2022年, 第34卷, 第8期　刊出日期：2022-08-20

  

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综合论述
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  夹杂物对钢塑性和韧性的影响研究进展

  郭帅1，朱航宇1,2，韩赟3，李建立2，薛正良2

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 713-726. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210279

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  摘要：非金属夹杂物与钢的塑性和韧性有着必然的联系，如何降低夹杂物对钢性能的危害一直是冶金和材料领域关注的重点。从夹杂物类型、尺寸、数量、分布及其物理性能等角度归纳总结了夹杂物对钢塑性和韧性的影响，并分析了夹杂物引起材料断裂的机制。最后，对夹杂物与钢材性能的关系进行了展望，为钢铁企业非金属夹杂物的控制提供理论依据和技术参考。
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  金属粉床增材制造奥氏体不锈钢的研究进展

  刘世锋1，宋玺1，王岩1，薛彤1，宋志刚2，尚巍巍3

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 727-739. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210312

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  摘要：金属增材制造技术成形奥氏体不锈钢易出现与传统制备方法完全不同的非平衡亚稳微观组织，表现出独特的性能，其中激光增材制造的316L不锈钢，兼具高屈服强度、良好的伸长率以及优异的耐腐蚀性能。系统综述了近年来国内外激光增材制造316L不锈钢的研究进展，针对其高冷却速率、微熔池冶金、强非平衡凝固和复杂热履历成形条件，阐述其微观组织结构的形成机制和调控方法，以及对力学性能和腐蚀行为的影响规律，重点分析了激光增材制造316L奥氏体不锈钢的强韧化机制，最后展望增材制造奥氏体不锈钢的未来研究方向。
冶炼与加工
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  低锰高铁矿直接还原-熔分制备富锰渣试验研究

  杨双平，王玉萍，高文彬，杨鑫，李江菡

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 740-748. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210298

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  摘要：试验以锰品位27.7%，铁品位18.1%的低锰高铁矿为研究对象还原制备富锰渣，生产得到的富锰渣可用于冶炼硅锰合金，以达到高效利用低品位锰矿的目的。根据该矿的成分分析、XRD分析和粒度检测分析结果，采用还原熔分法对低锰矿进行还原制备富锰渣试验，试验结果表明：单因素试验下各参数对低锰高铁矿的还原-熔分后渣中Mn、Fe元素的含量和Mn元素的回收率均有较大影响，同时结合Box-Behnke原理设计方案，选取温度、碱度以及配碳量3个试验因素，通过响应曲面法研究各因素交互作用下对Mn元素回收率的影响规律，对试验因素进行优化分析，建立相应的多项式模型。模拟优化得到最优的工艺条件为：还原温度1402℃，碱度0.10，配碳量10.04%，Mn元素回收率为97%。在最佳条件下做验证试验得出Mn元素回收率为95.80%，误差1.24%，证明响应曲面法预测模型具有可靠性，同时对低锰高铁矿的应用有重要指导意义。
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  降低MgO含量对高Al2O3烧结矿冶金性能的影响

  张国鹏1，沈峰满1，高强健1，翟信国2，张国良3，姜鑫1

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 749-757. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001.0963-20210254

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  摘要：钢铁行业作为一个国家的支柱产业，在国民经济中占有举足轻重的地位。近些年来，随着炼铁原料成分的变化导致高炉渣中Al2O3的含量不断升高，使得炉渣黏度变大，给高炉冶炼带来困难。前人研究发现在烧结矿中添加MgO熔剂可有效解决这一问题，但是MgO也给烧结矿的冶金性能带来诸多影响。实验结果表明：随着MgO质量分数从2.8%降至2.0%后，烧结矿的冷态转鼓强度（TI）由72.1%提升至75.5%，还原指数（RI）由70.3%增加到73.4%，烧结矿的软熔带温度区间从251℃变为233℃，高炉内部的透气性变好，有助于高炉强化冶炼，提高企业经济效益。
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  铁矿烧结过程烟气排放规律分析

  赵欣锋，齐西伟，程扬，李杰

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 758-767. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210260

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  摘要：为了研究烧结烟气中COx的排放规律，首先对烧结工序中燃料燃烧行为进行研究，分析COx的生成机制。然后模拟生产现场烧结过程，使用烟气分析仪对烧结烟气进行检测，分析烟气温度、负压、烟气成分等数据，并结合烧结料层状态解析了烟气参数变化与料层状态之间的相关联性。实验结果得出，影响烧结烟气中CO质量浓度的主要因素是温度；CO、CO2和氮氧化物质量浓度变化一致，与O2气体积分数变化负相关；CO、SO2和氮氧化物浓度有相同的极值时间，此时烟气温度达到最快上升期；烧结点火结束之后至烟气温度上升之前是分段处理烟气中CO的黄金阶段。
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  中间包上水口环形吹氩下气泡大小和迁移行为研究

