2020年, 第55卷, 第7期　刊出日期：2020-07-15

  

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综合论述
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  电弧炉炼钢技术的发展趋势

  姜周华, 姚聪林, 朱红春, 潘涛

  钢铁. 2020, 55(7): 1-12.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190560

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  电弧炉炼钢在环保、投资以及效率方面优势明显,为了重点推行该节能环保型炼钢工艺流程,近年来电弧炉炼钢技术得到快速发展。综述了国内外电弧炉高效化冶炼技术、绿色化生产技术和智能化控制技术的发展现状,其中绿色化和智能化是电弧炉炼钢技术的未来发展趋势。集操作、工艺、质量、成本以及环保于一体,进一步提升电弧炉炼钢技术的绿色化和全流程监测与控制的智能化,是推动整个钢铁行业向智能化和绿色化转型升级的重要举措。
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  高炉焦炭石墨化程度及其影响因素的研究进展

  李克江, 李洪涛, 张建良, 孙敏敏, 王子明, 姜春鹤

  钢铁. 2020, 55(7): 23-33.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190518

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  焦炭是高炉炼铁过程中不可替代的原燃料,石墨化行为是其在高炉内的一个重要劣化机制。由于优质炼焦煤资源短缺及未来高炉大型化的影响,对入炉焦炭的质量要求越来越高,明确焦炭在高炉内的劣化机制及石墨化机理,合理控制焦炭质量是降低冶炼成本以及保证高炉稳定顺行的重要措施。详细阐述了不同的热处理温度、焦炭的灰分以及渣铁成分等因素对焦炭石墨化程度的影响。目前对于焦炭石墨化的理解还停留在宏观尺度,对于其微观反应机理,特别是各种渣铁和矿物的催化石墨化行为认识还有待进一步研究。
原料与炼铁
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  富氢气氛下不同含铁炉料的还原行为

  王煜, 何志军, 湛文龙, 朱浩斌, 张军红, 庞清海

  钢铁. 2020, 55(7): 34-40.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190458

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  高炉低碳富氢冶炼技术如高炉喷吹煤粉、富氢燃料等会导致炉内炉腹煤气中氢气体积分数增加,为探究富氢对高炉上部炉料的影响,对富氢条件下不同含铁炉料的还原行为进行了试验研究。粉化试验结果表明,在20%H₂(体积分数)条件下,块矿和烧结矿的粉化率明显改善,RDI_{>3.15 mm}分别增加了11.08%和30.23%,同时富氢条件有利于含铁炉料粒度的均匀化。还原试验结果表明,在CO体积分数不变、改变H₂加入量条件下,球团矿和烧结矿还原度最高时的H₂体积分数为25%,块矿H₂体积分数则为10%。在保持(CO+H₂)体积分数30%不变、改变H₂加入量时,当H₂体积分数超过20%时,各含铁炉料的还原度均超过90%。扫描电镜分析结果表明,还原后的块矿明显生成渣相和铁相,球团矿出现良好的赤铁矿和磁铁矿相,烧结矿则呈“针状铁酸钙相-磁铁矿相-铁相”分层现象。
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  混合料预先干燥对烧结NO_x排放的影响

  万军营, 陈铁军, 周仙霖, 罗艳红

  钢铁. 2020, 55(7): 41-46.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190476

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  为利用烧结过程自身特性,实现烧结NO_x过程减排,通过烧结杯试验研究了烧结混合料热风预先干燥对烧结产质量指标和烧结烟气中NO_x排放浓度的影响。研究表明,随着烧结混合料热风预先干燥时间的增加,烧结矿转鼓强度和落下强度呈现总体增加的趋势,烧结成品率、垂直烧结速度和烧结利用系数呈先升高后下降的趋势;随着热风预先干燥时间的增加,烧结过程中烟气NO_x基准质量浓度和NO_x排放量会逐渐减少,当干燥时间达到30 min时,在不降低烧结矿产质量的情况下,在氧气体积分数为16% 的基准下NO_x质量浓度可降低20%左右,NO_x排放总量相比基准烧结减少22.82%。烧结混合料热风预先干燥可以减少烟气NO_x的排放,在烧结过程中实现NO_x减排的目的,为钢铁企业实现NO_x达标排放提供思路和方法。
炼钢
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  Q235钢中夹杂物演变规律和生成机理分析

