钢铁研究学报(英文版)
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2023年 30卷 1期
刊出日期：2023-01-25
1
曹磊，朱立光，郭志红
轴承钢夹杂物的研究现状及非合金脱氧工艺的探讨
钢中的非金属夹杂物是影响优质轴承钢疲劳寿命和质量稳定性的关键因素。夹杂物主要通过影响钢基体的连续性来影响材料的疲劳寿命和韧性，从而危及设备的安全和稳定性。本文讨论了夹杂物的形成、去除和改性的研究进展。根据铝脱氧或硅脱氧工艺的研究现状，提出并讨论了优质轴承钢非合金脱氧工艺的可行性。C或H
2
用作非合金脱氧剂，脱氧产物为CO和H
2
O气体，易于从钢液中去除。目前对非合金脱氧工艺的研究很少，特别是在优质轴承钢C或H
2
脱氧的研究和应用方面。然而，非合金脱氧工艺对于降低氧含量和提高优质轴承钢的洁净度具有重要意义。因此，有必要研究C和H
2
脱氧的机理和动力学，系统分析影响脱氧效果的因素，为优质轴承钢非合金脱氧工艺的实践提供坚实的理论基础。
2023 Vol. 30 (1): 1-20 [
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21
薛钰霄，潘建，朱德庆，王欣，李博华，刘伟
不同种类褐铁矿型红土镍矿烧结性能的差异
为实现褐铁矿型红土镍矿的更大规模利用，本文通过烧结杯实验与热力学、烧结矿化学成分及矿物学特征等机理分析，研究了不同种类褐铁矿型红土镍矿烧结性能的差异。当褐铁矿型红土镍矿由高脉石型转变为低脉石型时，烧结矿转鼓强度和利用系数分别由45.87%和0.97 t m
−2
h
−1
增至50.16%和1.05 t m
−2
h
−1
，固体燃耗由140.52 kg/t降至131.3 kg/t，低脉石型褐铁矿型红土镍矿烧结性能更优。这主要是因为其MgO和Al
2
O
3
含量相对更低，烧结过程中有利于液相生成能力与流动性的改善，最终使得烧结矿微观结构相对更加紧密，孔隙率相对更低，复合铁酸钙生成量相对更多，铁尖晶石与液相间的粘结效果相对更好。此外，当这两种不同种类褐铁矿型红土镍矿配矿烧结时，烧结矿冶金性能和镍含量并不会恶化与减少。基于此，通过相关的烧结强化技术，实现褐铁矿红土镍矿更为广泛的利用，同时制备出质量更好的含镍烧结矿是完全可行的。
2023 Vol. 30 (1): 21-30 [
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31
王毅璠，杨涛，王浩宇，丁龙，罗云飞，龙红明
烧结料面喷吹蒸汽对燃料燃烧效率及CO排放的影响
提高烧结燃料燃烧效率是增加烧结过程热量、强化烧结过程、降低燃料消耗及污染物排放的重要手段。烧结料面喷吹技术以其低能耗、低排放的潜在优势受到广泛关注。本文采用某钢铁厂的烧结原料，对比分析了蒸汽喷吹前后烧结过程热力学反应，研究了料面喷吹蒸汽对烧结燃烧反应及燃烧效率的影响，阐明了其提高燃烧效率的作用机理。结果表明，喷吹蒸汽下烧结气体介质为H
2
O-H
2
-N
2
-O
2
，在一定程度上改善了燃料燃烧的传热条件，促进了水煤气等反应的进行。在50 kg级烧结杯试验条件下，喷吹蒸汽最佳条件为点火8 min后连续喷15 min，喷吹流量为0.02 m
3
min
-1
。当料面喷吹蒸汽后，水蒸汽进入料层后与上部热烧结矿换热逐步升温，到高温带后与燃烧的C发生水煤气等反应生成了CO、CO
2
和H
2
。同时反应产物H2极易与O2继续反应而放热，从而促使水煤气反应不断正向进行。此外，水蒸汽的进入和反应产物H
2
的出现使燃料疏松化，从而改善未燃烧燃料和氧分压过低区域燃烧的动力学条件，也显著改善C和CO的燃烧动力学条件，进而使得烟气CO浓度降低10.91%；同时喷吹水蒸气减少了C生成CO的比例，提高了生成CO
2
的比例，燃料燃烧效率为88.83%，较常规烧结提高6.15%。喷洒蒸汽后烧结矿成品率和转鼓强度提高0.60%和1.94%，固体能耗降低1.15 kg t
