2020年, 第55卷, 第6期　刊出日期：2020-06-15

  

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专家论坛
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  人工智能推动冶金工业变革

  刘玠

  钢铁. 2020, 55(6): 1-7.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200191

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  人工智能问世以来,获得了科学家和公众的广泛关注。随着计算机、数据和算法的更新升级,人工智能不断发展,在各行各业得到了广泛的应用。根据冶金工业的特点和主要生产流程,在冶金工业信息化基础架构的基础上,通过人工智能可以实现冶金工业的精准管理与控制。改造方面包括建设冶金人工智能生态环境,改造和完善工业互联网,数据的收集、筛选、积累、分析及数据云的建设,冶金工业数字化仪表的创新与应用,冶金工业人工智能建模及算法研究,无人车间和机器人的使用等。指出了人工智能在冶金工业改造中存在的问题。提出了实现冶金工业改造最根本的是要创造人工智能的生态环境,注重人工智能基础理论的研究和专业人才的培养,实现跨界合作、产学研相结合,在基础理论和科学知识下更有效地选取和积累数据,推进应用领域的开发,推动冶金工业的变革。
综合论述
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  中国废钢资源发展战略研究

  上官方钦, 郦秀萍, 周继程, 王方杰, 卜庆才, 张春霞

  钢铁. 2020, 55(6): 8-14.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190427

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  为提高中国钢铁工业的废钢比,推动钢铁工业的绿色发展,分析了中国废钢资源的概况、废钢行业技术发展现状和钢铁工业废钢利用的现状,并对中国未来废钢资源量进行预测。在此基础上,针对中国废钢资源的发展提出了3条战略判断和6条政策建议。
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  钢包内衬用耐火材料对钢中非金属夹杂物的影响

  侯新梅, 刘云松, 王恩会

  钢铁. 2020, 55(6): 15-24.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200122

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  炉外精炼是炼钢流程中控制钢中非金属夹杂物的重要转折点,作为整个精炼过程中与钢液实时接触的钢包内衬用耐火材料,因为高温物理化学反应易向钢中引入夹杂物,导致精炼效果达不到预期。通过对典型现役钢包内衬用耐火材料与不同脱氧钢之间的界面反应归纳发现,钢包内衬用耐火材料会对钢中夹杂物的形貌、成分和理化性能产生影响,既可向钢中引入夹杂物,也能够吸附去除夹杂物。提出未来钢包内衬用耐火材料应被赋予更多净化钢液等功能指标的发展方向。
原料与炼铁
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  高炉喷吹兰炭的最佳配比

  毕传光, 黄椿朝, 宁晓钧, 张建良, 王广伟, 彭政富

  钢铁. 2020, 55(6): 25-32.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190382

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  为探究高炉喷吹兰炭的最佳配比,使用TG-DTG热分析技术研究了百善无烟煤、神华烟煤和兰炭组成混煤的燃烧特性。结果表明,混煤中兰炭配比量增加可以降低煤粉的着火温度与燃尽温度,缩短燃烧时间,提高综合燃烧特性指数,改善混煤燃烧性;升温速率增大,混煤反应速率峰值升高,综合燃烧特性指数升高,混煤燃烧性得到优化。使用KAS等转化率法分析了不同混煤方案的燃烧过程动力学,当兰炭配比量由0增加至40%时,活化能分别为115.25、113.03、112.22、108.20 和104.53 kJ/mol,兰炭的加入可以降低混煤的表观活化能。
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  含NaOH碱性钒钛磁铁矿球团矿的制备

