2022年, 第34卷, 第3期　刊出日期：2022-03-20

  

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综合论述
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  KR脱硫渣的综合利用现状及其氧化去硫研究进展

  朱仁林1，李建立1,2，余岳2，朱航宇2

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 189-199. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210105

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  摘要：KR脱硫的渣资源化利用有利于促进钢铁企业的绿色化发展。KR脱硫渣中主要成分为CaO，且含有质量分数为1.0%~2.5%的硫，直接将KR脱硫渣回用于冶炼工艺会导致钢液增硫。若能将渣中的硫脱出，可有效促进KR脱硫渣在钢铁冶炼工艺的资源化利用。因此，针对当前KR脱硫渣综合利用存在的问题，总结分析有关CaS氧化过程的热力学和动力学研究现状，探究将KR脱硫渣中硫转化成为SO2的有利条件，分析将KR脱硫渣用于转炉造渣脱磷的可行性，以实现KR脱硫渣的冶金内循环利用。KR脱硫渣中的硫主要以CaS形式赋存在渣中，高温（温度T＞1373K）、低氧分压（PO2＜10.1kPa）条件下有利于CaS氧化为SO2。在气-固反应过程中，反应初期KR脱硫渣中硫的氧化过程受化学反应控制，反应后期受O2的内扩散控制；在气液反应过程中，反应受S2-的扩散控制。
冶炼与加工
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  过共析帘线钢中Ti夹杂的析出热力学与形成机制

  李宁1，王璐1，李承志2，王鹏2，任文强2，薛正良1,2

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 200-211. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210115

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  摘要：过共析帘线钢中析出的含Ti夹杂对钢丝拉拔性能产生有害影响，研究钢中Ti夹杂的析出行为对夹杂物性质控制以及钢材质量提高具有重要意义。考虑夹杂物析出对凝固前沿溶质浓度和温度影响下，基于传统Ohnaka模型建立了相应的耦合模型并以此计算了92级过共析帘线钢中TiN夹杂的析出热力学。结果表明，耦合模型条件下TiN夹杂的析出时间较传统Ohnaka模型有所提前，冷却速率越大，析出越早；析出之后，凝固前沿N浓度仍会增加，而Ti浓度逐渐减小。钢锭中含Ti夹杂存在形式复杂多样，既包含单相TiN，也包含TixOyTiN、TiNMnS、TixOyTiNMnS等复合夹杂。通过计算还发现TixOy在钢液中会优先析出；之后随着凝固的进行，TiN和MnS相继析出；结合原子错配度计算得出了钢中含Ti夹杂可能的析出机制。
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  210t铁水包静置温降过程的数值模拟

  仇灏1，韩伟刚2，刘和平1，沙远洋3

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 212-221. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210116

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  摘要：通过数值模拟方法，研究了210t铁水包静置温降过程中铁水包包盖和铁水液位对铁水温降速率的影响。模型中使用S2S辐射传热模型来考虑渣层与包盖间的辐射传热，并分析了不考虑铁水自然对流对计算结果的影响。结果表明：铁水静置过程计算中，考虑铁水自然对流现象能够明显提高铁水温度的均匀性，并提升计算结果的准确性。使用包盖能够有效减少铁水包静置过程铁水的热量散失，提高铁水的4h静置后最终温度13℃。铁水包内铁水液位会影响静置过程中铁水温降速率，液位降低会增加铁水温降速度。
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  基于T-S模型的高炉喷煤协同优化控制策略研究

  崔桂梅1，李舒琪1，张运强1，马祥2

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 222-230. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210093

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  摘要：高炉炼铁过程通过增煤减焦实现节能减排目标，针对人工操作模式存在主观性、粗糙性和滞后性难以实现增煤减焦的问题，采用上下协同优化控制方法，一方面通过上部提前匹配减焦方式维持高温区热平衡，另一方面通过富氧鼓风保证下部喷入煤粉的高消化率，使煤粉在风口回旋区充分燃烧。进而从控制角度解析描述增煤减焦过程，将铁水温度的稳定控制问题转换为风口回旋区温度的稳定控制问题，提出增煤减焦协同优化控制策略及风口回旋区温度对焦炭和煤粉不同滞后时间的稳定控制策略。首先，建立煤粉燃烧系统的TS模糊模型，将辨识得到的喷煤最大时延区间进行划分，在不同时延子区间建立TS模糊子模型；然后，采用并行分布补偿(parallel distributed compensation, PDC)原理设计状态反馈控制器，并基于Lyapunov稳定性理论与线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)方法求解出系统稳定的充分条件。仿真实验验证了模型及状态反馈稳定控制器的有效性。
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  电炉冶炼高镁酸溶钛渣的热力学及试验研究

