2017年, 第52卷, 第9期　刊出日期：2017-09-15

  

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综合论述
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  镍基高温合金生产用原材料有害杂质的控制

  姜周华，张新法，刘福斌，龚 伟

  钢铁. 2017, 52(9): 1-10.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170169

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  航空发动机推重比不断增大、涡轮进口温度不断提高，对优质镍基高温合金热端零部件的综合性能提出了更高的要求。合金材料的质量取决于化学组成和铸态组织结构，这就要求高温合金生产必须首先严格控制合金成分和降低有害元素的质量分数。实际生产中，残留在镍基高温合金中的有害杂质铅、锡、砷、锑、铋、硒以及氧、氮、硫等采用一般精炼技术很难去除，合金材料的洁净度很大程度上取决于原材料的洁净度。随着中国高温合金生产企业设备和工艺水平的提高，原材料的有害杂质质量分数已成为限制优质高温合金稳定生产的瓶颈。基于对原材料中有害元素来源的分析，提出从矿源选择、原料金属提取和精炼、废旧合金的净化利用及炉料入炉前的处理等途径对原材料质量进行综合控制。
原料与炼铁
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  基于BP神经网络的烧结矿性能预报模型

  赵路朋，吴 铿，朱 利，陈小敏，秦喧柯

  钢铁. 2017, 52(9): 11-15.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170031

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  为解决烧结矿预报模型中未考虑铁矿粉高温基础特性的情况，在预报模型中添加了反应铁矿粉高温性能的同化反应特征数，即流动性特征数。采用BP神经网络建立烧结矿性能预报模型。选择影响高炉生产的烧结矿指标作为输出，分析影响这些指标的烧结操作制度，铁矿粉的高温、物化特性作为输入；通过BP神经网络建立预测模型，并对BP神经网络的算法进行优化。预报模型采用8-17-4的BP神经网络结构，经过训练后，预测精度达到85%以上，具有很好的准确性和自适应性。
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  核矿石对低钛型钒钛磁铁精粉烧结制粒的影响

  张建良，刘东辉，刘 浩，刘征建，王广伟，王耀祖

  钢铁. 2017, 52(9): 16-21.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170122

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  为了改善低钛型钒钛磁铁精粉的制粒性能，研究了核矿石对低钛型钒钛磁铁精粉烧结制粒行为的影响。研究结果表明，低钛型钒钛磁铁精粉粒度粗，比表面积小，形貌主要为光滑的不规则形状和片状，颗粒间黏附力弱，不利于烧结混合料制粒；低钛型钒钛磁铁精粉的颗粒长大指数和均匀性指数的指标较好，制粒效率和制粒后准颗粒小球的均匀程度不是低钛型钒钛磁铁精粉制粒的限制性环节，核矿石种类对颗粒长大指数和均匀性指数的影响较小。相对普通矿粉而言，低钛型钒钛磁铁精粉制粒后准颗粒小球的抗热粉化指数较低，破损指数较高；不同核矿石条件下，准颗粒小球的抗粉化指数和破损指数差异均较大；褐铁矿作为核矿石时，制粒后准颗粒小球抵抗外力冲击和热气流冲击的能力最强，赤铁矿次之，烧结返矿最差。综合分析核矿石对低钛型钒钛磁铁精粉烧结混合料制粒的影响，核矿石的优选顺序为褐铁矿、赤铁矿和烧结返矿。
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  氧化铁气基还原过程的气体氧化动力学

  郭培民，赵 沛，王 磊，孔令兵

  钢铁. 2017, 52(9): 22-26.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170105

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  为了研究氧化铁气基还原过程的气体氧化过程，给出了气基还原单个/单层氧化铁颗粒（球团）的气体利用率计算公式，并建立了氧化铁还原及还原气体氧化的耦合动力学模型。结合氢气还原单颗粒氧化铁以及氧化铁固定床、流化床还原试验得出，在还原分数较低时，气体利用率较高，但是随着还原分数的提高，气体利用率不断下降、还原时间明显延长。缩小颗粒粒度、提高反应速率常数（温度、优质还原剂、催化剂等）等措施有利于提高还原分数和气体利用率；单纯提高气体速度（增加气矿比），有利于提高还原分数，但是使气体利用率降低。
炼钢
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  碲处理控制Y15易切削钢中MnS夹杂物形貌

  张 硕，杨树峰，李京社，王林珠

  钢铁. 2017, 52(9): 27-33.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170014

