2022年, 第34卷, 第6期　刊出日期：2022-06-20

  

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综合论述
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  “双碳”目标下中国钢铁工业的低碳发展分析

  姚同路，吴伟，杨勇，贺庆，孟华栋，林腾昌昌

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 505-513. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001.0963-20210399

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  摘要：中国钢铁工业的流程结构特点是高炉—转炉长流程占主导，能源结构特点是以煤炭为主，因此造成吨钢CO2排放量高于世界平均水平，碳减排压力巨大。为探究中国钢铁工业的低碳现状与发展趋势，通过对流程结构、废钢资源、低碳技术、碳交易市场等进行深入分析，认为钢铁工业实现2030年碳达峰、2060年碳中和的“双碳”目标是一个长期的、多因素综合作用的过程，不同阶段应确立不同的研究重点，并就未来发展提出了自己的建议。钢铁工业下一步应该加快低碳技术发展、提高电炉短流程比例、重视氢冶金技术研发，并充分发挥政策和市场调节作用，最终摆脱碳冶金依赖，走向低碳化钢铁之路。
冶炼与加工
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  基于球团温度软测量的链箅机-回转窑生产过程热工参数优化

  范晓慧，方天任，黄晓贤，陈许玲，王鑫

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 514-522. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210172

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  摘要：链箅机-回转窑是中国氧化球团生产的主要工艺，其产量约占球团总产量的60%以上，但由于其连续、封闭、高温的特点，生产过程部分参数无法实时检测，给工艺优化带来困难。因此，应用动态建模的方法，建立了基于物热平衡原理的球团温度软测量模型，再结合平衡分析方法构建了热工参数优化模型，以系统总损失最小为目标进行了参数优化。结果表明：采用优化后的热工参数，系统总损失和燃料消耗量降低，节能效果显著。通过C#语言开发了链箅机-回转窑热工参数优化软件，可实时呈现系统能量分布状态，评价能耗指标，指导生产操作。所开发的软件系统在国内某球团厂获得了应用，取得良好效果。
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  Ca处理“液相窗口”及夹杂物变性热力学研究

  李积鹏1,2，王亮1，程树森1，刘钊1，陈浩宇1，刘勇1

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 523-533. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001.0963-20210240

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  摘要：研究“液相窗口”控制钢液中非金属夹杂物变性对于防止连铸过程浸入式水口堵塞具有重要意义。基于某钢厂中高碳钢生产实践，在重点考虑Si元素和温度对“液相窗口”影响的基础上，通过热力学理论计算与工业试验相结合，对Ca处理过程“液相窗口”进行了研究。结果表明：“液相窗口”随钢液中T［O］、T［Al］、［S］含量及温度变化而变化；低温“液相窗口”一定位于高温“液相窗口”范围内；钢液中［Si］含量在某些条件下对“液相窗口”影响较大；并提出了“部分液相窗口”和“完全液相窗口”的概念；确定了某钢厂S50C生产最佳Ca质量分数范围为（18~27）×10-6。
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  氧气高炉含铁炉料软熔特性研究

  刘荣伟1，潘中华2，李家新1,3，魏汝飞1，柯技1

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 534-542. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210179

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  摘要：以烧结矿、球团矿及其混矿为研究对象，利用荷重软化滴落设备，分别探索了氧气高炉和传统高炉条件下烧结矿、球团矿、混合矿软熔特性。研究发现，与传统高炉气氛相比，在氧气高炉气氛下烧结矿、球团矿、混矿软化开始温度降低，软化结束温度升高，烧结矿滴落温度降低，球团矿与混矿滴落温度升高，并且熔滴区间减小甚至消失。通过对软熔过程相关数据分析，发现在氧气高炉气氛下混矿有一定的交互作用，提高了炉料透气性。
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  酸溶铝和铌含量对取向硅钢夹杂物特征的影响

  肖颖1,2，刘玉龙1,2，黄罗翼1,2，李光强1,2，鄢文1,2，朱诚意1,2

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 543-554. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210185

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  摘 要：为了掌握Als（酸溶铝）和Nb含量对取向硅钢中夹杂物特征的影响，借助场发射扫描电镜(FE-SEM)结合能谱仪(EDS)和图像分析软件研究了钢中夹杂物类型、数量、尺寸及尺寸分布，结合钢液凝固过程中溶质元素的微观偏析模型，重点分析了Als和Nb含量影响钢中AlN和NbN析出的机制。结果表明，钢中的夹杂物以NbN、AlN和AlN-NbN为主，夹杂物尺寸分布由Als和Nb含量综合影响。Als含量的增加使含氧复合夹杂物中Al2O3含量增加，SiO2含量降低，促进了钢中硅酸盐类氧化物夹杂的去除，但大大增加了AlN和AlN-NbN夹杂的偏析析出。Nb含量的增加使夹杂物的平均尺寸变小，促进了钢中NbN在凝固前沿的提前析出和以氧化物为核心析出。Als主要影响钢中的氧化物和氮化物夹杂，Nb通过影响与Als结合的O和N的活度影响钢中氧化物和氮化物夹杂的析出特性。
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  1215MS高硫钢连铸坯中硫化物三维形貌的解析

  张浩1，赵梦豪1，刘贝贝1，王冬2，沈平1，付建勋1

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 555-561. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210176