-1
，表明喷洒蒸汽有助于烧结矿质量改善和固体燃耗降低。
2023 Vol. 30 (1): 31-39 [
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40
王耀祖，张建良，陈智慧，刘征建，徐晨阳，李雨萌，马黎明
含钛球团焙烧过程中固结的定量研究
基于前期研究，改进了铁矿石焙烧过程中固结特征温度的测定方法及定量指标，包括固结开始温度、最高固结速率温度和固结终止温度。分析了攀枝花钒钛磁铁矿的矿物性能，并计算了V–Ti磁铁矿的固结特征温度。为研究矿物类型对固结特征温度的影响，使用高品位磁铁矿、高硅铁矿石和钒钛磁铁矿进行了一系列试验。钒钛磁铁矿的最大收缩率为6.7%，固结开始温度为991 ℃， 终止温度为1384 ℃。X射线衍射分析结果表明，钒钛磁铁矿由钛磁铁矿、橄榄石和其他矿物组成，比常规磁铁矿成分更复杂。 因此，最高固结速率温度和固结终止温度最高。钒钛磁铁矿中的FeTiO
3
和MgFe
2
O
4
可能会抑制赤铁矿颗粒之间烧结颈的形成。当温度超过1250 ℃时，球团内部出现液相，促进颗粒长大，并在颗粒内形成烧结颈。
2023 Vol. 30 (1): 40-50 [
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51
祝航航，王敏，姚骋，王仲亮，王晓良，包燕平
非等速浇注对41 t六流中间包流场指标的影响
六流中间包长宽比较大，形状狭长，导致各流一致性较差。尤其是1号流和6号流的滞止时间相对较长，影响整个中间包温度场和流场的均匀性。本文以41 t六流中间包为研究对象，为了消除多流中间包等速浇注的不利影响，通过调节各流之间的拉速比研究流场指标的变化。在验证了数值模拟与物理模拟的误差小于6%的基础上，利用数值模拟计算了拉速比从0.8增加到1.3（间隔0.1）的6个案例。结果表明：提高边流与中间流的拉速比后，各流的一致性明显改善；中间包内流场更加活跃，温度场更加均匀；改善了部分死区的示踪剂浓度分布。
2023 Vol. 30 (1): 51-63 [
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64
白春峰，王波，马婕，张捷宇，潘湾萍
双辊薄带连铸过程冷却条件对凝固行为的模拟研究
双辊薄带连铸过程中，钢液通过布流系统注入熔池，旋转的铸辊起到冷却钢液和铸轧的作用；同时，铸辊也处于一个冷热的温度循环变化中。因此，铸辊的材料、表面涂层及辊内的冷却水流量，对薄带的凝固过程及最终产品质量有重要的影响。本文建立了一个简化的薄带凝固过程的三维数学模型，用来模拟钢水与铸辊涂层、铸轧辊和轧辊套筒通道内冷却水之间的热交换，同时也考虑了铸轧辊旋转过程中和熔池及空气的热交换。研究了冷却水强度和钢液在熔池内的流动强度，对薄带凝固微观组织的影响。这些模拟结果对于优化双辊薄带连铸过程的工艺参数和改善铸带质量具有一定的参考价值。
2023 Vol. 30 (1): 64-73 [
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74
黄燚，史成斌，万秀秀，梁玉晶，李晶，刘树杰
SiO
2
和B
2
O
3
含量对转子钢电渣重熔CaF
2
–CaO–Al
2
O
3
渣系粘度和表面张力的影响
研究了SiO
2
和B
2
O
3
对用于转子钢电渣重熔的CaF
2
–CaO–Al
2
O
3
–MgO–SiO
2
–B
2
O
3
渣系粘度和表面张力的影响。当SiO
2
含量从0.37 mass%增加到8.03 mass%，熔渣粘度增加，粘度激活能从54.21 kJ/mol增加到58.49 kJ/mol。炉渣中的B
2
O
3
含量从0增加到3.62 mass%时，对粘度有类似的影响，激活能从47.30 kJ/mol增加到55.71 kJ/mol。熔渣粘性流的粘度和激活能的增加是由于熔渣熔体的聚合度随着SiO