  张艳明1，景建发2，王帅2

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 231-238. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210247

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  摘要：电炉冶炼钛铁矿制备酸溶渣时，为降低冶炼温度、保障渣的流动性，高钛渣中通常保留一定数量的氧化亚铁，导致后续钛白粉生产中产生硫酸亚铁，造成酸耗高等不利影响。针对上述问题，通过采用FactSage热力学分析结合电炉冶炼试验，研究了氧化镁对高钛渣物化性质影响规律及其降低炉渣冶炼温度的可行性。结果表明，提高氧化镁含量、降低氧化亚铁含量，高钛渣黏度变化不明显，但能降低炉渣熔化温度，并且提高氧化镁有利于抑制钛的还原。随着氧化镁含量提高，黑钛石固溶体中MgTi2O5比例增加。电炉冶炼结果表明，渣中氧化镁质量分数由6.6%提高到12.4%，可使冶炼温度降低50 ℃，所获得的炉渣主要物相为酸解性能良好的富镁黑钛石，对后续硫酸法钛白粉生产有利。
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  竖冷炉内烧结矿运动行为的离散元模拟

  祁腾飞1，黄军2，孙俊杰3，张永杰1,4

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 239-247. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210117

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  摘要：利用离散单元法研究烧结矿竖冷炉在排料过程中颗粒运动的流型和速度分布。模拟结果表明，烧结矿颗粒在下移过程中，运动流型依次呈“一”→“S”→“V”转变；在竖冷炉腔内的大部分区域，烧结矿颗粒保持整体流动；在中心风帽上方的局部区域（宽480mm，高1280mm），运动流型会随排料的进行在整体流和漏斗流之间转变。烧结矿颗粒速度分布表明，在中心风帽上方会形成更大区域的（宽960mm，高3200~3840mm）梯形缓慢流动区。缓慢流动区内颗粒下移速度较小，冷却后的颗粒不能及时排出炉外，不利于气固换热效率的提高。应采取措施减小炉内缓慢流动区的范围，以提高竖冷炉内颗粒流动的整体性。
材料研究
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  中碳贝氏体钢拉伸变形中裂纹形成及扩展机制分析

  周松波1,2，胡锋1,2，王坤1,2，周雯1,2，张志成3，吴开明1,2,4

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 248-256. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200287

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  摘要：残余奥氏体对中碳贝氏体钢的塑韧性起到非常重要的作用，采用贝氏体等温淬火工艺对残余奥氏体在拉伸变形作用下与裂纹形成及扩展的相互作用进行了研究。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）和电子背散射衍射（EBSD）等对试验用钢基体及拉伸后颈缩区进行表征和分析。结果表明，拉伸过程中残余奥氏体细化明显，拉伸断裂后进行组织观察发现贝氏体板条束位错缠结形成位错网，位错密度增加，颈缩区组织变形明显，残余奥氏体薄膜拉长并破裂，应变塑性的增大导致微孔形核质点的增加，薄膜状残余奥氏体在裂纹扩展过程发生TRIP效应阻碍其前进。
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  Cr含量对G18CrMo2-6钢组织和性能的影响

  李振江，刘宇靖，张如义，罗超，齐会萍

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 257-263. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200293

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  摘要：通过热处理试验、微观组织表征和力学性能检测，对比研究了在不同Cr含量的情况下，G18CrMo2-6钢微观组织形貌、力学性能的变化。结果表明，随着合金元素Cr含量增加，同一温度退火热处理后G18CrMo2-6钢中铁素体体积分数减少，贝氏体增多，从而导致材料强度升高；但是Cr含量的增加还会导致该类材料退火产生的贝氏体中马氏体/奥氏体组织（M-A组元）尺寸增大，对材料的冲击韧性有不利影响。在560～680℃范围内回火，回火温度越高，抗拉强度越低，冲击功越高，Cr含量高的材料对回火温度的变化更加敏感。
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  309S耐热不锈钢蠕变行为及寿命预测