  秦绪锋1,2，程常桂1,2，李阳1,2，吴卫利1,2，刘亮1,2，金焱1,2

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 768-781. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210263

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  摘要：通过水模型实验研究了上水口环形吹氩工艺下中间包和结晶器内气泡形貌，并结合数值模拟分析了透气砖位置、拉坯速度和吹氩量对中间包和结晶器内气泡尺寸、气泡迁移和中间包近液面钢液流动的影响。结果表明：上水口环形吹氩形成以塞棒为中心的圆台状气泡羽流，气泡浓度沿径向向外逐渐减少；附壁效应使得气泡羽流偏向塞棒壁面流动，增大气泡的碰撞聚并概率和近塞棒壁面的羽流上升速度，对中间包液面产生较大冲击作用；同时，部分细小气泡会随钢液进入水口及结晶器内部；增大吹氩量，中间包内环形气泡羽流中气泡数目明显增多，中间包近液面钢液上升速度增大；增大拉坯速度，环形气泡羽流的宽度和气泡数量逐渐减小，近液面速度减小；增大透气环距水口中心距离，中间包内气泡弥散度增大，环形气泡羽流宽度也随之增大，气泡羽流对中间包液面冲击作用减弱；增大吹氩量和拉坯速度、减小透气环距水口中心距离，进入结晶器的气量和气泡尺寸逐渐增大。实验条件下，透气环内外径为110mm/140mm、拉坯速度为1.2m/min时，吹氩量为4L/min较为合适。
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  Ca对含钛微合金钢夹杂物的影响

  康佳1，杨洪波1，杨程1，赵贺然1，亓伟伟2，孙建卫2

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 782-789. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210246

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  摘要：以添加不同钙线的含钛微合金钢为研究对象，利用金相显微镜、SEM及EDS对试验钢夹杂物进行了研究，探索Ca处理添加量对含钛微合金钢夹杂物种类、尺寸、数量及形态的影响规律。研究结果表明，经0.13%的Ca处理后，钢中非金属夹杂物的尺寸减小、数量降低，夹杂物群簇现象得以减轻；经0.25%的Ca处理，可还原微合金钢夹杂物中部分Ti，提高Ti的收得率，在减轻夹杂物危害的同时又降低了生产成本。
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  2种群体平衡模型在连铸结晶器多尺寸泡状流中的应用

  刘中秋1,2，姚毓超1，吴颖东1，李宝宽1，肖丽俊2，干勇2

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 790-798. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210296

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  摘要：准确预测连铸结晶器内多尺寸泡状流的流动特性对洁净钢水和提高铸坯质量至关重要。为了考虑气泡聚并、破碎等微观现象对气泡尺寸、数密度、含气率等宏观参量的影响，分别采用2种基于群体平衡方程的数学模型—多气泡组质量传递模型（MUSIG）与平均气泡数密度模型（ABND），对连铸结晶器内的多尺寸泡状流进行了数值模拟，并与水模型实验结果进行了对比研究。结果发现：2种群体平衡模型均可以较准确地捕捉到结晶器多尺寸泡状流中的液相流型、气泡尺寸以及含气率分布特征，尤其是较好地预测了浸入式水口内部含气率的“中间峰”和“出口峰”分布特征；相比于MUSIG模型，ABND模型对靠近水口处气泡尺寸分布的预测结果更加准确。2种群体平衡模型扩展了传统单一粒径双流体模型的适用范围，为结晶器内多尺寸泡状流研究提供了理论基础和数学框架。
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  硫含量对重轨钢中非金属夹杂物的影响

  张雨蕾1，卓超1，郝晓帅1，刘添1，孙彦辉1，张敏2

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 799-806. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210287