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  为了研究碲对钢中MnS夹杂物形貌的影响，针对Y15高硫易切削钢，利用SEM-EDS扫面电镜，结合FactSage热力学计算，分析了不同碲质量分数对钢中MnS夹杂物形貌、尺寸、长宽比的影响，同时探讨了稀散金属碲对MnS夹杂物形貌控制的机理。研究结果表明，钢液中加碲后，在MnS夹杂物的外环形成了碲、锰、铁的复合相。钢中加碲后MnS夹杂物的形貌和分布大幅度改变，当碲硫比为0.05时，链状MnS夹杂物大幅度减少，球状MnS夹杂物数量增加；当碲硫比增加到0.2时，链状MnS夹杂物基本消失；当碲硫比增加到0.5时，MnS夹杂物形貌的变化不再明显。钢中加碲显著降低了MnS夹杂物的长宽比，控制MnS夹杂物长宽比最合适的碲硫比为0.2。FactSage计算结果表明，MnTe的生成温度为1 900 ℃，在MnS的析出温度下，MnTe是作为液态夹杂物存在的。在凝固过程中，MnTe和MnS发生固溶现象，由于MnTe为液态，两者形成的固溶体会趋于球形生长。
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  轴承钢精炼中大型夹杂物来源的示踪

  刘 浏，范建文，王 品，王 乐

  钢铁. 2017, 52(9): 34-41.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160571

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  为了控制轴承钢中大型夹杂物，采用在LF精炼初渣中添加示踪剂的方法， 确定轴承钢大型夹杂物的来源。 初期脱氧夹杂一直悬浮在钢中，未与炉渣接触，不含BaO成分，在钢中残留量占全部氧化物夹杂的10%～15%；内生夹杂由渣钢反应生成，随精炼进行，含BaO夹杂的比例升高。无渣冶炼如RH可抑制该类夹杂生成，在钢中残留量约占25%～40%；卷渣夹杂由钢渣搅动生成，绝大多数含有BaO成分，随精炼进行尺寸逐渐减小，残留在钢中的比例约占50%～60%。因此，降低钢中大型夹杂物的技术措施是严格控制脱氧前钢水的氧活度[aO，]降低[w(T[O])；]尽可能避免或减弱渣钢反应强度，或降低精炼渣的还原势；优化钢水搅拌强度，减少卷渣并促进微细夹杂物聚合上浮。
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  板坯连铸结晶器液面的周期性瞬态特征

  邓小旋，季晨曦，何文远，杨春宝，罗衍昭，黄财德

  钢铁. 2017, 52(9): 42-47.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170064

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  采用1[∶]1水模型和工业试验研究了常规板坯连铸结晶器液面的瞬态特征。研究发现，常规板坯结晶器液面存在“周期性畸变”。该现象表现在液面每隔20～30 s出现约5 s的畸变。畸变期间窄面处液面凸起，宽度1/4处液面凹陷且表面流速达到极大值，易导致卷渣。定义上次液面畸变结束到本次畸变结束时间为畸变周期。水模型结果显示，提高拉速畸变周期减小，而提高水口浸入深度与倾角液面畸变周期增大，但改变这些参数不能消除周期性畸变。对液面畸变周期的影响程度为：水口倾角>拉速>水口浸入深度。工业试验也证实液面周期性畸变的确存在。适当增大水口倾角有利于减少液面周期性畸变导致的卷渣。
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  连铸保护渣对20Mn23AlV铸坯表面微裂纹的影响

  李建民，，姜茂发，

  钢铁. 2017, 52(9): 48-53.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170233

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  针对太钢采用连铸工艺并使用低碱度保护渣生产高锰钢20Mn23AlV铸坯表面存在的微裂纹问题，通过现场取样、渣-金反应等试验，结合金相显微镜、扫描电镜和能谱分析等手段系统研究了表面裂纹的特征和形成过程，在此基础上研究了现有低碱度保护渣在使用前后的成分变化、熔点、黏度和传热等指标的变化情况。结果表明，生产过程中低碱度保护渣中的SiO2被钢液中的铝还原，导致液态渣成分发生变化，从而影响了坯壳与结晶器铜板之间的润滑和传热等性能，导致了高锰钢20Mn23AlV铸坯表面微裂纹缺陷。连铸生产钢液中含有强还原性元素（铝）时，应采用低SiO2质量分数的连铸保护渣，以减少高锰钢连铸坯表面微裂纹的产生，提高铸坯表面质量，实现高锰钢连铸生产顺行。
压力加工
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  热轧带钢平整机工作辊磨损规律

  宋光义，杨 荃，王晓晨，张喜榜，王凤美，王秋娜

  钢铁. 2017, 52(9): 54-59.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170081