2
或B
2
O
3
含量的增加而增加。熔渣熔体的表面张力随温度的升高而降低。熔渣的表面张力随SiO
2
或B
2
O
3
含量的增加而降低，原因是熔渣聚合度的增加和熔渣中CaO含量的降低。
2023 Vol. 30 (1): 74-81 [
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82
张玉妥，邹浩
含铌310S钢的凝固偏析
采用等温凝固淬火实验和Thermo-Calc计算研究了0.3%Nb-310S钢中Nb、Ni、Mn、 Si、Cr和C的凝固偏析行为。0.3%Nb-310S钢平衡条件下的相变为：L → L + γ (1406 °C) → γ (1334 °C) → γ + NbC (1322 °C) → γ + NbC + M
23
C
6
(1006 °C) → γ + NbC + M
23
C
6
+ σ (755 °C)。 凝固开始于奥氏体枝晶的形成，随着温度的降低液相体积分数迅速减少，之后液相分数缓慢下降。Mn和Ni在固相中富集，而Nb和C在液相中富集。0.3%Nb-310S奥氏体不锈钢凝固过程中Nb的偏析最严重，其次是Mn、Ni和C，Cr和Si表现出轻微的偏析。
2023 Vol. 30 (1): 82-87 [
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88
李睿昊，李海军，项宁，王国栋，白丽娟
GCr15轴承钢凝固末端高温流变应力模型和晶粒尺寸模型
热芯大压下轧制技术是一种新型的连铸坯凝固末端变形技术。本文使用Gleeble-3800热模拟试验机，依托热芯大压下轧制过程的参数设计，研究了GCr15轴承钢在1000~1300 ℃温度区间和在0.001~10 s
-1
速率区间的变形特性。首先通过摩擦校正的方法对真应力应变数据进行校准处理，以获得近固相线的准确参数；然后根据热压缩实验和腐蚀实验结果，分别建立了Laasraoui型本构模型和动态奥氏体晶粒尺寸模型；随后通过比较预测曲线和实验数据，验证了模型的准确性；最后，利用上述模型预测了固相线和液相线间的相关参数，突破了在凝固末端变形研究中难以用实验采集参数的限制。
2023 Vol. 30 (1): 88-101 [
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102
包向军，徐靖，陈光，陈谞，张红光，沈一鸣，翟炜
加热炉能耗在线智能评价模型的机理和应用
为确定钢铁厂加热炉能耗变化的原因，提出了一个在线模型。对加热炉的热转化进行了分析，并将其与加热炉的燃料消耗相结合，从而获得能量消耗模型。结合机理分析，确定了影响能耗的基本参数，得出了4个关键影响因素：炉产量、装炉温度、出炉温度和钢种。得出了各影响因素贡献的具体计算方法，用以确定获得基线能耗的条件，在线数据用于计算基线能耗的能量值和实际值。通过归一化处理，确定了各影响因素的贡献。利用云平台进行数据库重建和编程，实现了加热炉能耗的在线智能评估。最后，给出了一个钢铁厂轧钢炉实际能耗评估的案例。智能评估结果被量化并在线显示，并展示了系统在降低生产线能耗方面的性能。
2023 Vol. 30 (1): 102-111 [
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112
崔金星，彭艳，王瑾
轧制过程含结构间隙轧机非线性系统失稳行为分析
本文对热轧过程中轧辊装配精度偏差所致结构间隙引起的轧机非线性动态系统振动失稳问题进行了理论研究。首先，基于A. И. Цeликов模型建立了在轧辊磨削偏差与轧制变形区稳定性影响下的轧制力模型；而后，考虑辊系装配结构间隙影响，建立了轧机水平-垂向耦合动力学模型，并使用龙格-库塔法求解非线性动力学方程。仿真结果表明：轧机辊系动力学系统在结构间隙和轧制界面动态载荷条件下呈非线性振动特征，其失稳过程是一个具有自激振动与受迫振动双重特征的慢变响应过程。最后，通过现场生产实际振动测试数据分析，验证了实测结果与仿真结果具有一致性。
