2016年, 第51卷, 第9期　刊出日期：2016-09-15

  

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综合论述
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  新型低密度高强高韧热轧层状钢研发

  曹文全，徐海峰，张明达，董 瀚，翁宇庆

  钢铁. 2016, 51(9): 1-10.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160081

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  鉴于能源短缺与高安全性要求，钢铁材料的低密度化与高强韧化成为高强钢的研发热点。大量报道证明，铝等元素合金化可以显著降低钢材密度，层状复合组织大幅度提高钢铁材料的韧性。在介绍国内外传统等轴晶粒高强韧钢、层状复合钢铁材料及低密度钢研发结果的基础上，提出了Fe-Al-Mn-C低密度双相钢的低中等合金质量分数（4%～12%）的合金化设计和高温铁素体和奥氏体的几何扁平化组织调控思路，制备出具有铁素体与马氏体相间排列的层片复合双相钢组织结构的高强韧钢研发思路。初步研究结果证明，层片双相钢的组织结构设计是可行的，实现了钢铁材料的高强度化（抗拉强度为1 000～1 500 MPa）、低密度化（6.5～7.5 g/cm3）和高韧性化（室温V型冲击韧性为200～400 J），突破了传统等轴结构材料的强韧化机制制约，形成了新型层状复合结构强韧化的钢铁材料研发方向。强调未来需要对层片双相钢材料进行深入研究，以实现对化学成分、层片组织结构参数与材料强度、韧性和材料密度关系的定量研究，深入探讨低密度层状双相钢的层状组织调控机制及其强韧化机理，为未来高强韧金属材料研发及应用开辟出创新发展方向。
原料与炼铁
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  基于软熔滴落性能的高炉合理炉料结构

  刘 杰，张洪宇，周明顺，翟立委，张 辉，徐礼兵

  钢铁. 2016, 51(9): 11-15.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150605

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  为全面掌握鞍钢的烧结矿碱度、天然块矿配加比例和不同炉料结构的软熔特性，得到可评价炉料结构的方法，通过实验室试验，系统研究了不同碱度烧结矿的冶金性能，不同碱度烧结矿与球团矿搭配、烧结矿与球团矿和天然块矿搭配的复合炉料结构高温特性。结果表明，随碱度提高，矿物组成渐趋合理，烧结矿的还原和粉化指标改善，在碱度为1.90～2.05时，单一烧结矿的软化熔融性能较好；在碱度为1.95～2.15时，透气性较好；当烧结矿与球团矿搭配，碱度为1.90～2.15时，软熔区间窄，[S]特性值低；在配加天然块矿后，复合炉料的软化区间变宽，熔融区间变窄，综合性能得到改善。基于研究结果，提出了适合鞍钢原料条件的炉料间交互反应性的评价指数，通过指数判断，高炉天然块矿的适宜配加比例为15%～20%。
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  兰炭作烧结燃料对烧结矿冶金性能的影响

  杨双平，郭拴全，张攀辉，周江峰，王 苗

  钢铁. 2016, 51(9): 16-21.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160069

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  通过烧结杯试验、烧结矿荷重软化试验、烧结矿还原度试验及烧结矿低温还原粉化试验，系统地研究了兰炭用作烧结燃料对烧结矿冶金性能的影响。结果表明，兰炭的配加、碱度的增加对烧结矿的成品率、品位和转鼓指数及粒度并未产生明显的负面影响；兰炭加入比例为30%、碱度为1.82时，可以提高烧结矿的转鼓强度，此时的烧结矿软化性能也最好；随着兰炭替代比例的升高，烧结矿碱度逐渐增加，导致烧结矿中FeO质量分数逐渐下降，这对烧结矿还原性和低温还原粉化具有一定的改善作用。综合考虑兰炭和碱度对烧结过程及烧结矿冶金性能的影响，用兰炭作为烧结燃料在工艺上是可行的，而且兰炭加入比例为30%、碱度为1.82时效果最佳。
炼钢
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  配加铁矿粉对铁焦微观结构及性能的影响