  程相魁, 赵英涛, 赵旭, 王军, 黄晓丽, 蒲春雷

  钢铁. 2020, 55(6): 33-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190368

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  为了更好地探究钒钛磁铁精矿碱性球团低温还原熔分工艺,用钒钛磁铁精矿和焦粉为主要原料制备钒钛磁铁矿碱性球团,考察了加水量、成球压力、黏结剂加入量和NaOH含量对球团落下强度的影响及焙烧温度对球团抗热裂性的影响。结果表明:钒钛磁铁矿碱性球团的落下次数随成球压力、聚乙烯醇浓度和NaOH加入量的增加而增加,随加水量的增加呈先增加后减小的趋势变化;最佳成球工艺参数为水加入量为6%,黏结剂聚乙烯醇浓度为0.4%,成球压力为10 MPa,NaOH加入量为4%;在最佳的碱性球团制备工艺参数下考察了生球和干球的抗热裂性,两者随温度升高都变差,但是同温度下干球的抗热裂性优于生球的热裂性能。
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  外矿型烧结矿矿相结构与冶金性能的定量关系

  杜亮, 韩秀丽, 张全胜, 周祥, 杨宏达, 王英

  钢铁. 2020, 55(6): 38-45.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190424

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  为了改善外矿型烧结矿的质量,对不同类型外矿为主要含铁原料的烧结矿的矿相结构进行了系统定量研究,分析了外矿对其矿相结构的影响规律,找出了烧结矿矿相特征与冶金性能的定量关系。研究结果表明,以斯特拉麦克粉和天发海超特粉为主要含铁原料(1号)的烧结矿,铁酸钙含量较多,以交织熔蚀结构为主,局部出现粒状-斑状结构,低温还原粉化率RDI_{>3.15 mm}较好,气孔率较高,转鼓指数较低。以纽曼粉、PB粉和杨迪粉为主要含铁原料(4号和5号)的烧结矿,5号烧结矿中赤铁矿含量较多,铁酸钙含量较低,以熔蚀-粒状结构为主,局部为共晶结构,转鼓指数最高,但低温还原粉化严重;4号烧结矿的纽曼粉和PB粉的含量较多,以交织熔蚀结构为主,局部出现粒状-斑状结构,转鼓强度较低。以纽曼粉和得宝麦克粉为主要含铁原料(2号和3号)的烧结矿,3号烧结矿铁酸钙含量最多,矿相结构较为均匀,以交织熔蚀结构为主,局部见针状铁酸钙交织他形赤铁矿,该烧结矿质量最好;2号烧结矿的纽曼粉和得宝麦克粉含量较高,矿物组成中赤铁矿含量多,铁酸钙含量少,以交织熔蚀结构为主,局部出现粒状-斑状结构,低温还原粉化严重。建议以纽曼粉为主,配加少量麦克粉、杨迪粉及超特粉做为主要含铁原料,以改善现场烧结矿质量。
炼钢
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  超低碳IF钢脱氧合金化过程中夹杂物的行为

  于会香, 潘明, 杨德新

  钢铁. 2020, 55(6): 46-53.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190452

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  为深入了解超低碳IF钢在脱氧合金化过程中夹杂物的行为,用高温电阻炉开展试验模拟实际生产中铝脱氧钛合金化过程,通过密集取样,详细研究了该过程中夹杂物的转变。研究发现,加铝前,钢中夹杂物主要为球形的FeO_x;加铝后,最先生成浅灰色的球形Al₂O₃,然后向椭球形或单体块状Al₂O₃转变,随后迅速聚合形成不规则状Al₂O₃,最终聚合成簇群状Al₂O₃,整个过程大约在加铝后2 min内完成;加钛后,钢液中形成3种类型的Al-Ti复合类夹杂物,但在加钛大约4 min后便会转化为稳定的Al₂O₃相。整个脱氧合金化过程中,氧含量和夹杂物的量呈下降的趋势,钢液的洁净度逐渐提高。
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  漩流氧枪转炉炼钢熔体的喷溅行为

