2023年, 第35卷, 第1期 刊出日期:2023-01-20
  

  • 全选
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    综合论述
  • 刘征建1,王家保1,张建良1,王耀祖2,牛乐乐1,朱旺3
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 1-10. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220044
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    摘要:近年来,为贯彻落实国家“双碳”战略目标,针对冶金等重点行业,提出了严格的能效约束以推动节能降碳。目前,在以长流程为主的钢铁生产过程中,如何降低高炉炼铁工序能耗,以实现钢铁企业节能降耗仍是亟待解决的问题。首先介绍了高炉炼铁工序的能耗现状以及计算标准,并基于工业代谢的用能分析,详细阐述了高炉工序主要的节能降耗手段。最后,对高炉工序节能新技术做了相关的展望,以期为冶金行业节能降耗提供建议性方向。
  • 饶新军1,2,刘晓2,刘浏2
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 11-23. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210467
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    摘要:铁素体不锈钢具有“节镍资源型”特性及优良的综合性能,被广泛应用于轨道运输、汽车、家电和厨具等行业中。稀土作为战略性资源在不锈钢中的应用已有多年,国内外学者在这方面做了大量研究。归纳和总结了稀土对铁素体不锈钢组织和性能等方面的影响,并对其在钢中的作用机制和影响机制进行了简要分析。大量研究表明,稀土能将钢中不规则状且电子功函数较小的A12O3、MnS夹杂改性为电子功函数较大的球状稀土复合夹杂;此外,稀土能降低钢中晶粒尺寸,净化其晶界,对钢的凝固组织、退火组织等金相组织起到明显的细化作用,提高其耐蚀性能和力学性能。最后展望了稀土在不锈钢中的发展前景。
  • 冶炼与加工
  • 陈彤1,张晟1,赵亮1,冯军胜2,董辉1
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 24-32. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220007
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    摘要:为了获取烧结矿颗粒在离散元法中所涉及的关键运动参数,通过实验确定了不同粒径范围的颗粒密度、弹性模量、泊松比、弹性恢复系数以及静摩擦因数。基于HertzMindlin接触模型,通过实验和离散单元法仿真对比堆积的静止角,得到了适用于球形颗粒模拟状态下,烧结矿的滚动摩擦因数。结果表明:烧结矿密度、弹性模量及颗粒间动摩擦因数与粒径大小近似正线性相关;颗粒间弹性恢复系数与静摩擦因数随粒径增大逐渐减小。通过转鼓实验,对比了混合粒径状态下模拟和实验形成的自由表面,表明实验结果与计算结果吻合较好,误差在5%以内,进而表明所测离散单元参数准确程度较高,可用于后续烧结矿布料及余热竖罐内下移的模拟研究。
  • 权杰,张朝晖,邢相栋
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 33-42. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210466
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    摘要:为研究温度对含V、Ti生铁高温氧化性能的影响规律,采用静态不连续增重法绘制了氧化动力学曲线,并结合SEM-EDS和XRD检测手段,分析了含V、Ti生铁的高温氧化机制。结果表明,含V、Ti生铁的氧化增重与时间呈线性关系,900℃后氧化速率会迅速上升;高温下生成的氧化层为双层结构,表层主要氧化物为Fe2O3,外氧化层为连续的Fe2O3和TiO2的混合氧化物,内氧化层主要由V2O3组成;Ti在氧化层中扩散速率较快,随着氧化层变厚,TiO2逐渐从片层状氧化物中富集成团状。当氧化温度高于900℃后,TiO2能够破坏表层氧化物的连续性,导致含V、Ti生铁氧化层疏松脱落。
  • 沈伟,李志伟,田钱仁,付建勋
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 43-51. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220005
