2016年, 第51卷, 第2期　刊出日期：2016-02-15

  

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综合论述
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  高性能汽车钢组织性能特点及未来研发方向

  韩志勇，张明达，徐海峰，董 瀚，曹文全

  钢铁. 2016, 51(2): 1-9.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150461

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  介绍了先进汽车用钢的组织和性能特点，认为具有较低强塑积的第一代汽车钢主要是通过铁素体、马氏体等多种基体组织的选取和配合对强度和塑性进行调控，第二代汽车钢通常具有单相奥氏体组织，表现出超高的强塑积，在汽车轻量化和安全性方面都有明显促进作用，但是其高合金质量分数提高了生产成本和难度，不利于规模化生产和应用。而第三代汽车钢则是通过在马氏体或超细晶铁素体基体上引入大量的亚稳奥氏体来提高汽车钢的强度和塑性，从而大幅度提高钢的强塑积。第三代汽车钢综合性能比第一代汽车钢提高1倍以上，其强塑积达到了25～50 GPa·%，接近或达到了第二代汽车钢的强塑积。新型合金化设计、高强度基体组织调控和大量亚稳奥氏体控制是第三代汽车钢的重要研究内容。基于轻量化与高安全性要求，低密度化与高强化将是未来第三代汽车钢的一个主要发展方向。
原料与炼铁
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  焦炭反应性对高炉炉料熔滴性能的影响

  吕 庆，王福佳，李豪杰，刘 然

  钢铁. 2016, 51(2): 10-14.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150144

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  利用高温熔滴炉模拟实际高炉软熔带的运行情况，对高炉使用焦炭的热态性能进行分析，探讨了不同反应性的焦炭加入后对炉料软化温度、熔化温度、最大压差，熔滴综合指标等高温物理性能的影响。试验结果表明：随着焦炭反应性的增加，炉料软化开始温度[t10]降低，由1 220降低到1 112 ℃，降低了108 ℃；压差陡升温度[ts]降低，由1 306降低到1 268 ℃，降低了38 ℃；最大压差[Δpmax]增大，由8.62增加到11.05 kPa，料层透气性变差；熔滴综合指标[S]值增大，由680增加到820 kPa·℃，熔滴性能变差。
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  氧气高炉块矿与烧结矿软熔过程交互作用

  陈 龙，薛庆国，郭文涛，佘雪峰，王静松

  钢铁. 2016, 51(2): 15-21.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150103

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  以不同预还原度的块矿及块矿与烧结矿的混合矿为研究对象，利用单颗粒荷重软化试验装置，考察了氧气高炉及传统高炉还原气氛对块矿及混合炉料软熔性能的影响。研究发现，高还原势的氧气高炉条件下，含铁炉料还原度的提高导致其颗粒内部铁相数量增加，低熔点渣相数量减少，块矿的软熔性能与传统高炉条件相比有所改善。同时，通过对软熔过程相关数据及炉料颗粒微观结构的分析，发现氧气高炉条件下，块矿-烧结矿混合炉料在界面上发生了交互作用；由于铁相数量的增加及渣相的减少，不同渣相的接触时间被推迟，接触的渣量也减少，导致相对于传统高炉条件，氧气高炉条件下发生交互作用的温度升高，其作用强度减弱。
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  高炉合理鼓风动能与炉缸活性的关系

  代 兵，梁 科，王学军，张建良，杨天钧，刘云彩

  钢铁. 2016, 51(2): 22-27.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150151

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  通过分析高炉鼓风动能与炉缸活性的关系，认为合理的鼓风动能不仅是保持炉缸活性良好的前提条件，更是高炉操作者调节炉况的重要手段之一。通过研究合理鼓风动能的理论依据和计算方法，发现高炉合理鼓风动能不仅需要随着高炉容积的增大而增大，而且需要有合理的风量和风口面积。通过比较不同容积高炉所对应的风量，提出了风量比和风量系数的概念；介绍了本钢新1号高炉通过调节风口面积探索合理鼓风动能的过程。对高炉在不同鼓风动能条件下所产生的各种直观现象和仪表变化进行了说明，针对这些现象就可以判断出鼓风动能是否在合理范围内，并进行相应的调节。因此，合理的鼓风动能需要适应高炉生产的各方面条件的变化，这就需要对合理鼓风动能进行不断的探索和实践，以形成应变的合理的送风制度，确保高炉生产长期稳定顺行。
炼钢
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  MIVM对含V2O3多元熔渣体系组元活度的预测