  李琳, 李明明, 李强, 邹宗树

  钢铁. 2020, 55(6): 54-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190395

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  转炉冶炼过程金属熔体的喷溅对于转炉反应器的性能有重要影响。氧枪作为氧气射流的产生及控制单元,决定了转炉吹炼过程熔体的喷溅行为。通过水模型试验,研究了漩流氧枪转炉冶炼过程熔体的喷溅,考察了氧枪喷孔扭转角设计及操作参数下熔体喷溅速率和喷溅的空间分布规律,基于此,分析了漩流氧枪对转炉反应器性能的影响。结果表明,相比于传统氧枪吹炼,漩流氧枪吹炼时熔体喷溅速率降低,喷溅高度下降,喷溅在径向空间分布趋于均匀,且随着喷孔扭转角的增大,该分布规律变化更为显著,扭转角大于20°时,喷溅到炉口及炉外的熔体降为零。漩流氧枪吹炼时,喷溅速率及喷溅量在不同径向和高度位置处分布随着顶吹气量的增大而增大,受枪位的影响规律与扭转角有关。
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  帘线钢凝固过程夹杂物生成热力学及工业实践

  牛凯军, 杨文, 张立峰, 储焰平, 张洪起, 郭子强

  钢铁. 2020, 55(6): 61-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190446

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  非金属夹杂物是影响帘线钢拉拔性能的重要因素之一,为了研究帘线钢中夹杂物的生成及转变机理,使用ASPEX自动扫描电镜观察分析了帘线钢工业生产过程中不同碱度条件下从钢液到铸坯中非金属夹杂物的转变现象,并使用FactSage7.0热力学计算软件对非金属夹杂物的转变机理进行了讨论。在高碱度条件下,钢液中非金属夹杂物主要类型为低熔点的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MnO,铸坯中非金属夹杂物的CaO和MnO含量有所降低,同时SiO₂含量有所增加。在低碱度炉次中,钢液中非金属夹杂物主要为较高熔点的SiO₂-MnO-CaO类型,Al₂O₃含量较低。连铸坯中非金属夹杂物的SiO₂含量与钢液相比有所增加,同时MnO含量降低。热力学计算结果表明,帘线钢凝固和冷却过程中的非金属夹杂物转变由夹杂物自身的相转变和析出、非金属夹杂物和钢液间的化学反应以及溶解氧和钢基体化学成分的反应3方面原因造成。热力学计算结果较好地解释了帘线钢工业生产中钢液和铸坯中非金属夹杂物成分和形貌的转变,为帘线钢中非金属夹杂物的控制提供参考。
压力加工
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  二次冷轧轧辊表面油膜厚度模型及其影响因素

  钱承, 张佳胜, 白振华, 崔亚亚, 华长春, 陈树宗

  钢铁. 2020, 55(6): 68-74.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190440

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  为解决现场无法在线测量轧辊表面油膜厚度的问题,考虑二次冷轧机组润滑设备与工艺特点,在阐述了二次冷轧过程轧辊表面油膜厚度形成及演变过程机理的基础上,运用流体动力学原理,建立了一套适合于二次冷轧机组的轧辊表面油膜厚度模型。定量分析了轧制速度、轧辊表面粗糙度、辊间接触最大应力、乳化液初始动力黏度和乳化液压力黏度系数等5个因素对轧辊表面油膜厚度的影响规律。将轧辊表面油膜厚度模型应用到某厂1220二次冷轧机组,并通过对比建立的模型求解得出的轧辊表面油膜厚度与现场离线采用称重法测量得到的轧辊表面油膜厚度结果发现,两者误差小于10%,这表明模型计算精度满足现场使用要求。
钢铁材料
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  平整压下率对TS290组织性能的影响

  孙超凡, 方圆, 王雅晴, 刘伟

  钢铁. 2020, 55(6): 75-79.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190434

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  为了研究平整压下率对TS290组织性能的影响,为品种开发制定合理的工艺参数提供参考,采用激光共聚焦显微镜检测了样品显微组织,采用TEM观察了样品位错形态及其分布,采用拉伸试验机检测了样品力学性能。结果表明,随着平整压下率从0增大到3.0%,TS290屈服强度先减小后增大,抗拉强度先缓慢增加后趋于平稳。加大平整压下率对组织细化作用有限,但可以显著增大基体位错密度,进而提高材料屈服强度。平整压下率控制在2.0%左右时,试验钢屈服强度为290 MPa,抗拉强度为400 MPa,洛氏硬度为59.0,性能达到TS290质量设计要求。
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  铝对高铝铁素体耐热钢组织与性能的影响

