2017年, 第52卷, 第1期　刊出日期：2017-01-15

  

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综合论述
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  唐钢智能制造的信息化架构设计

  于 勇

  钢铁. 2017, 52(1): 1-6.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160463

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  钢铁工业是国民经济的重要基础产业，要实现其可持续协调发展，需要加快实现自动化、数字化、智能化制造进程。以唐钢信息化架构设计为切入点，以面向未来智能制造为出发点，建立了新型钢铁企业信息自动化架构体系。以一贯制质量设计及一体化产销计划的实现为主线，对一二级系统实施全公司范围的建设和改造，在三四级之间新建设三点五级系统——公司级高级计划排程系统、公司级订单设计系统、公司级质量管理系统；新建二点五级工厂数据库系统，搭建智能工厂的数据基石。实现体系内一至五级的纵向全线贯通，引领企业实现转型升级，为企业智能制造打下基础。
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  直接还原铁生产技术的现状及展望

  沈峰满，姜 鑫，高强健，魏 国，郑海燕

  钢铁. 2017, 52(1): 7-12.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160410

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  分析了世界及中国直接还原铁的技术现状。直接还原工艺可以摆脱焦煤资源短缺的束缚，降低CO2排放，促进资源综合利用，且高品质的直接还原铁是生产洁净钢不可缺少的原材料，是钢铁工业发展不可缺少的组成部分。随着铁矿精选技术、煤制气技术的成熟，从及气基竖炉生产规模的不断增大，煤制气→竖炉将成为中国主要的直接还原生产工艺。高温高料层PSH工艺应当具有良好的应用前景。回转窑、隧道窑等工艺在特定地区可适当发展，但不会成为直接还原铁生产的主流。
原料与炼铁
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  响应曲面法优化内配兰炭赤铁矿球团焙烧工艺

  杨双平，张攀辉，郭拴全，王 苗

  钢铁. 2017, 52(1): 13-18.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160225

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  为了有效解决赤铁矿球团焙烧能耗高的难题，对赤铁矿球团进行内配兰炭处理并利用响应曲面法对球团焙烧工艺进行了优化试验研究。通过单因素试验确定主要影响因素和水平，对内配兰炭赤铁矿球团各影响因素进行Box-Behnken设计，建立了用于球团抗压强度预测的多元回归模型，并对焙烧温度、焙烧时间、空气流量、兰炭配比以及它们之间的交互作用进行了研究和优化。得到最佳焙烧工艺，焙烧温度为1 292 ℃，焙烧时间为18.5 min，空气流量为3.2 L/min，兰炭配比为1.5%。最佳条件下的内配兰炭赤铁矿球团抗压强度为2 578.3 N，与响应目标值2 500 N相近，相对误差仅为3.13%，表明响应曲面法预测模型具有准确性和可靠性。
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  基于摩擦功原理的高炉布料溜槽磨损分析

  马财生，任廷志

  钢铁. 2017, 52(1): 19-26.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160240

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  针对溜槽磨损影响无钟高炉生产的问题，建立了基于摩擦功原理的布料溜槽磨损数学模型，用于预测溜槽磨损形貌，指导溜槽的设计和使用。根据摩擦功原理，推导了溜槽磨损的计算公式，并通过炉料在溜槽内的运动分析，确定了磨损公式中的参数，试验验证了模型的准确性，并利用模型深入分析了溜槽结构参数和布料工艺参数对溜槽磨损的影响。结果表明，为减小溜槽磨损，在溜槽设计和使用过程中，应降低料流调节阀至溜槽的高度，设计溜槽内径略大于中心喉管直径，合理延长单次布料时间，并通过适度延长溜槽长度减小布料溜槽倾角。
炼钢
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  带过滤器中间包流场的数学物理模拟和应用

  赵丹婷，刘爱强，仇圣桃，赖朝彬

  钢铁. 2017, 52(1): 27-31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160209

