2022年, 第34卷, 第10期　刊出日期：2022-10-27

  

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综合论述
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  纳米贝氏体钢相变加速技术开发进展

  苏杰，丁雅莉，杨卓越，宁静，刘赓

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1023-1033. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210414

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  摘要：纳米贝氏体的成功开发使得常规条件下对钢铁材料组织的纳米级细化成为可能，然而奥氏体中低温转变的热动力学条件限制了纳米贝氏体的相变速率，阻碍了纳米贝氏体钢的合金范围拓展和大规模工程应用。梳理了近期国内外学者针对这一问题开发的纳米贝氏体相变加速技术，综述了化学成分、预相变、预变形、强磁场等条件下贝氏体相变加速方面的进展。综合分析表明，针对贝氏体相变需充分考虑贝氏体形核以及长大2个过程。纳米贝氏体合金和工艺的设计需充分考虑各因素对2个过程的不同影响，充分优化贝氏体相变动力学和微观组织。复合相变加速技术可以成为纳米贝氏体钢开发的新方向。
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  含磷钢渣碳热还原脱磷及资源化利用的研究现状

  刘亚琴1，林路1，何赛1，冯梦龙1，吕岩1，霍立桥2

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1034-1046. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210371

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  摘要：针对脱磷转炉渣中磷资源高效回收及其资源化利用过程中存在的问题，系统总结了含磷钢渣除磷方式及其应用优缺点，并着重总结了不同条件（炉渣温度、炉渣碱度、钢渣中FeO质量分数、碳当量、底吹气体流量、冶炼时间等）对碳热还原气化脱磷的影响规律。同时，以应用前景较好的碳热还原气化脱磷方法为基础，提出了脱磷转炉渣在碳热还原气化脱磷过程磷的流向规律，展望了渣中磷资源回收制备磷铁及其循环利用模式。这为实现渣中磷资源高效回收及处理后残渣资源化利用提供重要研究基础和方向。
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  废塑料在钢铁生产流程中资源化利用研究进展

  杨涛1，刘爽1，钱立新1，刘自民1,2，裴元东3，龙红明1,4

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1047-1055. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210346

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  摘要：废塑料是废弃的含有较高化学能和热能的碳氢化合物之一，其产生量的日益增多给生态环境带来严重污染。介绍了填埋法、焚烧法、再生利用处理废塑料的优缺点，综述了废塑料在钢铁生产流程中资源化利用新进展，分析梳理了废塑料在高炉喷吹、非高炉炼铁、焦炉炼焦、转炉炼钢以及电炉冶炼等方面的发展轨迹和应用前景，并给出中国废塑料在钢铁工业中利用的建议，为废塑料高效资源化利用新技术的开发和工业应用提供参考。
冶炼与加工
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  隐晶质鲕状赤铁矿磁化焙烧过程中铁物相转变规律

  张汉泉，张鹏飞，许鑫，杨帆，朱健，路漫漫

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1057-1066. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210372

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  摘要：鲕状赤铁矿具有含磷高、易泥化，铁与脉石矿物呈鲕状嵌布结构等特点，常规的重选和浮选等工艺难以取得较好的选矿指标。磁化焙烧-磁选工艺是利用高磷鲕状赤铁矿最有效的手段之一。X射线衍射（XRD）分析结果表明，在750℃的条件下，焙烧矿中磁铁矿的相对质量分数最大。焙烧温度高于800℃会发生过还原现象，生成富氏体,不利于焙烧矿的弱磁选。光学显微镜分析表明磁化焙烧过程不会破坏鲕状赤铁矿的鲕粒结构，只发生铁物相的转变。赤铁矿到磁铁矿的晶型转变由表及里，但是多数鲕状赤铁矿颗粒不会完全磁化，磁化焙烧效果与粒度有关。全铁品位为43.74%的矿样，在焙烧温度750℃、焙烧时间60min的条件下，弱磁选可得到全铁品位为55.42%，铁回收率为85.66%的人工磁铁矿，磁铁矿转化率在90%以上。
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  不锈钢尘泥球团煤基直接还原动力学

  潘建，段真，朱德庆，郭正启，杨聪聪，丑建磊

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1067-1077. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210369