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  摘要：实际生产过程中由于原料和操作控制不精确，钢中硫含量和非金属夹杂物波动较大，严重影响钢的洁净度。为了准确控制重轨钢中硫化锰等非金属夹杂物的尺寸、形态和数量，在实验室开展了硫含量对重轨钢中非金属夹杂物的影响研究。钢中硫质量分数增至70×10-6、110×10-6、140×10-6后随炉冷却，采用全自动夹杂物分析仪对钢中非金属夹杂物进行统计，获得了硫含量与钢中非金属夹杂物成分、尺寸、形态和数量的关系。结果表明，钢中夹杂物大部分为以氧化物为形核核心的复合型MnS；随着硫含量的升高，复合型MnS、MnO-SiO2和MgO-Al2O3-SiO2-CaO型夹杂增多，CaO-SiO2和MgO-CaO-SiO2夹杂减少；夹杂物平均尺寸随硫含量的升高而增大，且不同尺寸的夹杂物均有所增加，尺寸为2~10μm增多最明显；硫质量分数为(70~140)×10-6的钢液凝固过程液相中都能单独析出MnS，且硫含量越高，MnS析出越早，含量越多。
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  FeMnAlC TWIP钢加热过程中的氧化行为GD-OES研究

  朱敏1，金鑫焱2，陈光3

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 807-814. https://doi.org/10-13228/j.boyuan.issn1001.0963-20210235

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  摘要：以成分（质量分数）为Fe-16%Mn-1.5%Al-0.6%C-0.11%Cr的TWIP钢为研究对象，采用模拟试验研究了加热过程中的氧化行为，使用GD-OES分析了加热温度和加热气氛中O2含量对表面元素深度分布的影响。结果表明，当TWIP钢在N2-0.05%（体积分数）O2的气氛中加热至550~700℃时，表面会形成Fe-Mn氧化层，次表层会形成贫锰层、脱碳层及内氧化层，各层厚度随加热温度升高而增大。在氧化性气氛中加热时，Al元素优先在次表层形成内氧化，少量的Cr元素在氧化层/基体界面上形成外氧化，表面氧化层中基本不含Al和Cr。当加热温度为650℃时，气氛中O2体积分数在0.025%~0.2%之间变化对氧化层厚度影响较小，均可获得厚度介于400~500nm的氧化层。由此可见，为获得TWIP钢合适的预氧化层厚度，同时减少预氧化层/基板界面位置的氧化物，直火加热出口温度控制比空燃比控制更重要。
材料研究
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  1500和2000MPa级热成形钢氢致延迟开裂行为研究

  赵伟言1,2，陈伟健1,2，赵征志1,2，邝霜3，刘靖宝3，孙璐3

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 815-824. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210300

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  摘要：随着节能减排要求的日益深入，热成形钢（HS）在汽车上的应用已是必然的趋势，但热成形钢的氢致延迟开裂行为仍亟待研究和改善。采用氢渗透、慢应变速率拉伸（SSRT）和断口分析等实验方法，对比研究了1500MPa级和2000MPa级热成形钢的氢扩散行为和氢脆敏感性。结果表明，1500HS的表观扩散系数Dap（1.71×10-7cm2/s）明显小于2000HS的Dap（3.45×10-7cm2/s）；与2000HS相比，1500HS具有更好的抗氢致延迟开裂性能。从断口分析可知，在相同的充氢条件下，随着充氢电流密度的增加，1500HS的断口形貌从典型的韧窝韧性断裂转变为准解理脆性断裂，而2000HS则转变为沿晶脆性断裂并存在大裂纹。可以判断2000HS实验钢在变形程度很小时，局部氢含量和应力值就已达临界值，氢的存在降低了晶粒间结合力，导致微裂纹的形核和扩展。所以随着热成形钢强度的提高，更应该适当添加Ti和V微合金元素，与C元素形成纳米级析出物，可作为不可逆氢陷阱捕获氢原子，阻碍其扩散和偏聚，并且可以有效细化组织和钉扎位错，从而起到提高热成形钢抗氢致延迟开裂能力的作用。
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  高铝低硅CaO-Al2O3系熔渣对刚玉/六铝酸钙质浇注料的作用行为

  董健雄，顾华志，黄奥，薛正良

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 825-833. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210305

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  摘要：由于高铝低硅CaO-Al2O3系熔渣对耐火材料的侵蚀损毁影响高铝含量低密度高强钢的安全冶炼生产，为此通过在刚玉质浇注料中引入六铝酸钙，开展六铝酸钙质浇注料与高铝低硅CaO-Al2O3系熔渣反应实验，并与铝镁浇注料进行对比研究了其作用行为。实验结果表明：刚玉六铝酸钙浇注料具有优异抗渣性能。这主要是由于熔渣中大量的CaO被消耗，间接提高了熔渣黏度，并与刚玉六铝酸钙浇注料反应生成的高熔点相CA2填充了气孔，阻挡了熔渣的渗透，实验结果与热力学模拟计算结果相吻合。六铝酸钙浇注料自身气孔率高，熔渣主要以渗透形式对六铝酸钙耐火材料造成破坏。因此，将刚玉骨料与六铝酸钙基质组合是有望成为低密度高强钢冶炼用钢包内衬候选耐火材料。
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  大截面高强度中锰锻钢淬透性研究