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  为了研究过滤器通道对中间包内流场的影响，通过数学和物理模拟对不同控流方式的两流板坯连铸中间包的钢液流动及传热进行研究，分析了过滤器对中间包流场的影响。结果表明，原方案中间包采用湍流控制器＋挡墙、挡坝的控流方式，活塞区体积比例为26.33%，死区体积比例为17.94%；用过滤器代替挡坝后优化效果显著，钢液的实际平均停留时间由原来的243.68延长至262.50 s，死区体积比例由17.94%减小至9.11%，过滤器加入后出口处温度仅比原方案出口温度降低了2 ℃，且安装简单，成本低。现场试验发现，10个炉次后过滤器通道处共吸附夹杂物19 kg，这说明中间包钢液中夹杂物减少，有利于改善铸坯质量。
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  基于单渣法的转炉适宜渣料冶炼

  吴 龙，石昌民，李 晶，许中波，韩 啸，姚永宽

  钢铁. 2017, 52(1): 32-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160226

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  为了进一步降低炼钢成本，南京钢铁股份有限公司100 t复吹转炉，基于单渣法操作，依托现有造渣料，通过转炉磷收支平衡和脱磷热力学计算，得出转炉脱磷所需的最小渣量，在单渣法终渣热态返回利用的基础上，探索出成本最低的适宜渣料冶炼技术，实现了石灰吨钢消耗降低42.4%，白云石吨钢消耗降低12%，石灰石吨钢消耗增加34.3%，吨钢成本降低4.64元/t。
压力加工
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  极薄带轧制变形区轧辊压扁试验与有限元模拟

  肖 宏，任忠凯，刘 晓，余 超，顾勇飞

  钢铁. 2017, 52(1): 38-42.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160204

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  极薄带在轧制及平整过程中，工作辊的弹性压扁对轧制压力的分布有很大影响，传统的轧制力模型已经不再适用。为了在极薄带板形板厚控制过程中得到准确的轧制力，Fleck提出了新的轧辊压扁模型。针对Fleck模型进行试验研究，同时进行有限元模拟分析。试验过程中使用合金工具钢轧辊，轧制不同厚度的轧件，通过显微镜测量变形区各部位的厚度，得到变形区轧辊的近似轮廓形状。试验与有限元模拟结果表明，随着轧件厚度的减小，变形区出现了明显的中性区，但是很难出现Fleck模型中提到的弹性卸载区，因此计算极薄带轧制力时可以忽略中性区内的弹性卸载区以简化轧制力模型。
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  六辊冷连轧机中间辊横移过程辊间接触压力分析

  陈 剑，黄 涛，李友荣，熊 勇

  钢铁. 2017, 52(1): 43-46.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160259

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  为了使轧机板形控制性能适应带钢规格材质变化，用于连续轧制高档冷轧薄带钢的六辊冷连轧机大都采取中间辊可横移技术。但是，中间辊横移必定使辊间接触压力分布更不均匀，导致出现接触压力尖峰。在中间辊横移过程中，辊间接触压力和横移阻力都会随横移速度的变化而发生改变，并可能导致辊间接触压力在轧辊端部形成更大的压力尖峰，从而造成轧辊磨损不均匀并缩短轧辊的使用周期。通过建立有限元仿真模型，以仿真模拟获得中间辊横移过程中辊间接触压力的变化规律后，优化设计轧辊辊形，并且提出使用非对称弯辊力的方法，实现了辊间接触压力的分布均匀化，降低了辊间接触压力尖峰值，并延长了轧辊的使用寿命。
钢铁材料
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  X80钢孔洞体胞模型及孔洞演化数值分析

  师静蕊，邱保文， ，袁泽喜，沈冬冬

  钢铁. 2017, 52(1): 47-52.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160237