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    摘要:46MnVS钢是一种典型的中硫非调质钢,钢中硫化物的类型、大小、分布和硫偏析对其产品使用性能有重大影响。依托国内某厂的46MnVS连铸坯开展硫偏析行为及硫化物分布的研究,采用了扫描电镜、夹杂物三维腐刻等实验方法,分析了铸坯中硫化物类型、大小、分布的变化规律,总结硫偏析行为规律。研究发现铸坯中心和铸坯1/4处出现严重的正偏析,最大正偏析指数分别为1.13、1.08。计算结果表明,MnS在固相率为0.80、温度为1425.0℃时开始从液相中析出,此时残余液相S含量为钢液初始含量的4.60倍。铸坯激冷层中硫化物的三维形貌多为不规则状;从柱状晶区边部到中心不规则状硫化物逐渐增加;中心等轴晶区从外部到中心硫化物主要为不规则状,八面体占比逐渐降低,板片状硫化物逐渐增大。
  • 王权,张炯明,马海涛,尹延斌
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 52-59. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210457
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    摘要:针对轴承钢GCr15连铸小方坯断面的中心缩孔、中心偏析等常见内部质量缺陷,确定了轻压下区间并进行压下试验。通过对压下试验结果的分析,得到了轻压下工艺参数与铸坯中心疏松、中心偏析的关系。试验结果表明,采用凝固末端轻压下技术后轴承钢内部质量得到明显的改善,可将铸坯中心缩孔级别控制在1.0级以下,而不合理的压下量分配会导致铸坯出现压下裂纹。1号、2号拉矫辊分配较小的压下量可有效减少铸坯的压下裂纹并改善中心疏松以及中心偏析。
  • 程鸣飞,王敏,姚骋,包燕平
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 60-70. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210481
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    摘要:为明确不同电磁搅拌条件对结晶器内钢液流动、传热行为的影响规律,对现场大方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的配置提供依据,采用ANSYS Fluent及Maxwell研究了320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢连铸过程中结晶器电磁搅拌工艺参数对结晶器内钢液温度场、磁场特性、注流冲击深度及液面波动的影响规律。研究结果表明,在M-EMS作用下,结晶器内钢液温度的耗散明显优于无电磁场作用工况,有利于改善结晶器内温度均匀性。注流的冲击深度随电流强度的增大而降低,而频率改变对钢液冲击深度影响不明显。当电磁搅拌电流强度一定时,随着搅拌频率增加,液面波动趋于平缓;当搅拌频率一定时,随着电流强度增加,液面波动变剧烈。对于320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢不同工艺进行工业试验,只改变结晶器电磁搅拌参数,从300A/2Hz调整到350A/3Hz,铸坯横截面中心碳偏析指数从1.06降低到1.01,铸坯纵截面中心碳偏析指数的平均值从0.98升至0.99,适合该钢种结晶器电磁搅拌工艺参数为350A/3Hz。
  • 材料研究
  • 刘年富1,2,沈伟1,田钱仁1,付建勋1,沈平1
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 71-78. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210451
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    摘要:为探究微量碲改质对钢中硫化物塑性变形的影响机制,对38MnVS6非调质钢中MnS夹杂物进行了微量碲改质工业试验,并探讨了碲对钢中MnS夹杂物的改质机制和塑性变形行为的影响。结果表明,微量碲改质能明显降低试验钢铸坯中硫化物的长宽比,碲改质后不同变形量的轧材中硫化物评级亦有所改善;钢中碲主要固溶于MnS,形成Mn(S,Te)固溶夹杂物,当碲浓度达到析出过饱和度时,以MnTe形式析出于MnS表面并形成MnSMnTe夹杂物;碲良好的硫化物形态调控效果是由于形成显微硬度更高、相对塑性更低的Mn(S,Te)夹杂物;而夹杂物在大变形量轧制条件下的真应变增幅减小导致碲改质后试样中夹杂物的相对塑性反而有所增加;长条状硫化物夹杂在轧制时可能发生先碎化再经历Ostwald熟化的过程。
  • 胡晓安1,2,孙通1,龙波3,苗国磊3,孙燕涛4,张生良4