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  摘要：研究了不锈钢尘泥球团在温度分别为1100、1150、1200、1250℃时的煤基直接还原反应动力学。采用随机成核和随后生长、化学反应控制、相界面反应和n（n=1、2、3、4）维扩散模型及其相应动力学机制函数对反应过程进行拟合，并结合X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等手段对不锈钢尘泥球团煤基直接还原过程的物相组成、显微结构及元素分布进行表征和分析。研究结果表明：反应初期铁氧化物还原速率较快，随后逐渐减慢，当反应至40min后，反应趋向于平衡。在1100~1250℃温度范围内反应遵从随机成核和随后生长及A1(α)=-ln(1-α)机制函数，碳的气化反应和界面化学反应是尘泥球团煤基直接还原反应的限制性环节，该反应活化能E为47.423kJ/mol，线性相关系数为0996。
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  全氧高炉风口喷吹烧结烟气的冶炼特征

  李靖琦1，张伟1，倪澳1，李逵1，付梦龙1，薛正良1,2

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1078-1087. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210366

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  摘要：建立了高炉或氧气高炉喷吹烧结烟气的数学模型，实现对烧结烟气利用与处理的目的。模拟结果显示：当烧结烟气喷吹温度为1250℃，全氧高炉的炉缸与炉身处各循环200m3/t炉顶煤气时，烧结烟气喷吹量每增加100m3/t，高炉理论燃烧温度降低约134℃，直接还原度增大0.02。随着烧结烟气喷吹量的增加，煤比逐渐增大，炉顶煤气中氮气含量逐渐增大，SO2浓度逐渐降低。当烧结烟气喷吹量达到894m3/t时，炉顶煤气中的SO2质量浓度为214.28mg/m3，与普通高炉相比，降低约1.48mg/m3；氮氧化物质量浓度为45.42mg/m3，低于普通高炉约6.36mg/m3。
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  节能降碳的蓄热式加热炉烟气反吹关键技术

  刘超，张玉柱，李世成，康月，王子兵，邢宏伟

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1088-1097. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001.0963-20210344

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  摘要：蓄热式加热工艺是大型钢铁企业轧钢工序普遍采用的加热技术，但该工艺高频率换向蓄热燃烧导致公共管道内的燃气交替排入大气造成环境污染和能源浪费，使其成为钢铁生产流程中少有未进行污染物治理的生产工序。基于消除蓄热式加热炉热工制度缺陷，系统介绍了蓄热式加热炉烟气反吹扫技术及与之匹配的加热炉烟气反吹安全联锁与防爆技术、烟气反吹工艺设计与时序调控技术。该成果应用于某钢铁企业蓄热式加热炉（160t/h）建设国内首套换向残留燃气反吹技术示范线，该加热炉燃气放散体积分数由9.0%降低至0.208%，CO放散减排率达92%以上，轧钢燃气耗量节约4.38%。其后承建多家钢铁企业19条蓄热式轧钢加热炉烟气反吹改造工程，均取得较好效果，节能、环保及社会效益显著，同时减少碳氧化物的排放量，助力国家实现双碳目标。
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  30Cr1Mo1V汽轮机转子钢的精炼渣优化

  刘成松，侯松威，刘晓芹，张华，成日金，倪红卫

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1098-1107. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210352

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  摘要：为有效控制30Cr1Mo1V汽轮机转子钢中非金属夹杂物和有害杂质元素含量，利用热力学软件FactSage 8.1，计算了1873K下CaO-SiO2-Al2O3-5%MgO系精炼渣与30Cr1Mo1V钢液平衡时的等［O］线、等［S］线，以获得最优精炼渣成分范围。研究了不同精炼渣对钢中氧、硫含量,夹杂物特性的影响，继而揭示了钢中典型MgO·Al2O3夹杂物的热力学形成机制以及夹杂物与精炼渣之间的成分关系，并构建了“钢渣”界面MgO·Al2O3夹杂物运动模型。实验和模型结果表明，优化渣系50.4%CaO-40-3%Al2O3-4.3%SiO2-5%MgO对钢液脱氧、脱硫和非金属夹杂物控制的效果明显，模型预测结果与夹杂物去除率对应关系良好。
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  连铸用钢包的耐火内衬优化及疲劳寿命预测

  袁忠平1,2，孙瑛1,2，蒋国璋1,2，李公法1,2，郭国红3，曹永成4

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1108-1117. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-096.20210367

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  摘要：连铸技术对钢包的性能要求越来越高，而传统钢包炉衬构件普遍存在使用寿命短、消耗高等问题。通过研究耐火材料特性，优化内衬结构布置，设计出一种长寿命、超保温的新型钢包，并基于数值模拟技术，对新型钢包与传统钢包在典型工况下的温度与应力进行对比分析。温度场模拟结果表明，新型钢包在保温性能上有较大的提升，钢包壳最高温度较传统钢包降低54℃。同时，应力场结果表明，新型钢包壳的最大应力减小了66.7MPa且整体应力分布更加均匀。最后将温度场和应力场的分析结果反馈到钢包的生产、制造、维护上，并进行实验验证。实验结果表明，新型钢包在保温与长寿等性能方面表现更好，内衬寿命提高了119炉次，达到了钢包设计、制造、维护一体化的效果。
材料研究
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  SWRH 92A帘线钢中异相形核TiN复合夹杂析出机制