  刘起岑，李亚育，孙 应，陶东平

  钢铁. 2016, 51(2): 28-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150132

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  为了研究钒在攀钢转炉中的热力学行为及分配，根据钒渣的成分对CaO-MgO-Al2O3-V2O3-SiO2熔渣中各组元的活度进行研究。应用分子相互作用体积模型（MIVM）及其伪多元法预测MgO-Al2O3-SiO2、CaO-V2O3-SiO2、CaO-MgO-Al2O3-SiO2渣系中某组元的活度值，并与试验值对比。结果表明，MIVM伪多元法预测值与试验值吻合良好，MgO-Al2O3-SiO2渣系中Al2O3的平均相对误差为15%；CaO-V2O3-SiO2渣系中V2O3的平均相对误差为33%；CaO-MgO-Al2O3-SiO2渣系中SiO2的平均相对误差为13%。在此基础上，利用MIVM预测CaO-MgO-Al2O3-V2O3-SiO2熔渣中各组元的活度，并将V2O3的预测值与试验值对比分析，结果表明，预测值与试验值吻合良好，都呈正偏差，平均相对误差为44%，V2O3的活度随碱度的提高而下降。
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  锆、铝脱氧对钢中硫化物生成行为的影响

  夏云进，郭 鑫，李 杰，伏存田，马伟杰

  钢铁. 2016, 51(2): 38-43.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150122

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  通过真空感应炉试验研究了锆、铝脱氧对含硫易切削非调质钢中硫化物生成行为的影响，研究结果表明，在铝脱氧钢中硫化物大多呈沿晶群聚状分布（大多呈扇形或链状分布），是典型的Ⅱ类硫化物，单位面积硫化物的数量较多，尺寸较小，小于2.5 μm的数量较多，大颗粒夹杂数量较少；在锆脱氧钢中硫化物主要也是沿晶的Ⅱ类硫化物，同时也有一些晶内分布的Ⅲ类硫化物，其分布与铝脱氧钢相比有较大改善，单位面积硫化物的数量减少，尺寸增大，大于5 μm的数量增多；根据非均质形核理论，(001)MnS//(001)ZrO2的点阵错配度为3.0，而(111)MnS//(0001)Al2O3的点阵错配度为26.9，凝固过程中ZrO2作为硫化物形核核心的效率明显要高于Al2O3，向钢中加入锆，非均质形核的MnS数量增多，使得一部分MnS在较高的温度下分离析出，硫化物的总数减少、尺寸增大、分布从扇形向链形转变，改善了硫化物分布。
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  连铸结晶器混合驱动系统的非正弦振动波形

  刘大伟，任廷志，宋华杰

  钢铁. 2016, 51(2): 44-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150230

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  针对频率、振幅和波形均可在线调整的连铸结晶器电动式混合驱动系统，提出与其运行模式相匹配的非正弦振动波形。首先阐明新型驱动系统非正弦波形的发生机理；然后按照激波机构的运行特点，考虑系统运行过程中的平稳性和运动约束条件，构建了激波机构的速度函数，进而根据驱动系统运动学推导出以频率、振幅和偏斜率为基本参数的结晶器非正弦振动波形；最后给出非正弦波形的关键工艺参数计算公式，讨论了[vc-f、h]同步控制模型中控制参数与振动工艺参数的关联规律，并以某中碳钢板坯连铸生产为例，利用关联规律，得到了完全符合振动工艺原则的非正弦控制模型，从而验证了该非正弦波形的有效性和实用性。
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  插钉法研究板坯连铸结晶器液面特征

  任 磊，张立峰，王强强

  钢铁. 2016, 51(2): 49-54.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150168