  任强, 姜东滨, 张立峰, 刘林刚, 文玉兵, 陈伟

  钢铁. 2020, 55(7): 47-52.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190448

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  为了更好地控制Q235钢中非金属夹杂物的种类和数量,提高钢的冲击韧性,采用自动扫描电镜分析了Q235钢中非金属夹杂物在LF精炼、中间包和连铸坯中成分和形貌的演变规律。采用FactSage热力学软件对钢中各类夹杂物的生成机理进行了分析。研究发现,钢中非金属夹杂物的演变规律为均相的SiO₂-MnO夹杂物→均相的SiO₂-Al₂O₃-MnO-TiO_x夹杂物→双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物→多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。样品冷却过程中均相的SiO₂-MnO夹杂物发生相变析出纯SiO₂导致在LF精炼初期钢中出现双相SiO₂-MnO类夹杂物。加入的硅钙钡合金中铝含量较高,导致液态夹杂物在钢液中析出MgO·Al₂O₃,以及在LF出站钢样品中出现双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物。含钛的夹杂物在连铸坯凝固冷却过程会析出纯的Ti₃O₅,并且钢中还会析出MnS析出相,因此连铸坯中存在多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。
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  80 t转炉终点预报TSVR模型精度

  汪淼, 李胜利, 高闯, 范越

  钢铁. 2020, 55(7): 53-57.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190499

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  转炉炼钢是一个复杂的高温物理化学反应过程。在冶炼过程中不能连续检测钢的成分。所以,准确地预报终点的碳质量分数和温度对于提高终点命中率是非常有意义的。基于广西某钢厂80 t转炉炼钢实际生产数据,建立了终点碳质量分数和终点温度的孪生支持向量回归机(TSVR)预测模型,对100个炉次的实际生产数据进行了模型的训练,另外30个炉次的数据用于验证模型的精度。结果表明,预测误差Δω([C])≤ 0.01%的命中率为93.3%,Δt≤15 ℃的命中率为96.7%,双命中率为90%。与BP神经网络模型相比,TSVR模型的终点碳质量分数和终点温度命中率均比BP神经网络模型高。
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  车轴钢铸锭中MnS的生成、长大、熟化规律分析

  吕迺冰, 马跃, 刘珂, 王勇, 孙齐松, 杨接明

  钢铁. 2020, 55(7): 58-64.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190490

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  为降低大尺寸MnS夹杂物引起的车轴磁粉探伤不合格率,利用第二相析出理论以及铸锭凝固数值模拟计算相结合,计算分析了车轴钢铸锭中MnS生成、长大、熟化规律。计算结果显示,MnS形核核心尺寸与熟化过程尺寸增加均为纳米级,凝固过程MnS的长大决定凝固完成时MnS粒子直径,理论计算得到车轴钢铸锭竖直中心线上冒口、中心、底部位置对应的MnS长大后尺寸分别为156.35、107.37和94.96 μm,中心处MnS尺寸为连铸工艺条件下的2倍,与实际检测结果相符。钢锭凝固过程缓慢是MnS易于长大的直接原因,显著区别于连铸过程。在现有工艺条件下,为控制车轴钢模铸钢MnS尺寸,关键在于降低钢液硫质量分数以及控制硫偏析。控制车轴成品中MnS夹杂物不超过1.5级,需降低钢液中w([S])至0.004 3%以下。
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  钛处理对EH36船板钢中夹杂物及组织特征影响