  李宁1，薛正良1,2，王璐2

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1118-1126. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210377

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  摘要：高碳帘线钢中析出的非金属夹杂物如钛夹杂，对钢材疲劳强度影响巨大。系统分析过共析帘线钢中钛夹杂的析出行为对控制夹杂物形成及产品质量提升尤为重要。结合形核理论以及热力学耦合模型，对SWRH 92A帘线钢盘条存在的Al2O3TiN复合夹杂物的形成机制进行了研究。结果表明：TiN夹杂在钢液凝固进程凝固分数约为0.866(温度为1457K)时开始析出；凝固前期Ti、N偏析比基本相当，然而当凝固接近结束时Ti的偏析比明显大于N，分别为6.059和2.367×10-6。TiN夹杂物形成过程中，其异相形核功小于均相形核功，异相形核半径大于均相形核半径，并且形核功与形核半径变化曲线在1457K时均达峰值。呈球形形态的Al2O3夹杂在TiN析出之前就已经析出，并且尺寸较小的Al2O3将被推动至凝固前沿被TiN捕获并以此为核心析出长大最终形成Al2O3TiN复合夹杂。
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  电站用9Cr钢长时时效组织演变及冲击性能

  丁凯1，董武峰1，刘霞2，范曼杰2，霍鑫2，高玉来1,3

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1127-1135. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210415

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  摘要：以9Cr钢为研究对象，系统研究620℃长时时效过程中的组织演变及冲击功变化规律。结果显示，未经时效处理（原始态）的9Cr钢室温冲击功测试值为140J左右。经过长时时效处理（时效态）的9Cr钢室温冲击功降低至30J左右。原始态9Cr钢中的析出相以M23C6型碳化物为主，尺寸在100～200nm之间。时效态9Cr钢中部分M23C6相长大至500nm，且存在脆性Laves相。M23C6相的长大和Laves相的出现，在削弱合金元素的固溶强化作用的同时也造成沉淀强化作用的降低，导致高温长时时效处理后的9Cr钢的冲击性能降低。高温长时时效后的析出相整体尺寸细小且无明显聚集，表现出良好的组织稳定性。室温冲击功与时效时间的关系式（W=129.7exp(-t/1193.4)+25.
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  基于相变产物构建DP1180相变动力学方程研究

  高天洋1，徐海卫2，韩赟2，田亚强1，李红斌1，陈连生1

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1136-1144. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210364

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  摘要：DP1180钢相变动力学方程的构建，有利于其力学性能的精准调控。利用Gleeble3500对DP1180钢进行相变点测定，结合切线法、金相硬度法研究了DP1180钢在冷却过程中的显微组织演变规律，绘制连续冷却转变曲线(CCT)，并基于相变产物对相变动力学方程（JMAK方程）进行了修正。结果表明：冷速为0.5~1℃/s时，组织为铁素体(F)和贝氏体(B)；冷速为2℃/s时，有马氏体(M)出现；冷速为10℃/s时，组织为贝氏体(B)和马氏体(M)；冷速大于20℃/s时，组织以马氏体(M)为主；显微硬度随冷速的增加而升高；基于不同相变产物对n值的影响规律，对传统JMAK方程进行修正，构建了基于相变产物的相变动力学方程，预测精度得到提升。
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  低于Ms温度变形对等温贝氏体相变动力学和组织的影响

  韩理1，胡海江1，王巍2，王俊1，徐光1

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1145-1152. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210365

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  摘要：变形和等温热处理是高强贝氏体钢主要生产工艺，已有研究表明低于马氏体相变起始温度（Ms）的等温热处理可以促进贝氏体相变动力学，低温奥氏体预变形也可以加速贝氏体相变。研究了低于Ms温度变形对后续等温贝氏体相变动力学和组织的影响，结果表明，并未出现预想的加速相变叠加效应，反而，变形温度低于Ms温度时，贝氏体相变动力学减弱，等温贝氏体相变孕育期延长。低于Ms温度等温相变时，贝氏体铁素体与母相奥氏体位向关系接近K-S关系，变形试样虽然获得了一部分先马氏体，且能提高贝氏体形核率，但并非所有的胚核都能发生长大，变形改变母相奥氏体取向，使贝氏体原本的位向关系遭受破坏，导致有效形核率降低。
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  微合金元素B对轻质TWIP钢组织及力学性能的影响