  魏统宇, 邹德宁, 张英波, 陈婉婉

  钢铁. 2020, 55(6): 80-83.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190423

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  高铝铁素体耐热不锈钢作为一类新型的低成本结构材料,主要应用于超临界和超超临界火电机组行业。为了明确铝元素对此类钢种的影响机理,在X10CrAlSi18钢种的基础上,通过成分优化设计,调控铝质量分数,得到两种不同成分的铁素体耐热不锈钢。借助金相显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)对微观组织进行表征,并通过硬度测试和拉伸试验测试其力学性能。结果表明,随着铝质量分数的增加,促进了再结晶过程,晶粒细化;并且铝元素降低了碳元素的扩散速度,抑制碳化物的析出聚集;随着铝质量分数的增加,材料的抗拉强度、屈服强度和硬度升高,伸长率降低。
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  铈对低合金超高强钢马氏体相变行为的影响

  蒋月月, 王昭东, 邓想涛

  钢铁. 2020, 55(6): 84-90.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190431

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  为了研究稀土元素铈对低合金超高强钢马氏体相变组织及动力学过程的影响,制备了不含铈与铈质量分数为0.079 2%的两组对比试验用钢。采用OM、SEM和TEM分析了试验用钢的显微组织,并利用DIL805A淬火膨胀仪绘制了马氏体相变动力学曲线。研究结果表明,铈的添加细化了原奥氏体晶粒,平均晶粒尺寸由7.63减小到6.42 μm;细小的奥氏体晶粒使马氏体板条宽度得到细化,平均宽度由250减少到211 nm。此外,对于马氏体相变动力学,铈的添加使马氏体相变开始温度(M_s)由391降低到380 ℃;在马氏体相变前中期,铈阻碍了马氏体转变,在马氏体相变后期,铈促进了马氏体转变。
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  控冷工艺下组织及M/A岛对管线钢韧性的影响

  牛延龙, 刘清友, 贾书君, 童帅, 汪兵, 任毅

  钢铁. 2020, 55(6): 91-100.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190438

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  为了研究微观组织、M/A岛体积分数和长宽比对管线钢低温韧性的影响,用OM、SEM、EBSD和TEM等多尺度手段对材料进行了表征。结果表明,不同冷却速度工艺下均得到针状铁素体(AF)+准多边形铁素体(QF)+M/A岛+粒状贝氏体(GB)的组织结构。但随着冷却速度的增加,组织得到显著细化,有效晶粒尺寸由3.21降低到2.88 μm。M/A岛体积分数从11.2%降低到5.8%,M/A岛长宽比也从3.5降低到1.2。在温度不低于-40 ℃时,随着有效晶粒尺寸减小和M/A岛尺寸、长宽比的减小,管线钢的低温韧性大幅提高。但在温度降低到-80~-60 ℃时,以马氏体为主的类圆形M/A岛易脆化断裂,造成材料在M/A岛体积分数最低和长宽比最低时冲击韧性出现最低值,管线钢的低温韧性与大角度晶界所占的百分比没有直接关系。针对试验用高强管线钢,在冷却速度为20 ℃/s、M/A岛体积分数为9.8%左右、长宽比为2.5时,材料具有韧性优异的综合性能。
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  热处理工艺对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢持久性能的影响

  武志广, 龚雪婷, 李鑫, 赵吉庆, 龚志华

  钢铁. 2020, 55(6): 101-106.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190556

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  为了更好地验证20Cr1Mo1VTiB螺栓钢在国家标准和俄罗斯标准热处理工艺下的持久性能,采用SEM、TEM等手段研究了两种标准的热处理工艺对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢组织及持久性能的影响。结果表明,相对于低温淬火+低温回火(俄罗斯标准)工艺,高温淬火+高温回火(国家标准)的热处理工艺生产的20Cr1Mo1VTiB具有更高的持久性能稳定性。俄罗斯标准工艺淬火温度低,未溶的块状富钛碳化物数量多、尺寸大,并且贝氏体内分布大量方(菱)形TiC,促进了蠕变孔洞的形成,因此持久强度下降速率更快。国家标准工艺淬火温度高,富钛碳化物回溶充分,数量少、尺寸小,回火过程析出细小的颗粒状VC,热稳定性较高,具有更高的持久强度。从持久性能角度,选用国家标准工艺热处理更加合理。
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  铌微合金化对高铁车轴钢淬透性的影响