  罗登, 洪志伟, 李丽, 李健, 杨丽, 张学伟

  钢铁. 2020, 55(7): 65-71.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190511

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  为了研究结晶器喂钛线对EH36船板钢中夹杂物的影响,采用无水有机溶液电解分离提取钢中夹杂物,结合扫描电镜和能谱仪分析其三维形貌,尺寸和成分。试验结果表明,在结晶器喂钛线后,钢中硅铝酸钙夹杂物+外包裹MnS转变为硅铝酸钙钛+MnS夹杂物,三维表面从光滑转变为粗糙多孔的形貌。在焊接热模拟后的试样中,组织形貌从未加钛试样中的晶界铁素体和侧板条铁素体转变为钛处理试样中的针状铁素体,且夹杂物周围铁素体从块状转变为针状,韧性提高了70 J。通过热力学理论计算,分析船板钢中含钛氧化物夹杂物形成条件。计算结果表明,钛、铝与氧反应生成氧化物的过程存在竞争关系,当钢中钛质量分数为0.02%时,钢液中应严格控制铝质量分数不高于0.003 5%,才能保证钢液中大量生成含钛氧化物粒子。
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  大型转炉优化造渣工艺提高脱磷的效果

  智建国, 吴伟, 高琦, 徐涛, 罗海明, 张晓峰

  钢铁. 2020, 55(7): 72-77.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190543

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  针对转炉冶炼存在的转炉前期化渣速度慢,冶炼终点钢水、炉渣氧化性高,终点磷含量控制不稳定等问题,利用炉渣熔化性测定、热力学平衡计算、炉渣矿相分析的方法研究了260 t转炉造渣、供氧工艺。结果表明,转炉初期渣熔化温度为1 330 ℃,不利于转炉前期化渣;终渣熔化温度为1 200 ℃,不利于转炉后期的炉衬维护;终点钢水磷含量与渣钢间磷平衡值差距较大,说明转炉吹炼终点动力学条件不足;炉渣中游离氧化钙含量较高,有部分未熔化的石灰。通过优化转炉渣料加入顺序和数量,强化转炉终点氧枪枪位控制、底吹搅拌等技术措施,可获得较高的转炉终点脱磷率和渣-钢间磷分配比,使终点渣-钢间磷含量更接近平衡;终点炉渣发育良好,游离氧化钙含量适中。
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  LF两步造渣工艺对C82DA钢中硫和铝的影响

  刘宗辉, 秦凤婷, 任建忠, 朱苗勇

  钢铁. 2020, 55(7): 78-84.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200083

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  为了研究工艺对C82DA钢中硫和铝的影响,对帘线钢在LF精炼过程脱硫控铝进行了研究。结果表明,随着精炼碱度的降低脱硫率越来越低,碱度约为1.6时,渣中w((Fe_tO)+(MnO))约为1%,基本达到脱硫的临界值;碱度约为1.2时,随着精炼的进行开始回硫,钢液中w([Al_s])随着碱度的降低逐渐降低;碱度约为2.2时,w([Al_s])降幅显著;碱度小于1.6时,对铝的影响不明显。精炼炉采取两步造渣工艺,精炼前期高碱度渣系脱硫,精炼后期降低碱度,钢液中铝含量降低。当碱度从2.2降低至1.2时,钢液中w([S]) 和w([Al_s])分别控制在0.011%和0.001 6%。
压力加工
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  二次冷轧机组带钢下表面润滑工艺补偿技术

  刘亚星, 张佳胜, 白振华, 崔亚亚, 李秀军

  钢铁. 2020, 55(7): 85-91.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190510

