,2

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1278-1288. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200262

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  摘要：采用Ca、Mg处理工艺研究不同夹杂物粒子对200kJ/cm大线能量焊接低合金高强度钢CGHAZ冲击韧性的影响，对各个试样CGHAZ的显微组织，晶粒尺寸和冲击功进行观察和分析。试验结果表明，在低合金高强度钢CGHAZ中，Mg处理钢的冲击性能明显高于Ca处理钢，主要原因是含Mg夹杂物粒子析出能力比含Ca夹杂物粒子强，在焊接过程中，含Mg夹杂物粒子对CGHAZ组织的钉扎作用更加显著；同时提高针状铁素体的含量，延长裂纹扩展路径，提高断裂时吸收的能量，使样品韧性得到提升。
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  稀土对耐磨板NM400低温冲击韧性的影响

  宿成1,2，冯光宏1，智建国2，吴伟1，王少炳2

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1289-1295. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200253

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  摘要：采用双精炼LF+RH的冶炼工艺和2250mm热连轧机组的一步Q&P工艺开发了稀土NM400热轧卷板，运用扫描电镜及能谱仪等分析手段研究了稀土对钢中夹杂物的变形、组织形态、晶粒度尺寸以及冲击韧性的影响，重点围绕微量稀土元素提高NM400低温冲击功进行机制分析。研究表明，通过添加微量稀土易于钢中［O］和［S］结合，形成近似球状的高熔点RE-S-O化合物，有效地降低MnS和Al2O3-CaO复合夹杂物的形成概率，且在钢液凝固过程中起到异质形核作用，细化产品的显微组织，提高耐磨钢的低温韧性，特别是在-60℃情况下，NM400稀土耐磨钢的横向冲击功较常规NM400耐磨钢提高了92.3%，弥补了常规耐磨钢低温韧性较差的不足，扩展了耐磨钢的使用条件。
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  Q355R连铸坯表面微裂纹研究

  常卓1,2，杨军1，徐李军2，仇圣桃2，时朋召2，田玉石2

  钢铁研究学报. 2021, 33(12): 1296-1306. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200264

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  摘要：裂纹是影响连铸坯质量的主要缺陷，其成因和影响因素复杂众多。针对Q355R连铸坯表面微裂纹，在铸坯典型裂纹处采用金相观察、扫描电镜、能谱进行表征，进一步分析其形成机制，进而对连铸工艺进行优化改进。结果表明，铸坯表面的微小裂纹，其形貌不同于传统的网状星形裂纹和横裂纹，裂纹端主要为钝口且无延伸端，个别裂纹上端存在微裂纹细线，裂纹端呈“针”状且有延伸段。微裂纹主要成因是由结晶器卷渣、钢水二次氧化、钢水过热度大以及在连铸机弯曲和矫直区域外部应力共同作用所导致。通过对水口结构优化，改善结晶器流场，减弱结晶器卷渣，以及对连铸工艺优化，使铸坯表面微裂纹得到了有效控制。