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  采用可以同时获取板坯连铸结晶器内弧侧、厚度方向中心面和外弧侧液面信息的插钉板，通过在结晶器内连续插取，研究了板坯连铸结晶器液面特征。得到了结晶器内不同时刻、不同位置处液面高度；发现了连铸生产过程中内、外弧侧液位有差异，提出了对称流不仅只是以水口为中心结晶器左右两侧流场的对称，还应包括以结晶器厚度方向中心面为中心，内弧侧与外弧侧流场的对称；预测了该工况下结晶器内液面波动较大以及卷渣发生频率较高的位置为水口附近和窄面与宽度方向1/4之间液面流速较大的部位；验证了插钉试验不仅可以获得连铸结晶器内的液面流速，还可通过多次插钉试验研究液面波动特征，在传统的物理模拟和数值模拟方法之外提出了一种直接、接触式测量连铸结晶器液面轮廓进而研究液面波动的方法。
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  基于凝固相转变影响的结晶器内热力耦合分析

  甄成国，麻永林，邢淑清，许建飞，陈重毅，李振团

  钢铁. 2016, 51(2): 55-61.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150177

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  为了研究凝固相转变对结晶器内坯壳生长过程的影响，结合高温相转变试验结果建立数学模型，考虑铸坯与结晶器的接触状态，利用有限元软件ANSYS建立结晶器内三维瞬态热力耦合有限元模型，采用生死单元技术模拟温度场，采用热弹塑性接触有限元方法模拟应力场分布。模拟了[δ]铁素体转变量分别为0%、50%和100% 3种情况下结晶器内坯壳的温度场和应力场变化规律。结果表明，沿拉坯方向坯壳表面温度和厚度在距离弯月面以下120 mm左右开始周期性波动，且随[δ]铁素体转变量的增加，波动增加，同时铸坯沿拉坯方向累积位移总量和应力值均减小，沿拉坯方向上位移和应力波动水平增加。
压力加工
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  连退过程中带钢板形在线控制技术

  白振华，王 瑞，张岩岩，乔 旋，钱 承，杜江城，

  钢铁. 2016, 51(2): 62-66.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150198

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  针对以往连退生产过程中对带材板形的演变过程只能定性分析、无法定量预报与控制的问题，首先在引入段内板形与段外板形概念的基础上，充分结合连退机组的设备与工艺特点，建立了一套适合于连退机组退火过程的板形预报模型，并以特定连退机组的典型规格产品为例定量分析了段内外板形的演变规律；随后以带材在段内整体板形最好、段内最大板形最小、机组出口板形与目标板形差距最小为目标，带材在通板过程中不出现热瓢曲、跑偏以及震动为约束条件，从张力优化设定入手，提出一套适合于连退过程的板形在线综合控制技术，并将其推广应用到生产实践，取得了良好的使用效果，有效提高了机组的通板稳定性与出口板形控制精度，具有进一步推广应用的价值。
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  Gleeble模拟热轧工艺对磷非平衡晶界偏聚的影响

  马植甄，万兰凤

  钢铁. 2016, 51(2): 67-71.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150161

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  采用Gleeble 3500热模拟试验机研究了轧制和卷取温度下磷元素晶界偏聚与热轧板高温热塑性的关联机制。研究结果表明，含磷钢中磷元素晶界偏聚符合空位-磷原子复合体非平衡共偏聚理论，800 ℃以上轧制温度对磷元素晶界偏聚引起的钢板脆性影响较小，而在500～650 ℃温度范围存在磷元素偏聚导致的热塑性低谷区，且在该温度区施加1%拉伸预应变将加剧磷元素晶界偏聚和钢板脆性。因此，本试验成分含磷钢热轧生产中卷取温度设定应避免550 ℃塑性低谷。
钢铁材料
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  热输入对960 MPa级高强钢粗晶区组织及性能的影响

  刘 政，魏金山，崔 冰，安同邦，田志凌

  钢铁. 2016, 51(2): 72-77.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150259

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  采用Gleebe-1500D试验机对960 MPa级高强钢热影响区粗晶区(CGHAZ)组织进行模拟，研究了该高强钢在不同冷却时间下的组织变化与冲击性能的关系。结果表明：该钢热模拟粗晶区在冷速较高时主要生成板条马氏体。冲击吸收功随[θ8/5]的增大先增加后减小，当[θ8/5]为20 s时，冲击韧性最佳达到149 J，组织主要为大角度交错的板条马氏体。随着冷速降低转变为贝氏体组织、M-A组元后，冲击性能严重降低，粗晶区发生明显软化。该钢适合小热输入焊接，以保证焊接热影响区粗晶区的性能。
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  新型锯片基体用钢51CrV4的研究与开发

