2023年, 第58卷, 第5期　刊出日期：2023-05-15

  

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综合论述
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  高炉冶炼智能化的发展与探讨

  刘然, 赵伟光, 刘颂, 刘小杰, 李宏扬, 吕庆

  钢铁. 2023, 58(5): 1-10.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20230025

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  现阶段,国内炼铁流程仍以“高炉-转炉”流程为主,且面临着高能耗、高污染及自动化程度不强等问题。随着双碳目标和“十四五”规划等政策的推出,高炉冶炼智能化升级转型得到更加广泛的关注。由于高炉生产涉及的调控参数众多且数据体量庞大,加上数据具有非线性、非高斯和滞后性等特点,使得大数据和人工智能技术在高炉智能化转型过程中拥有较大的发展空间和应用前景。首先从高炉智能预测、智能监测、智能评价和大数据平台4个方面详细阐述了高炉智能化的发展现状,并就各方面作了详细的探讨。其次,针对高炉智能化发展中存在的数据孤岛问题、数据噪声问题、模型鲁棒性问题和黑箱问题,提出了初步的解决办法。最后,结合新一代人工智能技术和钢铁生产技术,从高炉炼铁流程的数据共享、信息物理系统、一体化经营管理系统和移动工厂几个角度进一步展望了智能化转型升级的未来发展。
原料与炼铁
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  基于富氢焦炉煤气零重整的氢冶金工程技术

  王新东, 赵志龙, 李传民, 杨永强

  钢铁. 2023, 58(5): 11-19.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220689

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  氢能是21世纪最具发展力的清洁能源,是中国未来能源体系的重要组成部分。构建“以氢代碳”的钢铁用能新体系是中国钢铁行业实现“双碳”目标的重要方向。针对以氢能源为基础的氢冶金技术原理和工艺流程,对氢冶金流程工程化、关键技术、技术经济指标、运行成本估算及CO₂减排情况等进行探讨,全面论述了氢冶金工程的系统组成和关键设备、工厂布局等情况。工程实践表明,以富氢焦炉煤气为还原气源的氢冶金工艺,采用气体零重整和气基直接还原炼铁技术,以氧化球团为原料,完全不使用焦炭、煤炭和烧结矿,从源头减少碳素使用,污染物产生和排放大幅减少;无烧结、焦化工序,总图布置紧凑,大幅节约用地;以焦炉煤气为气源的氢冶金,生产成本具有一定优势;根据技术经济指标估算,基于富氢焦炉煤气的氢冶金与高炉炼铁流程相比,可实现吨铁碳排放降低58.8%左右。氢冶金工艺可为后续电炉炼钢提供优质的高纯铁质原料,对提升中国钢铁产品质量具有重要意义,为未来钢铁行业实现绿色、低碳、高质量发展奠定了坚实基础。
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  消石灰对细粒级铁精矿球团性能的影响

  从俊强, 温宝良, 李家新, 张晓萍, 杨佳龙

  钢铁. 2023, 58(5): 20-30.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220744

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  细粒级铁精矿球团化有助于增加低品位矿藏的开发及工业应用力度,稳定和拓展国内铁矿供应来源。使用消石灰作为球团的黏结剂与助熔剂,对球团生产提质降耗与节能减排具有重要意义。首次介绍了消石灰配比对细粒级铁精矿生球质量及干燥特性与预热焙烧球强度的影响,试验结果表明,消石灰配比的增加会提高细粒级铁精矿生球的落下和抗压强度,在4%配比时生球落下强度为3.55 次/0.5 m,生球的抗压强度均大于11 N,生球爆裂温度先升高后降低,最高为360 ℃;不同消石灰配比对细粒级铁精矿的干燥特性影响较小,干燥温度和干燥风速则对生球干燥特性有显著影响,Weibull和Dincer模型拟合的结果与试验结果基本一致,模型较为有效,拟合结果表明生球的干燥速率受内外部水分扩散共同控制,干燥温度和干燥风速的增加会导致生球干燥温度分布趋向不均匀,生球干燥活化能值为9 977.30 J/(mol·K);随着消石灰配比增加,细粒级铁精矿预热球强度始终增加,焙烧球抗压强度则先增加后降低,在配比为4%时达到最大值,为3 800 N。细粒级铁精矿配加4%～6%(质量分数)消石灰较为适宜,该配比下可以获得生球和预热焙烧球强度均符合工业需求的球团;消石灰与细粒级铁精矿制备球团的生球干燥特性研究可为通过干燥设备选择和干燥条件优化来减轻生球干燥破裂现象提供理论支持。
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  高炉富氢对钒钛矿软熔滴落性能的影响

  郄亚娜, 靳亚涛, 康媛, 李丽芬, 王艺帆, 王新东

  钢铁. 2023, 58(5): 31-38.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220696