  张建良，郭 建，王广伟，张路明，徐 涛，郑常乐

  钢铁. 2016, 51(9): 22-29.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160045

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  为了研究在炼焦过程中配加铁矿粉对焦炭性能的影响，在气煤中配加0、5%和10%的铁矿粉炼制铁焦，采用I-型转鼓、差热分析仪、SEM、XRD和光学显微镜对铁焦的强度、反应性、微观结构、微晶结构和光学组织进行研究，并采用Coats-Redfern方法计算气化反应的动力学参数。结果表明，在气煤中配加铁矿粉可以有效提高铁焦的转鼓强度及反应性，随着铁矿粉配比的增加，铁焦的堆垛高度[Lc]值逐渐减小，石墨化程度降低，并且铁焦的气孔逐渐减小，且附着于气孔表面的铁原子密度增大，出现成片含铁区域，焦炭结构中各向同性结构和镶嵌结构减少，残炭结构增多。根据动力学分析可知，配加0、5%和10%的铁矿粉制得的铁焦，其活化能分别为228.4、235.5和256.7 kJ/mol，并且发现表观活化能与指前因子具有动力学补偿作用。
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  重轨钢中MnS析出热力学和动力学分析

  张学伟，张立峰，杨 文，董元篪，李扬洲

  钢铁. 2016, 51(9): 30-39.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160079

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  采用无水有机溶液电解法分离提取重轨钢中的MnS夹杂物，采用扫描电镜观察铸坯内和钢轨中MnS夹杂物的三维形貌，并结合能谱仪分析其成分。铸坯被轧制成钢轨后，相应的MnS夹杂物都沿着轧制方向被轧制成长条状。基于热力学和动力学模型，分析重轨钢中MnS夹杂物析出行为以及在钢液凝固过程中锰元素和硫元素偏析的程度。热力学分析表明，MnS夹杂物在凝固末期凝固分数为0.94时开始析出，其析出量由初始[w([Mn])]和初始[w([S])]决定，且在凝固过程受到冷却速率的影响，对比发现，热力学的计算析出结果与Thermo-Calc和FactSage6.4的计算结果有较好的一致性；动力学分析表明，在钢液凝固过程增加冷却速率，凝固析出的MnS颗粒尺寸将减小。通过调整钢中[w([Mn])]和[w([S])]以及改变冷却速率，可以控制MnS的析出时机和形态，减小其对钢性能的有害影响。
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  炼钢过程底吹气体的冶炼效果对比

  李智峥，朱 荣，刘润藻，王雪亮

  钢铁. 2016, 51(9): 40-45.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150604

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  基于炼钢过程底吹气体热力学及动力学进行分析，研究了底吹氧气、二氧化碳、氩气、氮气的冶炼效果。研究结果发现，氩气或氮气不与熔池元素反应，底吹时熔池温度基本不变，钢中氮质量分数较高；底吹氧气或二氧化碳时，脱碳速率和钢中氮、氢质量分数基本相同，熔池温度升高了162和45 ℃。同时发现，与底吹氧气相比，二氧化碳可减少炼钢烟尘量，炉渣中[w((TFe))]降低2.50%，[w((O))]降低90.2%。
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  外加电场作用下钢液无污染脱氧工艺

  贾吉祥，郭庆涛，廖相巍，李德刚，倪翀奕，彭春霖

  钢铁. 2016, 51(9): 46-50.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160006

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  为了探索不同外加电场及电极对钢液无污染脱氧的影响，基于电化学反应机理设计制作了适用于工业试验的外加电场钢液净化精炼装置，并开展了相应的数值模拟及工业试验研究。研究表明，在熔渣与钢液间施加外加电场，能有效进行电化学脱氧，最快脱氧速率可达0.001 86%/min。任何增大氧离子传质系数和增大渣金反应面积的方法都可增大渣金间氧离子电流，提高脱氧反应速率。此方法是一种全新的绿色、环保洁净钢精炼工艺，具有十分广阔的应用前景。
压力加工
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  六辊冷轧机板形快速预报方法