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  为了解决二次冷轧机组轧制过程中带钢上、下表面油膜厚度存在差异的问题,通过分析油膜厚度形成与演变机理,建立了二次冷轧机组带钢上、下表面析出油膜厚度计算模型。在此基础上,采用增加带钢下表面乳化液流量和乳化液配比浓度的方法,开发出一套二次冷轧机组带钢下表面润滑工艺补偿技术。通过该技术实现了二次冷轧机组带钢上、下表面轧制变形区油膜厚度均等的目标,同时,最大程度降低了带钢表面条状斑迹缺陷的发生率。并将该技术应用到国内某钢厂1 220二次冷轧机组,应用效果显著,典型钢种带钢上、下表面条状斑迹缺陷发生率大大降低,降低程度均在50%以上。
钢铁材料
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  钼对S30432耐热钢组织和性能的影响

  柯志刚, 朱丽慧, 周任远, 翟国丽

  钢铁. 2020, 55(7): 92-99.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190449

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  为了明确是否应在国产S30432钢中加入钼,研究了0.32%Mo对S30432耐热钢组织和性能的影响及机理。利用SEM、TEM和Thermo-Calc软件研究了钼对S30432钢析出相和基体的影响;通过650 ℃高温瞬时拉伸试验和高温蠕变断裂试验研究钼对S30432钢高温力学性能的影响;采用电化学试验评价了钼的添加对S30432钢耐腐蚀性能的影响。结果表明,添加钼对S30432钢的高温力学性能和耐腐蚀性能有益。在S30432钢中添加0.32%Mo,提高了其650 ℃时的屈服强度和抗拉强度,延长了短时蠕变断裂时间并提高了断裂后的硬度。但长时蠕变后钼对S30432钢强度提高的作用不明显。含钼的S30432钢具有更高的自腐蚀电位、点蚀破裂电位和更低的晶间腐蚀敏感性。腐蚀形貌观察发现含钼钢中点蚀坑的数量较少、尺寸较小,晶间腐蚀程度较轻。
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  热处理工艺对2Cr12NiMo1W1V叶片钢组织和性能的影响

  王利伟, 龚志华, 杨钢, 赵吉庆

  钢铁. 2020, 55(7): 100-105.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190492

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  为了解决2Cr12NiMo1W1V钢短时持久性能低的问题,采用OIM、SEM、TEM等手段研究了不同淬火和回火工艺下超超临界叶片用2Cr12NiMo1W1V马氏体耐热钢的组织、室温力学性能及短时持久性能。结果表明,随着淬火温度的提升,抗拉强度和冲击吸收功略有增加,屈服强度和硬度呈降低趋势,塑性变形不明显,合金的持久性能显著增加。2Cr12NiMo1W1V优化的热处理工艺为1 038 ℃淬火+675 ℃回火,合金的强韧性和持久性能较好。微观组织分析表明,提高淬火温度,合金中的大颗粒M₂₃C₆的碳化物更多固溶到基体中,并在回火过程中大量析出细小的M₂₃C₆相,减少了短时持久过程中裂纹起源,阻碍位错运动,使合金抵抗高温变形的能力增加,改善了合金的持久性能。
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  38MnVS非调质钢的缺口高周疲劳破坏行为

  刘湘江, 陈桢, 惠卫军

  钢铁. 2020, 55(7): 106-112.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190462

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  锻件截面尺寸变化及表面加工缺陷所引起的应力集中往往会导致其早期疲劳失效,因而要求钢材具有高的缺口疲劳性能和低的疲劳缺口敏感度。为了明确非调质钢的缺口疲劳破坏行为,采用旋转弯曲疲劳试验机研究了一种锻造用中碳非调质钢38MnVS在不同应力集中系数K_t(1、2、4)下的高周疲劳破坏行为。结果表明,试验料的光滑和缺口疲劳S-N曲线均存在明显的疲劳极限,K_t对试验料的疲劳极限和疲劳缺口敏感度q_f具有显著的影响,当K_t从1(光滑试样)提高到2和4时,疲劳极限分别降低了48%和67%,q_f值分别为0.93、0.68,呈现出较高的疲劳缺口敏感性。试验结果及文献数据的拟合分析表明,可采用K_t的幂函数来表征试验料的缺口疲劳极限,并提出了预测铁素体+珠光体型非调质钢在不同K_t下疲劳极限的一种简便高效方法。
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  热冲压成形SAF2507 SDSS在不同溶液中耐点蚀性能