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  摘要：1215MS是典型的高硫易切削钢，硫化锰的形貌及空间分布对钢的性能具有重要影响。借助OM、SEM、EDS、夹杂物三维腐刻技术对1215MS铸坯中硫化物夹杂进行解析，结果表明：1215MS铸坯激冷层中硫化物尺寸细小，等效直径不大于15μm；柱状晶区硫化物尺寸逐步增大，到距铸坯表面1/4位置处等效直径达到最大6μm左右；中心等轴晶区的硫化物尺寸向内逐渐减少，铸坯中心处等效直径约46μm，硫化物增加至每平方毫米1000个左右。从激冷层到铸坯中心硫化物的形貌主要包括椭球状、短棒状、长条状，硫化物由激冷层的晶内及晶界分布，逐步变为沿晶界分布。
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  钢包长水口吹氩自动控制系统研究与应用

  程瑾琦，张立强，伏凯旋，赵傲南

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 562-570. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210170

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  摘要：钢包长水口吹氩采用最佳的流量控制策略，能有效避免中间包浇注过程中出现钢液二次氧化、卷渣和热量损失等负面影响，同时，能充分发挥气泡去除夹杂物的作用。为此，提出钢包长水口吹氩自动控制系统，通过S7-300PLC采集数据及软件编程，根据开浇、连浇等因素在线调节吹氩流量，在此基础上运用PID控制算法和闭环控制机制实时调整流量控制阀，保证流量实际值与设定值偏差最小。此系统在某特钢厂2021年第1季度生产数据表明，各钢种连铸坯酸溶铝（Als）损失百分比小于10%的炉数比例上升了5.52%，Als损失百分比大于60%的炉数比例由1%下降为0。实际应用结果表明，该系统提高了连铸坯表面质量及最终成品性能。
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  基于线性耗散热力学的废钢熔化行为研究

  刘孟珂1,2，马国军1,2，张翔1,2，姚旺龙1,2，郑顶立1,2

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 571-577. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210197

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  摘要：为揭示废钢熔化过程中的传热传质机制，采用线性耗散热力学理论，研究了钢液与废钢之间的传热，碳的扩散传质以及两者之间的耦合作用关系。结合移动边界层理论模型，得到了钢液温度为1773K、钢液碳质量分数为1.0%、废钢半径为0.03m、废钢的初始温度为300K时界面处碳的质量守恒方程，即基于线性耗散热力学理论的废钢熔化模型，并通过前人的实验结果验证了模型的准确性。研究建立的基于线性耗散热力学的废钢熔化模型可以预测废钢熔化过程中界面处碳含量、碳的活度和界面温度随时间的变化规律，为实际工业生产提供理论指导。
材料研究
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  超厚高强钢心部组织对断裂机制的影响

  周松波1，张莉芹1,2，胡锋1，尹朝朝1，周雯1，吴开明1,2,3

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 578-587. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210113

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  摘要：为了研究超厚钢板心部显微组织与微观断裂机制的关系，利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和电子背散射衍射（EBSD）等技术手段对试验钢板1/4厚度、1/2厚度（心部）显微组织及裂纹形貌进行表征和分析。结果表明，心部处低温冲击韧性较1/4厚度处有明显的降低，这是由于心部组织为回火板条贝氏体和回火粒状贝氏体，其中粒状贝氏体的比例较高，粒状贝氏体中M-A岛的存在促进了微孔或微裂纹的启裂；1/4厚度处为回火板条马氏体与回火板条贝氏体二者的混合组织，板条间的位错运动释放局部应力集中，而舒缓裂纹尖端区域所受应力，产生裂纹钝化、阻碍裂纹扩展，提高低温冲击韧性。
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  镍基高温合金GH4151的偏析及相析出行为

  徐志强1，杨树峰1,2，赵朋1，曲敬龙3，谷雨3

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 588-595. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210075

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  摘要：利用电子探针(EPMA)、场发射扫描电镜（SEM）及差热分析（DTA）研究了GH4151合金的元素偏析行为、铸态组织特征以及析出相种类，并对合金凝固过程进行讨论。结果表明：GH4151合金凝固过程中，W元素偏聚于枝晶干，Mo、Nb、Ti元素偏聚于枝晶间，Co、Cr、Al元素几乎不发生偏析，Nb、Ti元素偏析较重。GH4151铸锭心部为粗大的等轴晶，主要析出相包括强化相γ′相、一次碳化物、η相、（γ+γ′）共晶相以及Laves相，其中枝晶间分布的η相、（γ+γ′）共晶相和Laves相为低温脆性相在凝固末期形成，扩大了合金的凝固区间，从而导致合金热裂敏感性增加。
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  CSP热轧TRIP钢动态再结晶行为研究

  付至祥1,2，杨庚蔚1,2，徐耀文1,2，胡卓立1,2，阴启龙1,2，赵刚1,2

  钢铁研究学报. 2022, 34(6): 596-604. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210081

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  摘要：采用Gleeble-3500热模拟试验机，在温度为950~1150℃、应变速率为0.1~10s-1和变形量为65%的条件下研究了CSP热轧TRIP钢的动态再结晶行为，探讨了初始奥氏体晶粒尺寸对TRIP钢动态再结晶行为的影响。研究结果表明，初始奥氏体晶粒尺寸越小，变形温度越高，应变速率越慢时，TRIP钢中奥氏体越易发生动态再结晶。其中，粗晶试样（初始奥氏体晶粒尺寸为767.54μm）在1050~1150℃内变形时，将发生动态再结晶。其热变形激活能为361539.17J/mol，确定了Zener-Holloman参数与应变速率和温度的关系式，建立了动态再结晶临界应变模型、高温奥氏体流动应力模型和动态再结晶晶粒尺寸模型，理论模拟结果与试验结果吻合较好。