2023 Vol. 30 (1): 112-125 [
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126
白娇娇，俞峰，王存宇，王辉，许旸，陈兴品，曹文全
循环淬火工艺对球墨铸铁组织演变与性能的影响
由于球墨铸铁（DCI）的晶粒粗大、硬度较低，无法满足轴承结构材料的性能要求。为了获得超细晶粒和超硬化的球墨铸铁，在860 ℃下保温30 min循环3次后通过组织，晶粒及X射线衍射仪分析循环淬火对球墨铸铁组织与性能的影响。结果表明球墨铸铁的微观结构和性能强烈依赖于循环淬火过程。随着循环次数的增加，奥氏体的晶粒尺寸显著细化，从41.2 μm细化到12.3 μm，马氏体板条/马氏体片的宽度和长度降低，残余奥氏体的形貌由块状变为粒状，稳定性提高，最终试样经过循环淬火处理后晶粒细化，位错密度增加，获得了硬度高于60 HRC的性能。
2023 Vol. 30 (1): 126-136 [
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137
徐翔宇，曾志崎，田钱仁，曹晨巍，沈平，付建勋
分形理论在研究高硫易切削钢硫化锰夹杂物形貌方面的应用
硫化锰（MnS）夹杂物的形态和分布对其综合性能有重要影响，这是高硫钢的一个重要研究领域。在非水电解质实验和扫描电镜观察的基础上，应用分形理论研究了MnS夹杂物的三维形貌。结果表明，MnS夹杂物的边缘分形维数在1.59和1.88之间。此外，MnS夹杂物的相似形态具有紧密的分形维数。MnS边缘分形维数与形态参数高度正相关。计算了铸态和轧制态高硫易切削钢二维平面上MnS夹杂物的多重分形谱。大型MnS夹杂物属于大概率子集，而小型MnS夹杂物则属于小概率子集。多重分形谱可以真实有效地反映MnS夹杂物在二维平面上分布的差异和不均匀性。在MnS含量相近的前提下，随着MnS夹杂物的细化，多重分形谱宽度和多重分形谱对称参数减小。多重分形谱为研究材料中的第二相提供了一种新的方法。
2023 Vol. 30 (1): 137-149 [
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150
谢旭，钟明，赵坦，王聪
大线能量气电立焊用药芯焊丝中不同CaF
2
-TiO
2
焊剂配比对焊缝金属组织演变的影响
本文设计、制备不同比例的CaF
2
-TiO
2
熔炼焊剂，并将其应用于大线能量气电立焊用药芯焊丝中。通过对30 mm厚EH36船板钢焊接试验，结果表明，随着熔剂中TiO
2
含量的增加，焊缝中柱状晶尺寸增大，焊缝金属微观组织由板条贝氏体转变为粒状贝氏体，再转变为针状铁素体。这种现象可归因于焊弧作用下焊剂中TiO
2
会发生一系列物理化学反应，使焊缝金属中O和Ti含量增加，同时降低C、Mn、Si和Al的含量。
2023 Vol. 30 (1): 150-157 [
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158
王俊帅，肖文龙，任磊，付雨，马朝利
氧的添加和退火时间对Ti-34Nb合金微观组织和力学性能的影响
本文研究了氧含量和退火时间对Ti-34Nb合金微观组织和力学性能的影响。随着氧的添加，合金的相组成由单一的α"相变为α"+β相。氧的添加会抑制马氏体相变。此外，氧元素通过固溶强化作用显著提高了原始态、冷轧态合退火态合金的强度。冷轧处理引入的大量缺陷堆积和晶粒细化具有显著的强化作用，但同时也会引起塑性的下降。Ti-34Nb-0.2O合金中，由于氧的添加提高了其α/β相变温度，从而促进退火过程中α相的析出。退火过程中，α相的析出可以进一步抑制晶粒长大。随着退火时间的增加，Ti-34Nb合金晶粒尺寸增大，从而导致其强度降低；Ti-34Nb-0.2O合金中α相的析出逐渐增多，导致其强度逐渐增大。对合金冷轧处理后进行退火或者添加适当的氧可以有效提高合金的性能。