  张钰柱, 蓝剑锋, 莫茜, 胡珊

  钢铁. 2020, 55(7): 113-119.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190520

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  为了研究SAF2507 SDSS热冲压成形后在不同服役环境中阴离子对耐点蚀性能的影响,对SAF2507 SDSS板材进行1 050 ℃热冲压成形,使用ZEISS-SUPRA55型扫描电镜观察微观组织并测定相组织能谱,运用动电位极化曲线、开路电位和交流阻抗谱手段研究SAF2507 SDSS在3.5%质量浓度的NaClO和卤化钠NaX(X=Cl、Br、I)溶液中的耐点蚀性能。结果表明,SAF2507 SDSS在1 050 ℃热冲压成形后微观组织良好,α/γ体积比约为1∶1,α相富铬、钼贫镍电极电位低,为阳极,γ相富镍贫铬、钼电极电位高,为阴极;在4种溶液中,耐点蚀性能从高到低为NaClO、NaCl、NaBr和NaI,NaClO溶液中点蚀坑数量最少,蚀坑小而浅,NaI溶液中点蚀坑数量最多,蚀坑大而深;ClO^-对点蚀形核和生长阶段起到抑制作用,Cl^-、Br^-和I^-只在点蚀形核阶段起到促进作用,促进作用从大到小为I^-、Br^-和Cl^-。
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  Fe-Cr钢在空气中的氧化行为

  程磊, 孙彬, 杜重洋

  钢铁. 2020, 55(7): 120-126.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190500

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  为了测定不同质量分数的铬元素对钢高温氧化行为的影响,采用热重法对Fe-5Cr钢与Fe-10Cr钢在800～1 200 ℃下进行高温氧化研究。建立了两钢种的氧化动力学模型,计算出了两钢种的激活能。利用金相显微镜和X射线衍射对两钢种氧化后的断面形貌和物相进行了分析。结果表明,两钢种的高温氧化动力学曲线遵循抛物线规律,Fe-5Cr钢的激活能小于Fe-10Cr钢。800 ℃下,Fe-5Cr钢生成不连续的氧化铁皮,Fe-10Cr钢氧化铁皮极少部分形核。900～1 200℃下,氧化铁皮结构由外向里依次为Fe₂O₃、Fe₃O₄和Cr₂O₃。由于Cr₂O₃的阻碍作用,氧化铁皮中没有发现FeO。由于高温和高氧分压,Cr₂O₃失效,导致两钢种在1 000～1 200 ℃下具有相似的氧化速率。
环保与能源
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  转杯离心粒化熔融高炉渣数值模拟

  张士理, 赵明, 马萍, 潘玉华, 孟凡旭

  钢铁. 2020, 55(7): 127-133.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190493

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  在转杯离心粒化熔融高炉渣的过程中,熔渣在转杯施加的离心力的作用下沿转杯内壁形成液态渣膜,其在转杯边缘处的厚度将直接影响渣液离开转杯后破碎和冷却所形成的固体渣粒的粒度。因此,为了探究相关参数对转杯边缘炉渣液膜厚度的影响规律和渣膜厚度与渣粒平均直径之间的定量关系,采用带自由表面多相流的CFD数值模型对液态高炉渣在高速旋转的转杯上的流动行为进行了模拟研究,特别是对影响转杯边缘渣膜厚度的关键参数的作用进行了分析。结果表明,转杯转速和熔渣流量对渣膜厚度的影响最为显著,是转杯离心粒化技术的重要操作参数;渣粒直径则随着渣膜厚度增大而接近线性规律增大。