  曹燕光, 李昭东, 丁灿灿, 张锦文, 雍岐龙, 高建兵

  钢铁. 2020, 55(6): 107-112.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200097

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  为了研究铌对DZ2高铁车轴钢淬透性的影响规律和机理,通过末端淬透性试验和物理化学相分析等方法,研究了铌质量分数分别为0、0.026%和0.039%的DZ2钢的微观组织、析出相和淬透性。结果表明,距淬火端20 mm以内,铌微合金化车轴钢硬度均高于对比钢,不同铌含量试验钢的淬透性曲线拐点位置均在距淬火端25～30 mm处,总体来看,3种试验钢淬透性相当;随着铌质量分数的增加,奥氏体晶粒尺寸越小,降低了钢的淬透性;铌微合金化抑制了M₃C相的析出,增加了奥氏体中碳、锰、铬固溶量,从而提高了钢的淬透性,弥补了晶粒细化造成的淬透性下降,综合作用下淬透性基本保持不变。
装备技术
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  宽厚板多点柔性压力矫直装置设计与反弯量计算

  孙登月, 侯海涛, 汝文弟, 许石民

  钢铁. 2020, 55(6): 113-117.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190494

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  宽厚板厂采用压头可移动式压平机,压下量基本上靠工人凭经验确定,矫直效率低。为了提高压平机的工作效率和矫直精度,提出多点柔性压力矫直方案并设计出一种宽厚板多点柔性压力矫直装置。运用弹塑性理论推导出压下量计算公式,基于有限元模拟的方法对反弯量计算公式进行修正,并试验验证了修正后矫直公式的正确性。为后续多点柔性压力矫直工艺的研究奠定理论基础。
技术交流
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  冲击微动磨损条件下304不锈钢管道的变薄现象

  李积武, 曹倩倩, 杨海茹

  钢铁. 2020, 55(6): 118-122.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190530

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  为了探究高温高压下不锈钢管变薄的原因,采用高温冲击微动试验机,对核电站压水反应堆所使用的304不锈钢管进行微动磨损试验。结果表明,冲击微动磨损受机械和化学作用及其交互作用的影响,磨损量大于单纯的微动与冲击之和,并且磨损更易受到化学作用的影响。随着水温升高,磨损量和磨损深度增加。当温度超过90 ℃时,磨损量趋于稳定。随着振动频率的增加,磨损量和磨损深度减小。
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  升温速率与预熔过程对含氟渣熔点影响分析

  赵忠宇, 赵俊学, 谭泽馨, 屈波樵, 卢亮, 崔雅茹

  钢铁. 2020, 55(6): 123-128.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190414

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  为探究升温速率以及预熔处理等条件对CaF₂基渣系的熔点影响,揭示高温下含氟渣的挥发特性,采用半球点熔点检测与热重分析联合试验。结果表明,在熔点测定过程中,含氟渣的失重率为5%~17%,且随升温速率的减小而增大。预熔前后对无氟渣的熔点测定值几乎无影响,而对含氟渣,混合型与预熔型炉渣熔点差值近70 ℃,造成熔点差异的原因并非物相组成的改变,而是混合型渣样存在明显挥发,达到熔点时失重率为8.3%,而重熔渣失重率仅为2%。混合型渣样中存在大量的自由CaF₂,且熔化初期比表面积较大,导致挥发率较大,而重熔型渣样中CaF₂多以氟铝酸钙以及枪晶石等形式存在,结构致密,挥发受到抑制。这为探究挥发对含氟渣系的熔点等高温性能的影响提供理论基础。