  王东城，张 威，王志杰，刘宏民，

  钢铁. 2016, 51(9): 51-56.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160017

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  与四辊轧机的板形预报问题相比，六辊轧机的未知量更多，计算速度更慢。为此，将模型耦合法拓展到六辊轧机，建立相关的带材塑性变形模型与辊系弹性变形模型的线性方程组。考虑到板形问题的输入参数中通常并不包含空载辊缝值，根据带材出口平均厚度已知的条件提出一个新的线性方程，将空载辊缝值纳入到未知量中，提高了模型耦合法的适用性。两个计算实例表明，六辊轧机板形快速预报的模型耦合法的计算结果与松弛因子法吻合良好，但可使计算速度提高100倍左右。
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  热轧工艺对不锈钢包覆铁屑复合板性能的影响

  许秀梅 ，解芃芃，肖 宏 ，谢红飙，张少坤

  钢铁. 2016, 51(9): 57-62.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160066

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  为了研究不锈钢与铁屑的复合性能，采用热轧方式，利用金属固态回收理念制备不锈钢包覆铁屑复合板。通过金相显微镜对不锈钢与铁屑的接触界面进行分析，采用剪切试验及拉伸试验对复合板进行性能测试，研究了热轧工艺条件对不锈钢和铁屑复合性能的影响。研究结果显示，较大单道次压下量仍未使两金属复合的原因是大压下量并不能使铁屑间孔洞完全消失，铁屑在宽展方向仍有流动空间。但当单道次压下量较小而累积压下量达到17 mm时，试件剪切强度为225 MPa，已达到国家规定。因此，一定的累积压下量是影响不锈钢与铁屑复合的关键因素之一。在铁屑中添加石墨粉可以改善材料的力学性能，提高轧后试件的抗拉强度和剪切强度，但会降低其伸长率。
钢铁材料
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  中碳钢温变形微观组织演变

  李红斌， ，于恩林

  钢铁. 2016, 51(9): 63-69.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160124

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  利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了不同变形温度（550、600、650、700 ℃）和不同变形速率（0.001、0.01、0.1、1、10 s－1）对热轧态中碳钢温变形过程中变形行为的影响，并结合热加工图探明了在细小晶粒铁素体基体上形成均匀分布细小渗碳体颗粒复相组织的最佳工艺窗口。结果表明，温变形过程中，会发生铁素体再结晶以及渗碳体片层动态球化行为，其微观组织演变对流变应力影响较大；根据绘制的热加工图，温变形的适宜温度区间为630～700 ℃，速率区间为0.30～10和0.001～0.007 s－1，在该工艺区间变形，初始组织转变为细小均匀铁素体基体上分布着细小粒状渗碳体的复相组织。
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  金属薄板的氢扩散试验

  李 杰，杜凤山，梁 阳，吴 硕，谭天宇

  钢铁. 2016, 51(9): 70-75.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160043

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  金属板材氢扩散计算试验选用材料为40Cr及4Cr13轧制板材，运用电化学方法进行氢扩散试验。通过对薄板进行表面处理，且进行预镀镍及镀镍的处理，最终进行氢扩散系数的测定试验，并根据氢扩散试验得到的数据参数进行氢扩散系数的计算，最终得到两种钢的氢扩散系数。氢扩散计算试验适用于各种不同金属材料氢扩散系数的测定，为检测钢在使用过程中氢的积累提供基本参数及计算依据，且对于材料中氢的定量计算起到至关重要的作用。通过对两种材料成分及扩散系数的比较，进一步研究金属中合金元素质量分数对氢在金属中扩散的影响作用。
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  FeSi中铝对不锈钢连铸和热轧板表面缺陷影响

  钱国余，屈志东，成国光，李六一，张建国，李璟宇

  钢铁. 2016, 51(9): 76-81.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160041