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  采用扫描电镜和图像分析对高强韧X80管线钢的拉伸断口特征进行观察以及统计分析，根据断口特征参数设计孔洞体胞模型，并应用有限元数值模拟计算研究孔洞扩张比的演化规律。结果表明，在低应力三轴度的条件下，随着等效应变的增加，夹杂物导致的孔洞体积扩张比也不断缓慢增加，等效应变与孔洞体积扩张比的自然对数成正比，线性关系吻合良好，在后期高应力作用下应考虑M-A岛二次形核形成的孔洞片导致韧性断裂。在任何加载的条件下，对于高的应力三轴度，有限元数值模拟计算孔洞扩张比的演化规律与传统的[R-][T]模型有较大的差异，夹杂物导致的孔洞体积扩张比迅速增加，最终由孔洞间韧带颈缩引起韧性断裂。
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  国内外高氮马氏体不锈轴承钢研究现状与发展

  徐海峰，曹文全，俞 峰， 许 达，李 箭

  钢铁. 2017, 52(1): 53-63.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160224

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  高碳铬不锈钢是应用最为广泛的不锈轴承钢，其具有较高的硬度和一定的耐蚀性，然而较高的碳、铬质量分数导致粗大碳化物的出现，轴承钢的疲劳和耐蚀性能将受到损害。相比之下，钢中添加氮元素能够减少粗大共晶碳化物的数量，同时析出大量细小的氮化物及碳氮化物，氮代碳既强化基体又改善耐蚀性，从而获得高强度与良好耐蚀性。介绍了含氮轴承钢及含氮马氏体轴承钢的发展历程，分析了不锈轴承钢中氮元素对组织结构、力学性能和耐蚀性能的作用机理；介绍国内外含氮轴承钢的研究现状并指出了含氮轴承钢研究的不足，需要在氮溶解模型、氮对组织演变及耐蚀机制等方面进行基础理论研究，同时不断研发不同系列的含氮马氏体轴承钢。
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  湿热海洋大气中SO2污染对Q235B钢腐蚀行为的影响

  李东亮，付贵勤，朱苗勇，张贺佳

  钢铁. 2017, 52(1): 64-70.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160215

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  以NaCl和NaHSO3为介质，采用干/湿周浸加速腐蚀试验、腐蚀失重分析、XRD、SEM等，研究了湿热海洋大气中SO2对Q235B钢腐蚀行为的影响。结果表明，SO2污染使Q235B钢的腐蚀明显加重。污染前后，Q235B钢的腐蚀过程均遵循幂函数[W＝Atn]的分布规律，腐蚀产物均由非晶和少量Fe3O4、α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH晶体组成，但参数[A、][n]值和晶体数量并不相同。Cl－和SO2在腐蚀过程中具有协同作用，但作用机理不同。Cl－会阻止腐蚀产物吸附，并促使其脱落，进而阻止保护性锈层形成；而SO2在酸化过程中会与钢基体和锈层反应，进而破坏锈层结构，加剧钢的腐蚀。SO2还能抑制β-FeOOH并促进α-FeOOH的生成，进而抑制Cl－的破坏作用并改善锈层的稳定性；但随锈层增厚，SO2的抑制作用减弱，内锈层随之变疏松。
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  70Si3MnCrMo钢中贝氏体及其回火稳定性

  赵佳莉，张福成，于宝东，刘 辉

  钢铁. 2017, 52(1): 71-80.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160212

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  对一种新型70Si3MnCrMo钢进行了等温和连续冷却贝氏体相变热处理。利用拉伸和冲击试验研究试验钢的力学行为，利用XRD、SEM和TEM等方法对试验钢进行了相组成分析和微观组织形貌观察。研究结果表明，试验钢经等温贝氏体相变，其最佳综合力学性能出现在200 ℃回火，强塑积为26.4 GPa·%。经连续冷却贝氏体相变，其最佳综合力学性能出现在300 ℃回火，强塑积达到28.6 GPa·%。回火温度较低的情况下，热处理后的组织为由贝氏体铁素体和残余奥氏体组成的无碳化物贝氏体组织，这种无碳化物贝氏体由超细贝氏体铁素体板条而获得超高强度，由一定量的高碳残余奥氏体来保证较高的塑性和韧性。试验钢经连续冷却贝氏体相变，其贝氏体铁素体板条中出现了超细亚单元，并且残余奥氏体呈薄膜状和小块状两种形态分布于贝氏体铁素体板条之间，这两种形态残余奥氏体的稳定性不同。拉伸试样在变形过程中残余奥氏体持续发生TRIP效应，直至全部残余奥氏体都发生转变生成应变诱发马氏体，从而使钢得到更好的强、塑性配合，表现出十分优异的综合性能。
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  780 MPa级双相钢条状色差缺陷成因及改善措施