  刘云双，董福涛，张文文，田亚强，陈连生

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1153-1159. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210356

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  摘要：将质量分数为0.002%的微合金元素B加入至Fe-28Mn-9Al轻质TWIP钢中，以期改善其强塑积及室温冲击性能。利用X射线衍射、扫描电镜、电子万能拉伸试验机和金属摆锤冲击试验机对热轧TWIP钢的物相组成、微观组织、力学拉伸性能及室温冲击韧性进行了研究与分析。结果表明，微合金元素B的添加具有延缓奥氏体向铁素体转变的作用，细化了奥氏体晶粒，提升了钢的力学性能，TWIP钢的塑性、强塑积和冲击韧性均有明显的提高。
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  稀土铈对钛微合金钢中TiC和Ti（C，N）析出的影响

  张阳阳1，彭军1,2，张芳1,2，常洪涛1,2，刘丽霞1,2，俞新宇1

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1160-1168. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210388

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  摘要：采用扫描电镜对不同稀土含量钢中的稀土碳化物复合相进行观察，随着稀土含量的增加，在晶界析出的稀土夹杂物数量不断增加，抑制了在晶界连续析出的TiC，降低了大尺寸TiC，Ti(C,N)的数量。稀土与碳化物主要复合相变化顺序为CeAlO3-TiC→Ce2O2S-TiC/CeS-TiC→CeP-TiC；其中CeAlO3、Ce2O2S和CeS复合相主要为5μm以下的球形、近球形；CeP复合相主要为大于5μm的条状。采用OTS夹杂物统计软件对不同稀土含量的实验钢进行统计，随着稀土含量的上升，2μm以下的TiC、Ti(C,N)数量先上升后下降，在稀土质量分数为130×10-6时达到最佳；10μm以上的大尺寸TiC、Ti(C,N)呈下降趋势。TiC、Ti(C,N)颗粒的平均尺寸在降低。但是当稀土质量分数达到190×10-6时，小尺寸TiC、Ti(C,N)的数量下降；颗粒平均尺寸上升。
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  淬火工艺对马氏体高强钢组织和性能的影响

  镇凡，邵春娟，黄朋，曲锦波

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1169-1176. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210380

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  摘要：采用拉伸、冲击、金相、电子背散射衍射、透射电镜、X射线衍射等试验手段，研究了在线直接淬火+回火（DQT）与离线再加热淬火+回火（RQT）工艺对马氏体高强钢组织性能的影响。结果表明，2种试验钢组织均为板条马氏体，RQT试验钢原奥氏体晶粒及板条束呈等轴状，板条块较短，板条较宽，DQT试验钢原奥氏体晶粒呈扁平状，板条束贯穿整个晶粒，板条块呈细长状，板条宽度较小；位错强化是DQT试验钢强度较RQT高的主要原因；板条束为控制DQT和RQT试验钢韧性的最小单元；DQT试验钢大角晶界比例较低，其具有较大的马氏体板条束尺寸以及更高的位错密度，断裂应力较低，低温韧性较差。
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  Nb对V-N微合金化钢高温热塑性的影响

  马壮1，2，侯振伟3，陈雪慧2，连小金2，刘静1

  钢铁研究学报. 2022, 34(10): 1177-1186. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210410

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  摘要：使用Gleeble热模拟机研究了V-N和V-N-Nb微合金钢的高温热塑性，利用SEM和金相显微镜对热拉伸试样断口形貌和组织进行分析，并通过TEM对析出相进行了表征。结果表明在V-N钢基础上添加质量分数为0.024%的Nb，总体上降低了在第Ⅲ脆性温度区（950~600℃）的热塑性，使塑性低谷区变宽、变深。断面收缩率Z值低于40%的临界温度区间，V-N钢为862~713℃，而V-N-Nb钢在903~700℃以下，塑性低谷区宽度增加了54℃以上。2种钢的Z最低值在750℃，V-N钢为24.5%，V-N-Nb钢为15.5%。A3温度以上，V-N-Nb钢中更多细小的碳氮化物析出是它热塑性低于V-N钢主要原因；A3温度以下，750℃时Z最低值是由薄膜铁素体和碳氮化物析出综合作用的结果，温度降至700℃时Z提高，较厚的晶界铁素体和晶内铁素体生成是Z升高的主要原因。