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  由于工艺和结构的特殊性，带钢热轧平整机的工作辊磨损演变规律与热连轧过程有显著差别。然而，目前对工作辊磨损的研究主要集中在热轧，对热轧平整机磨损演变规律的研究较少。为此，从热轧平整机工作辊的磨损特点出发，结合现场大量实测磨损数据，分析磨损的形成与发展机理。通过ABAQUS有限元仿真分析软件建立单机架四辊热轧平整机的辊系-轧件耦合计算模型，揭示不同磨损阶段工作辊接触应力对磨损演变的作用规律。通过与某厂1 580 mm热轧平整机的实际数据对比，结果表明，工作辊磨损演变规律能够准确地反映实际生产过程的磨损情况，为热轧平整机轧辊磨损理论的发展与磨损预报模型的进一步优化奠定了基础。
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  道次间冷却对厚板控制轧制变形行为的影响

  王丙兴，熊 磊，张 田，王昭东，王国栋

  钢铁. 2017, 52(9): 60-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170104

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  厚规格钢板轧制中低压缩比难以消除连铸坯心部缺陷，容易引起厚规格钢板性能波动。采用数值模拟和试验研究相结合的方法，详细分析了道次间强冷却工艺对厚规格板坯温度变化和轧制变形的影响规律。结果表明，采用道次间强制水冷的方式进行“温控-形变”耦合控制，可以有效提高厚规格钢板心部变形量，改善内部质量。对比分析可知，高温粗轧阶段采用道次间冷却对钢板心部变形影响较大；精轧阶段进行道次间冷却，对钢板心部变形影响相对较小，同时将显著提升道次轧制力。
钢铁材料
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  核岛用P280GH碳锰钢热老化的组织和性能

  于 辉，翟建伟，张超凡，刘帅帅，刘利刚

  钢铁. 2017, 52(9): 66-72.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170089

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  P280GH碳锰钢用于制造压水堆核电站核岛蒸汽系统和辅助系统管道，其在280～350 ℃的长时服役过程中易于出现老化现象。为了研究其热老化机理，在400 ℃温度下进行了P280GH碳锰钢的10 000 h的加速热老化试验。测定了不同老化时间下铁素体和珠光体的显微硬度、试样拉伸性能和冲击性能。结果表明，铁素体和珠光体的显微硬度随老化时间的增长而逐渐减小；老化时间少于300 h时，拉伸强度和屈服强度随老化时间增长而增加，老化时间大于300 h后，抗拉强度逐步降低，屈服强度缓慢降低；冲击吸收功随老化时间的增加而减小。上述力学性能变化与热老化过程中的珠光体形貌变化及铁素体中的位错移动有关。
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  CLAM钢的高温蠕变行为

  叶 帅，赵 飞，黄 芳，何 婧，王稼林

  钢铁. 2017, 52(9): 73-78.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170113

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  为了保证CLAM钢在服役条件下的安全性，避免蠕变对设备造成破坏，对CLAM钢的蠕变行为进行了研究。首先，在高温持久蠕变试验机上对CLAM钢进行蠕变试验，绘制了蠕变曲线并讨论了CLAM钢在试验条件下的蠕变变形机制，结果表明，CLAM钢具有很强的温度敏感性，第二相粒子强化机制为主要蠕变机制；其次，采用双对数等温线外推法和Larson-Miller参数法对CLAM钢的蠕变寿命进行了预测，确定了两种蠕变寿命预测模型；最后，比较了两种蠕变寿命预测模型的精度，结果显示，Larson-Miller参数法的外推精度更高，更能反映实际情况。
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  回火温度对F/B结构钢组织及性能的影响

  黄乐庆，王彦锋，狄国标，杨永达，韩承良

  钢铁. 2017, 52(9): 79-83.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170059

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  为研究回火温度对F/B结构钢力学性能的影响，利用力学性能测试、光学显微镜、透射电镜等方法，研究了回火温度对控轧＋弛豫＋控冷工艺生产的420 MPa级结构钢组织及力学性能的影响。研究结果表明，回火过程中F/B钢两相比例未发生变化，随着回火温度的升高，M-A岛发生了分解且F晶粒长大；同时，钢板的屈服强度上升明显，但抗拉强度变化较小，由此带来屈强比由0.80升至0.88，为回火过程中组织的回复、F晶粒长大、析出以及位错的相互作用综合影响的结果。结合去应力目的及满足屈强比技术条件的要求，推荐的回火工艺为：（400±10） ℃， （2×厚度）min。
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  15Cr14Co12Mo5Ni2齿轮钢的扭转疲劳特性及裂纹扩展行为

  李新宇，杨卯生，周晓龙，郭 军，

  钢铁. 2017, 52(9): 84-91.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170087