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  针对硅脱氧条件下304不锈钢中出现的Al2O3夹杂物和热轧板表面存在分层缺陷的问题，通过对铸坯的大样电解、热轧板取样、扫描电镜检测分析以及FactSage软件计算等方法，主要研究了FeSi合金中残余铝质量分数对Al2O3夹杂物生成的影响，并分析了Al2O3夹杂物对不锈钢连铸和热轧板表面分层缺陷的影响。研究表明，硅脱氧条件下生产的304不锈钢整个冶炼过程中，产生Al2O3夹杂物的主要环节为GOR还原初期含有较高铝质量分数的FeSi合金的脱氧过程。通过FactSage软件计算得到了避免Al2O3生成时FeSi合金中所允许的最大铝质量分数。根据计算结果和现场试验得出以下结论：FeSi合金中的铝质量分数超过1.8%时，钢液中会产生Al2O3夹杂物，Al2O3进入具有较高碱度的结晶器保护渣熔渣层造成局部保护渣黏度和熔化温度快速增加形成块状的夹杂物，这些夹杂物被卷入钢液内部或者被新生铸坯表面捕捉，从而造成热轧过程中轧板的表面分层缺陷形成。当FeSi合金中的铝质量分数小于1.5%时，钢液中难以产生Al2O3类夹杂物，有效抑制了这类表面缺陷的产生。
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  1Cr17Ni1双相不锈钢的热变形行为及其热加工图

  梁剑雄，雍岐龙，张 良，王长军

  钢铁. 2016, 51(9): 82-89.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160024

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  运用Gleeble-3800热模拟试验机研究了1Cr17Ni1马氏体-铁素体双相不锈钢在变形温度为950～1 150 ℃、应变速率为0.1～10 s－1条件下的热压缩变形行为。运用双曲正弦函数构建了本构方程，得到了表观激活能为391.586 kJ/mol，并基于动态材料模型绘制了1Cr17Ni1钢不同应变量下的热加工图。观察变形后的组织形貌得到较低温度下发生动态回复与动态再结晶，较高温度只发生动态回复，综合热加工图与变形后组织得到最佳热变形工艺：热加工温度范围为950～1 000 ℃、热加工变形速率范围为0.1～0.3和5～10 s－1。
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  轧后穿水对20CrMnTiH组织和硬度影响的热模拟试验

  柳洋波，佟 倩，孙齐松，晁月林

  钢铁. 2016, 51(9): 90-95.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160054

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  降低热轧棒材的硬度有利于下游用户的加工。试验利用热模拟试验机研究终轧温度、轧后穿水以及冷床冷速对小规格20CrMnTiH钢棒材的组织比例和硬度的影响。在轧后不穿水的情况下，终轧温度越低或者冷速越慢，轧材的铁素体体积分数越高，贝氏体体积分数越低，轧材的硬度也越低。轧后穿水能明显提高轧材的铁素体比例，降低贝氏体比例，从而大幅降低轧材的硬度。穿水轧材硬度小于217HBW，满足退火或高温回火材的硬度要求。
环保与能源
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  超滤技术在冷轧浓油废水处理中的应用

  金玉涛，王文刚，温 燕

  钢铁. 2016, 51(9): 96-99.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160173

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  冷轧废水属于冶金污废水中处理难度最高的一类废水，水质成分复杂、浓度高、性质稳定难于降解且变化显著，特别是其中的浓油废水的高含油以及复杂多变的污染成分特质，需要采用具有突出针对性的工艺以实现达标处理，进而促成冶金过程的绿色发展。介绍了超滤除油技术应用于某冷轧厂浓油乳化液废水处理，采用无极陶瓷超滤进行除油处理，借助超滤循环，将浓油废水含油率降低，为后续处理稳定了水质，超滤产水含油在20 mg/L，油去除率大于96%，运行周期可达10天，整体效果较好。同时，对系统的运行控制、化学清洗和膜污染防治进行了研究。经过实际摸索，找出有针对性的运行控制参数与膜污染防治措施，进而实现超滤在冷轧浓油废水中的稳定运行，应用效果优良。