  张华煜1，李国栋2，秦凤明2，杨卫民2，张威3，陈慧琴2

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 264-271. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210003

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  摘要：以工业化生产的309S奥氏体耐热不锈钢为研究对象，在不同温度和应力条件下进行单轴拉伸蠕变实验。结果表明：700℃/100MPa蠕变断裂时间最长为480.13h，蠕变曲线有明显的3个阶段；800℃/100MPa蠕变断裂时间最短为4.61h，蠕变曲线只有第3阶段，直至断裂。扫描电子显微镜(SEM)观察分析表明，蠕变断口为穿晶韧窝型断口。309S耐热不锈钢的蠕变行为符合幂律关系，在700和800℃条件下的蠕变应力指数分别为9.97和6.80；700℃时，蠕变机制为位错绕过第二相粒子的Orowan机制；800℃时，蠕变机制主要是位错的滑移和攀移。50MPa条件下的蠕变表观激活能为414.84 kJ/mol。基于LarsonMiller参数法和KachanovRobatnov蠕变损伤法建立了309S耐热不锈钢700和800℃的蠕变寿命预测模型，通过实验验证LarsonMiller参数法预测精度明显高于KachanovRobatnov蠕变损伤寿命预测模型。
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  冷却速率对奥氏体型FeMnAlC钢组织和性能的影响

  曹晨星，王存宇，张婧,曹文全

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 272-279. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210194

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  摘要：利用SEM、TEM、XRD、EPMA等手段，研究了水冷、空冷和炉冷对奥氏体基FeMnAlC钢微观组织和力学性能的影响。研究结果表明，3种冷却工艺都获得了以奥氏体为基体的微观组织，均含有大量孪晶，随冷却速度的降低，沿晶界析出的铁素体和κ碳化物逐渐增多，微观结构呈现出从以位错为主到调制结构再到矩形畴界的转变过程，组织演变受合金元素的配分行为控制。与水冷样品相比，κ碳化物的析出导致炉冷和空冷样品的强度提升约200MPa，铁素体和κ碳化物的晶界析出行为导致冲击吸收能量降低约100J。
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  火车车轮轮辋组织与显微硬度的统计分布表征

  冯浩洲1，王蓬2，李冬玲2,3，王海舟2,3

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 280-287. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200305

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  摘要：采用高通量场发射扫描电镜结合图像批处理技术以及全自动显微维氏硬度分析技术对2种不同成分（W1和W2）的火车车轮轮辋踏面附近较大范围内的显微组织和硬度进行了原位统计分布表征，探究了轮辋靠近踏面的关键区域铁素体面积分数和珠光体片层间距的分布规律。通过大尺度原位统计分布表征结果可以发现，2种车轮铁素体面积分数自踏面往里均呈现逐渐增加的趋势，但固溶强化元素Si和沉淀强化元素V的含量差异以及W2车轮所采用更为精细的阶梯式淬火工艺对车轮的微观组织和硬度的定量分布有较大影响。固溶强化和沉淀强化元素含量较少的W1车轮的铁素体面积分数较小且分布梯度较大，同时由于其较快的冷却速率，其显微维氏硬度分布也存在较大波动。珠光体片层间距的分布趋势与铁素体面积分数的趋势相似，而W2车轮的增长趋势相对较缓，相应的硬度变化梯度较小。
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  1.2GPa级TRIP钢微观形貌特征及增强增塑性机制研究

  侯晓英，曹光明，孙卫华，王业勤，刘培星，任东

  钢铁研究学报. 2022, 34(3): 288-296. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210012

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  摘要：研究了1.2GPa级TRIP钢微观形貌特征及增强增塑性机制。结果表明，将热轧初始微观组织调控为针状贝氏体组织，有利于将材料组织调控为贝氏体铁素体基体，当退火温度降低至910℃，厚度为50～100nm的第二相残余奥氏体呈片层状存在于贝氏体铁素体板条间；基体中V(C,N)的相间析出对强度贡献大于200MPa，且当平均列间距由34.6nm减小至28.2nm，析出粒子直径范围由3～8nm减小至2～5nm，强度贡献可增加约40MPa。在两相变形机制协调作用时，45.1%的大角度晶界以及高密度位错塞积均可有效抑制塑性变形过程中的裂纹扩展，而晶体学特征对变形过程中位错的运动又具有约束作用，最终使得强塑性同步提高。