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  通过扭转疲劳试验，研究了15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳断裂的裂纹扩展行为和夹杂物尺寸与扭转疲劳寿命之间的关系。得到了钢的扭转疲劳极限强度和[τ-N]曲线，15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳极限强度为350 MPa，扭转疲劳寿命分散度较大。通过断口观察，发现15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳破坏模式以表面破坏和近表面破坏为主，主要由氧化物夹杂引起。通过计算应力强度因子[ΔK]和裂纹扩展门槛值[ΔKth]分析15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳裂纹扩展的断裂力学条件，试验钢在断裂过程中受载荷情况为，II型载荷—I型载荷—II型载荷—I＋II型载荷，分别对应起裂源区、纤维区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区；当有大裂纹产生时，则不会产生纤维区，受载荷情况则为：II型载荷—I＋II型载荷。通过公式推导和数据拟合得到夹杂物尺寸和15Cr14Co12Mo5Ni2钢扭转疲劳寿命的关系，发现随着夹杂物尺寸减小，钢的[τ-N]曲线向高寿命区移动。当引起裂纹萌生的夹杂物尺寸小于5 μm时，在350 MPa应力下，15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳寿命超过107循环周次。
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  淬火温度对30Cr15Mo1N高氮轴承钢组织和性能的影响

  冯 浩，姜周华，李花兵，韩 宇，罗 毅，丁 伟

  钢铁. 2017, 52(9): 92-98.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170070

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  利用金相显微镜、扫描电镜、Thermo-Calc热力学软件、洛氏硬度仪和冲击试验机等研究了淬火温度对高氮轴承钢30Cr15Mo1N组织和力学性能的影响规律。结果表明，随着淬火温度升高，钢中析出相（M23C6和M2N）逐渐溶解，基体中元素分布趋于均匀。在淬火温度低于1 050 ℃时，原始奥氏体晶粒未明显长大，高于1 050 ℃后晶粒急剧长大。随着淬火温度的升高，硬度先升高后降低，在1 000 ℃淬火后硬度最高。经低温处理后，30Cr15Mo1N的硬度明显提高，且并未发生显著降低。在900 ℃淬火后高氮轴承钢30Cr15Mo1N的冲击韧性最佳，而1 000及1 100 ℃淬火后韧性大幅度降低。
环保与能源
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  高炉熔渣直接调质改性制备矿棉纤维中试实践

  李 军，张玲玲，赵贵州，苍大强

  钢铁. 2017, 52(9): 99-103.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170111

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  高炉熔渣从渣沟经分流后直接进入补热电炉中，同步加入硅质料等作为调质改性剂，并用补热电炉对调质改性后的熔渣进行熔化和补热，控制熔渣的出口温度为1 400～1 500 ℃，熔渣的黏度适宜，流动性好，满足制备矿棉纤维的要求。熔渣经高速离心法离心成纤后加工成集防火、绝热和吸音为一体的矿棉纤维产品，纤维的平均渣球质量分数4.7 %，纤维平均直径5.5 μm，含水率0.2%，均满足国家标准的要求，产品能耗和成本较传统的冲天炉工艺下降40%～60%。高炉熔渣直接调质改性制备矿棉纤维的新工艺解决了高炉熔渣高附加值直接利用的技术难题，为高炉熔渣资源化高附加值利用拓展了新的方向。
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  TiO2对京唐高炉渣性能的影响及热力学分析

  许仁泽，张建良，张贺顺，刘长江，范筱玥，王志宇

  钢铁. 2017, 52(9): 104-108.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160536

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  为明确TiO2对京唐炉渣性能的影响机理，基于京唐高炉渣的实际成分，通过黏度试验研究了TiO2对炉渣黏度及熔化性温度的影响；同时利用FactSage热力学软件，计算了不同TiO2质量分数炉渣的活度、熔化温度，液相区以及炉渣从1 500冷却到1 000 ℃时的物相变化。试验结果表明，炉渣的黏度和熔化性温度随着渣中TiO2质量分数的增加而降低。FactSage计算表明，炉渣中TiO2活度增大，炉渣的黏度随之减小；TiO2增多有利于降低炉渣的熔化温度和扩大液相区，但当[w(TiO2)]由4.2%变化到5.6%时，炉渣的液相区反而在CaO区域缩小；炉渣结晶相的变化表明渣中TiO2不宜过多，否则在高温时就容易生成钙钛矿相，从而增大炉渣的黏度，不利于高炉顺行。为满足京唐高炉冶炼对炉渣性能的要求及护炉的需要，炉渣中[w(TiO2)]应控制在5.0%以内。