  曾 斌，李昭东，孙新军，杨俊伟，雍岐龙

  钢铁. 2016, 51(2): 78-83.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150255

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  51CrV4钢因具有良好的热处理性能与力学性能，广泛用作为高等级弹簧钢。为改善现有锯片钢的不足，根据51CrV4特有的化学成分，创新性地将其用于制造金刚石焊接锯片基体。通过研究动态CCT曲线，卷取温度对显微组织与第二相析出物的影响，淬火与回火工艺对碳化物尺寸、晶粒尺寸、力学性能的影响，评估了51CrV4钢用于制造金刚石焊接锯片基体的可行性。结果表明：卷取温度升高，先共析铁素体尺寸与珠光体片层间距变大，10 nm粒径以下的(V，Cr)C析出物在MC相析出物中所占的比例减少；淬火温度由800提高到900 ℃时，奥氏体晶粒尺寸先缓慢变化，随后快速长大，固溶的碳化物质量分数增多，回火后锯片硬度增强，而回火温度由450提高到550 ℃时，马氏体板条界片层状渗碳体逐步球化，强度明显下降，塑性小幅提高；设定合适的卷取温度控制热轧态中第二相碳化物的尺寸，并在850～900 ℃淬火、约450 ℃回火是生产高硬度、高韧性51CrV4金刚石焊接锯片的关键工艺。
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  HRB400E含镍铬钢筋的试制

  戴晓天，周和敏，李 卫，齐渊洪

  钢铁. 2016, 51(2): 84-89.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150241

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  根据某企业以红土镍矿为高炉配矿，因此铁水、钢水中含镍铬元素的特点，提出充分利用镍、铬元素的强化作用开发HRB400E级高强抗震钢筋的研究思路。通过实验室试验，研究了在20MnSi的基体上镍、铬元素的作用规律，优化了钢筋中的镍、铬质量分数。开发的HRB400E级含镍、铬钢筋，镍、铬元素质量分数均为0.2%，力学性能完全满足国家标准的要求，并且无需添加铌（钒）等其他微合金元素。
装备技术
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  边部加热器在热轧硅钢生产中的应用与优化

  刘 洋，杨 荃，王晓晨，张长利，王秋娜，李 彬

  钢铁. 2016, 51(2): 90-96.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150224

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  硅钢片因其使用特点对热轧板形控制提出了较高的要求，近年来，采用边部加热器提高中间坯边部温度是热轧硅钢生产的新工艺，边部加热器的投入，能够降低板坯的断面温差，提高板坯温度的均匀性，对提高边部质量有显著作用。但是，提高边部温度会对部分板形指标（如边降等）产生一些负面影响，造成下游工序板形质量的恶化。针对使用边部加热器的上述特点，研究了边部加热器的工作原理及设备功能，重点分析了热轧硅钢生产中边部加热器控制逻辑及工艺参数，结合生产中硅钢的凸度指标、边降指标及裂边、翘皮等缺陷，通过设计典型工况试验，对边部加热器的控制逻辑及工艺参数进行了优化，确定了相对最优的工艺参数，并应用于生产实践，保证了硅钢产品的边部质量及板形指标，提高了产品的成材率。
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  热轧工作辊冷却效果的分析与改善

  高山凤，郗安民，刘鸿飞，杨 贤

  钢铁. 2016, 51(2): 97-101.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150290

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  为了提高冷却系统对工作辊温度的控制能力，建立工作辊与冷却液间三维流热耦合模型，研究冷却结构参数及其安装尺寸对工作辊冷却效果的影响。分析喷嘴倾斜角度、喷嘴间距以及冷却液的喷射角度对冷却效果的影响。结果表明：单个喷嘴射流区域内，离中间冲击区域越远对流换热系数衰减的越快，中间区域的平均对流换热系数约为边部的4倍；在适当减小喷嘴间距的基础上，调整喷嘴的倾斜角度，可以使工作辊冷却更均匀，且冷却效率更高。经某厂二辊可逆热轧机验证，可知改进后的冷却结构对板带中心凸度的控制能力增大约0.05 mm，且横向板厚分布的均匀性也有明显的改善。