2023 Vol. 30 (1): 158-164 [
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165
闫清波，薛彤，刘世锋，王万林，王岩，宋玺，杨鑫，尚巍巍
SEBM和SLM制备的微弧氧化处理Ti–6Al–4V合金的表面表征和腐蚀行为的对比研究
增材制造生产的Ti–6Al–4V（TC4）零件由于其优异的力学性能，已成功用作牙科和整形外科的人工植入物。然而，次优的耐腐蚀性能限制了其应用。本文对比了采用选择电子束熔覆（SEBM）和选择激光熔覆（SLM）技术制备、微弧氧化（MAO）处理的TC4合金的表面特征和腐蚀行为。通过显微组织演变、表面形貌和电化学实验分析，阐明了SLM-MAO和SEBM-MAO的耐腐蚀机理。结果表明，经MAO处理后，锐钛矿型TiO
2
部分转化为斜辉石相。MAO涂层降低了SEBM样品的表面粗糙度，而MAO处理后SLM样品的粗糙度增加，这与不同增材制造工艺沉积样品的微观组织差异有关。当MAO时间为15 min时，SLM-MAO和SEBM-MAO涂层分别表现出最佳和最差的耐腐蚀性能。
2023 Vol. 30 (1): 165-175 [
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176
刘源，魏世忠
一种基于加权模糊C均值聚类的硬度预测方法
基于支持向量回归算法（SVR）建立了硬度预测模型。为了避免夸大微量合金元素在模型中的作用，提出了一种加权模糊C均值聚类算法（WFCM）。该算法首先采用随机森林算法计算各特征量的重要度，然后将归一化后的重要度作为各特征量权重改进聚类算法中的马氏距离。改进后的WFCM算法能够使重要特征量在聚类中发挥主要作用，并且可以有效避免聚类中心重合。经聚类后的样本划分为两大类。选取每类的重要度排序前10的特征量，形成两个特征子集，在特征子集中，特征量的维度和离散度均降低，以提高模型的性能。通过比较四种机器学习算法，选择表现出最佳预测性能的SVR算法建立硬度预测模型，并采用粒子群算法对SVR模型的超参数进行优化。为了验证模型的有效性，选择一组未参与训练的样本构成验证集。首先，计算验证集中各样本到聚类中心的距离，以最小距离作为分类依据，然后采用以相应分类的特征子集训练的SVR模型进行硬度预测。与原始数据集的预测结果对比，经分类后特征子集训练的预测模型具有更高的相关系数和更低的均方根误差。结果表明，提出的WFCM算法是减小特征量之间离散度、提高预测模型精度的有效方法。
2023 Vol. 30 (1): 176-191 [
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钢铁研究学报(英文版)
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《钢铁研究学报》第二届青年编委招募
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《钢铁研究学报》英文版“极端环境下材料的腐蚀和磨损”专刊征稿启事
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《钢铁研究学报》英文版“钢铁冶金固废资源化利用”专刊征稿启事
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《钢铁研究学报》英文版“多相多尺度冶金过程数值仿真”专刊征稿启事
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《钢铁研究学报》英文版“人工智能在钢铁冶金及材料中的应用”专刊征稿启事
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