  张亮亮，李 研，于 洋，高小丽，孙超凡，齐 达

  钢铁. 2017, 52(1): 81-86.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160200

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  针对780 MPa级双相钢表面存在严重的条状色差缺陷，从微观特征方面进行系统研究。采用SEM及EPMA分析手段研究缺陷表面情况，结果表明，缺陷处微观形貌呈粗糙破碎状，破碎的密集程度和缺陷的严重程度正相关；能谱和电子探针证明，破碎处只存在轻微氧化。应用辉光手段分析表层富集情况，色差严重程度与硅、锰等元素富集峰值距表层深度密切相关，结合热轧截面分析富集现象在热轧以橄榄石相的形式存在，宏观表现为条状红铁皮，该铁皮经过酸洗后难以除尽，在后续冷轧时不同区域表层元素富集深度及破碎密集程度存在差异，表现为连退板表面的条状色差缺陷。在此研究基础上优化热轧和冷轧生产控制方案，最终有效降低或消除了连退板表面条状色差缺陷。
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  600 MPa级热轧双相钢组织与性能优化分析

  刘学伟，赵 楠

  钢铁. 2017, 52(1): 87-91.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160192

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  通过热轧厂实际生产试制，研究了钛、铌微合金元素对600 MPa级低成本低温卷取型铁素体/马氏体双相钢组织和性能的影响，并与同强度级别中温卷取双相钢进行对比。研究结果表明，沿晶界分布的纳米级（Nb，Ti）C第二相显著细化了铁素体/马氏体两相组织，由此解决了不含钛、铌元素的低温卷取双相钢马氏体岛粗大的问题，提高其强度和塑性。此外，试制生产对比发现，中温卷取双相钢存在晶粒尺寸较粗，马氏体体积分数较少，强度相对略低等特征，并提出了相应的热轧工艺改进思路。
装备技术
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  高速压电板形仪工业化测试平台及其试验

  杜凤山 ，燕 猛 ，黄华贵 ，陈恩平，武晓斌

  钢铁. 2017, 52(1): 92-97.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160187

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  为提高高速压电板形仪的在线检测精度及可靠性，研究张力分布方式、速度制度及载荷特性等对板形检测信号的影响，研制了一套高速压电板形仪工业化综合测试平台（简称“ICP-ITS”）。该平台可实现板形仪的精确动态标定和误差测试分析，保证了板形信号的准确性。在此基础上，采用带钢驱动和轴向移动式压轮张力调节机构，模拟板形检测工业现场，实现了不同浪形的物理模拟和板形信号检测。试验结果表明，该平台能提高板形仪的检测精度，缩短板形仪的标定上线周期，对促进板形仪的工业化应用具有重要的现实意义。
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  精整机组带钢边部修磨装置的设计

  白振华，刘亚星，刘 丰，王 瑞，钱 承，杜江城

  钢铁. 2017, 52(1): 98-105.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160172

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  针对精整机组带钢切边后边部撕裂区容易出现“毛刺”缺陷的问题，充分结合圆盘剪设备与剪切工艺的特点，通过大量的现场试验跟踪与理论研究，设计出了一套适合于精整机组的带钢边部修磨装置。经过现场使用，效果良好，有效地解决了带钢边部撕裂区的“毛刺”问题，在不改变精整机组生产设备及工艺的前提下，大大提高了产品边部质量，给机组创造了较大的经济效益，具有进一步推广应用的价值。