  满廷慧1，江畅1，刘坤1，刘腾轼1，顾金才2，董瀚1

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 834-839. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001.0963-20210292

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  摘要：通过末端淬火试验和非线性方程计算模拟方法，研究了2种大截面高强度中锰锻钢的淬透性及Mn元素的作用。结果表明，在距淬火端距离为50mm时，2种试验钢的硬度分别是48HRC和50HRC，且未呈现下降趋势；根据非线性方程计算模型得出，2种试验钢的半马距分别大于1000和3000mm。Mn元素的添加显著地提高了2种试验钢的淬透性，且满足大截面构件用钢对高淬透性的要求。利用室温单轴拉伸试验研究不同退火处理对2种试验钢拉伸性能的影响。结果表明，2种试验钢在600℃×4h退火处理后均获得优异的强塑性匹配，这是因为在此退火工艺下发生了奥氏体逆转变，导致奥氏体稳定性降低，使其在拉伸变形过程中充分发生TRIP效应。
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  Nb微合金化高碳钢奥氏体晶粒长大原位观察

  张琪1,2，王厚昕3，朱敏4，苏雪1,2，周明星2，徐光1,2

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 840-847. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210295

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  摘要：以往研究表明Nb析出相钉扎和固溶Nb溶质拖曳作用共同阻碍奥氏体晶粒长大。采用高温共聚焦显微镜研究了Nb对一种高碳含Nb钢奥氏体晶粒长大的影响，对含Nb钢加热过程组织演变进行原位观察。结果表明，Nb在没有钉扎作用下（即高温条件下）仍能起到阻碍奥氏体晶粒长大的作用，该阻碍效果主要是固溶Nb的溶质拖曳作用引起的。采用2种模型对奥氏体晶粒长大行为进行拟合，给出了不同加热温度下Nb微合金化高碳钢的Beck长大方程，同时考虑到加热温度和保温时间的共同影响，根据原位观察结果得到实验钢的奥氏体晶粒长大动力学模型，该模型能够较准确地预测Nb微合金化高碳钢奥氏体晶粒长大行为。
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  N含量对Nb微合金化HRB400E钢筋组织与性能的影响

  周梦莎1，刘星2，陈伟3，曹建春2，阴树标1，张永青4

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 848-858. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210307

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  摘要：为了更好地发挥N元素在Nb微合金化钢筋中的作用，降低生产成本以及为钢筋成分设计提供理论依据。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、力学试验机对不同N含量的Nb微合金化高强抗震钢筋进行显微组织表征及力学性能测试，探究N含量对Nb微合金化钢筋的组织与力学性能的影响。研究表明，轧制过程中的奥氏体组织，随着N含量的增加，平均奥氏体晶粒有所减小；最终组织为铁素体和珠光体，随着N含量的增加，铁素体平均晶粒尺寸而减小，片层状珠光体的连续性增加，片层间距减小；析出相Nb(C，N)随着N含量的增大，沉淀析出的第二项颗粒体积分数增大，颗粒尺寸随之减小；在力学性能方面，屈服强度逐渐增加，抗拉强度先增加后减少。
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  应变速率对Q460连铸坯高温力学性能的影响

  樊雷1，肖娟1，李显1，杨跃标1，田俊羽2，徐光2

  钢铁研究学报. 2022, 34(8): 859-867. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210270

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  摘要：采用Gleeble-3500热模拟试验机和金相法测试了不同应变速率下建筑用钢Q460连铸坯的高温力学性能，获得了600~1200℃范围内Q460连铸坯的高温强度、热塑性和最终室温组织随拉伸温度和应变速率的变化规律。结果表明，当Q460连铸坯在较高的应变速率（10s-1）下进行高温拉伸时，试样的断面收缩率随着拉伸温度的升高而升高，没有出现高温脆性区；在较低的应变速率（10-3s-1）下进行高温拉伸时，试样的断面收缩率出现了2个脆性区，第1个在1100℃至熔点温度，第2个脆性区间在700℃附近。总体来说，实验钢种的高温断面收缩率均大于65%，表明建筑用钢Q460连铸坯具有较好的高温热塑性。此外，同一应变速率下，Q460连铸坯的抗拉强度随着拉伸温度的升高而降低，而伸长率随着拉伸温度的升高而升高。