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 79-87. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210460
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    摘要:对变截面CMSX-4试样进行了不同温度下的蠕变试验,对比研究了不同应力处的微观组织筏化情况。结果表明:CMSX-4在温度和应力较低时筏化速率极慢,而在温度和应力较高时会快速完成筏化,在合适的温度和应力范围内γ相通道宽度会与材料损伤程度有显著的关联。基于相关结果,提出了一种以γ相通道宽度预测镍基单晶合金CMSX-4剩余蠕变寿命有效方法,通过对比本试验和其他相关报道的结果,本方法的预测结果分散性较小,均位于±1.5倍分散带内。
  • 赵杰1,2,万响亮1,柯睿2,胡锋2,吴开明2
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 88-97. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210445
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    摘要:对粗晶201LN奥氏体不锈钢采用60%冷变形结合700℃退火120s工艺制备超细晶奥氏体不锈钢,研究晶粒细化对奥氏体不锈钢高温力学性能的影响。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子背散射衍射技术对粗晶和超细晶奥氏体钢进行了组织表征,并使用万能试验机测试20和650℃环境下力学性能。结果显示粗晶奥氏体不锈钢经过冷变形结合退火工艺处理,平均晶粒尺寸由18μm细化为0.9μm,屈服强度由383MPa提高到704MPa,而伸长率由63.8%下降到46.3%,表明晶粒细化能有效提高奥氏体不锈钢屈服强度的同时较小损害塑性,TEM证实其形变机制均为形变诱导马氏体和孪生协同作用。当温度由20℃提高到650℃时,粗晶奥氏体不锈钢屈服强度和伸长率分别下降到180MPa和28.1%,超细晶奥氏体不锈钢屈服强度和伸长率分别为384MPa和24.2%。这表明在650℃高温环境下细晶强化作用仍然有效,粗晶和超细晶奥氏体不锈钢也有较好的塑性,其形变机制分别变为位错滑移和位错滑移+层错+孪生。
  • 汪飞,胡学文,徐雁,何博,郭锐,石践
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 98-104. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210449
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    摘要:采用拉伸试验机、光学显微镜、透射电镜分析了不同V、N含量对20mm厚规格耐候钢力学性能的影响规律。结果表明,V质量分数为0.04%~0.11%范围内钒氮耐候钢力学性能随着V含量的增加呈线性变化。V质量分数每增加0.01%,强度增加约14MPa、伸长率降低约0.3%;N质量分数在60×10-6~270×10-6范围内,w(V)∶w(N)=4~5时,可获得屈服强度600MPa以上、抗拉强度700MPa以上良好的强化效果,对应的铁素体晶粒尺寸约10μm。增加V、N含量有效促进更多V(C,N)的析出,在奥氏体相变过程中作为铁素体形核核心,进一步细化了铁素体晶粒。但铁素体晶粒随N含量增加并非持续细化,当形核质点数量达到饱和时,细晶强化作用将趋于峰值不再增加。同样随着V含量的增加,剩余部分的V在铁素体中析出,沉淀强化占主要作用。
  • 潘磊1,高陟1,王作创1,樊海波2,杨勤1,马北越3
    钢铁研究学报. 2023, 35(1): 105-113. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220317
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    摘要:为了进一步提高长水口渣线部位用镁碳质耐火材料的服役寿命,研究了Si粉添加量(质量分数1%~5%)对镁碳质耐火材料显气孔率、体积密度、常温强度和高温抗折强度等关键性能的影响,以及与传统铝碳质耐火材料的抗渣性能对比。结果表明,随着Si粉添加量的增加,镁碳质耐火材料的显气孔率略有降低,常温强度影响不大,高温强度明显增强。其中,当Si粉添加量为5%(质量分数)时,镁碳质耐火材料高温抗折强度提高了30.2%。此外,研究发现,铝碳质耐火材料的侵蚀速率随中间包渣碱度的增大而增大,而镁碳质耐火材料在面对高碱度渣时表现出更好的抗侵蚀能力。最后,在钢厂实际环境的产品测试结果也印证了Si粉对镁碳质耐火材料使用性能的有效提升,具体为用常规铝碳质渣线浇铸SPHD、SPHE和IF钢种时的使用寿命仅为1~3炉,而用镁碳质长水口渣线浇铸的使用寿命提升到3~6炉。