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  高炉富氢冶金是降低高炉能耗与碳排放重要途径,研究了富氢还原对钒钛矿软熔滴落过程的影响,并采用历程中断法分析表征了钒钛矿渣铁形成过程中的还原度与初渣渣量的变化。研究结果表明,钒钛矿的软熔收缩行为与其还原过程密切相关,富氢还原失氧率加快使钒钛矿500～900 ℃的还原膨胀有所加剧,温度小于1 100 ℃时,FeO的大量生成使钒钛矿中低温收缩变形率增加,温度为1 100 ℃时,H₂的还原速率是CO还原速率的8倍,逐渐增厚的铁壳及初渣熔点的升高导致钒钛矿的熔融滴落温度升高。富氢率为10%时,高炉初渣渣量由接近900 kg/t降低到460 kg/t左右,初渣渣量减少将近1/2,接近终渣渣量,这将使煤气阻力损失明显降低,大大改善高炉软熔滴落带的透气性。同时富氢还原减少了高温条件下钒钛矿中FeO与钛铁矿FeTiO₃、钛铁晶石Fe₂TiO₄等含钛矿物的相互结合与耦合反应,促进了软熔带渣铁的分离,有效减少了炉腹泛液现象。冶炼钒钛矿高炉富氢后软熔带位置下移、厚度减薄,尤其是透气性最差的熔融区间变窄、透气性增加,这表明冶炼钒钛矿高炉富氢还原不仅可以降低高炉碳消耗与CO₂排放,而且改善了高炉软熔带的分布状态,促进了高炉的顺行高产。
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  Al₂O₃对高炉渣性能和结构的影响及其应用

  侯健, 陈布新, 白晨光, 韩健, 黄小波, 扈玫珑

  钢铁. 2023, 58(5): 39-50.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220648

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  为了解决高铝矿高炉冶炼时炉渣流动性差、渣铁难分、软熔带透气性变差等问题,基于邯钢高炉炉渣成分变化区间,结合理论计算和试验,研究了Al₂O₃含量对炉渣成分、性能的影响,获得了炉渣中Al₂O₃质量分数为15%～18% 时适宜的镁铝比(w(MgO)/w(Al₂O₃))和二元碱度调控区间,并将研究结果用于指导邯钢高炉高铝矿冶炼。研究结果表明,在Al₂O₃质量分数由15%增加到16%过程中,炉渣黏度随炉渣结构复杂化而逐渐增加,当温度为1 500 ℃时炉渣黏度一般小于0.4 Pa·s,不会影响高炉正常冶炼;当Al₂O₃质量分数由16%增加到17%时,由于炉渣结构不断复杂化以及高熔点镁铝尖晶石相的析出,造成炉渣黏度陡增,此时炉渣二元碱度为1.25～1.30,渣中镁铝比为0.4～0.6,能够保证邯钢2号、8号高炉的炉况稳定和冶炼指标。当Al₂O₃质量分数为17%～18%时,炉渣中析出相未发生变化,但炉渣结构聚合度进一步增加,导致炉渣黏度和熔化性温度继续升高,此时将炉渣二元碱度降低为1.15～1.19, 镁铝比为0.51～0.61,可满足邯钢高炉正常冶炼和指标稳定的需求。最后,对比了2021年国内主要的3 000 m³级左右高炉的冶炼指标,邯钢是当前大高炉高比例冶炼高铝铁矿最稳定的企业之一,实现了对经济高铝原料的连续稳定冶炼,对业内大高炉实施高铝矿冶炼有一定借鉴意义。
炼钢
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  转炉炼钢废钢质量控制及结构优化

  吕明, 薛魁, 郭红民, 梁少鹏, 张朝晖, 刘海瑞

  钢铁. 2023, 58(5): 51-58.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220677

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  控制废钢质量、优化废钢结构有利于降低炼钢生产成本,减少环境污染,对转炉炼钢生产具有重要意义。通过理论计算和熔化试验,研究了不同废钢与转炉物料消耗及渣量之间的关系。结果表明,废钢质量对转炉钢铁料消耗和炉渣量具有显著影响。当转炉废钢比为20%时,废钢中杂质质量分数增加6%,钢铁料消耗量增加约为23 kg/t,带入渣量增加约为71.4 kg;锰的质量分数增加1%,产生钢水量约减少12.4 kg。质量较好的废钢带入转炉杂质少,利于降低钢铁料消耗和炉渣量;转炉中大量使用溢渣粉等废钢会引起钢铁料消耗和炉渣量显著增加。在此基础上,利用某企业120 t转炉进行废钢结构优化试验,研究了采用不同废钢配比冶炼对钢铁料消耗、炉渣量、终点磷含量和终点碳含量的影响。发现在该企业实际生产条件下,最优废钢配比(质量分数)为重型废钢33.3%、钢筋头16.7%、普通生铁26.7%、硫钢块6.7%和溢渣物16.6%。当120 t转炉采用最优废钢配比冶炼时,平均钢铁料消耗为1 052.9 kg/t,平均炉渣量为108.7 kg/t,冶炼铁损小;且转炉终点钢水平均w([P])、w([C])分别为0.030%、0.106%,满足冶炼钢种的要求,同时可降低转炉冶炼成本。研究结果有助于钢铁企业优化转炉炼钢炉料结构,降低生产成本。
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  重轨钢铸坯中MnS夹杂物的析出与长大

  房孟婷, 袁华志, 谢鑫, 曾建华, 仲红刚, 翟启杰

  钢铁. 2023, 58(5): 59-69.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220663

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  铸坯中MnS夹杂物的形貌及尺寸对钢的性能影响显著,因此了解并调控其析出长大过程具有重要意义。采用连铸坯枝晶生长热模拟试验,观测了U78CrV重轨钢铸坯凝固过程中MnS夹杂的形貌及尺寸变化规律,结合热力学和动力学计算,分析了重轨钢铸坯中MnS夹杂的析出长大行为。热模拟试验表明,重轨钢铸坯中MnS主要在凝固末期析出,多分布于枝晶间隙。其中,柱状晶区中MnS主要呈球形、椭圆形及短棒状,平均等效半径为2.42 μm,最大等效半径为4.19 μm;等轴晶区中MnS多呈不规则形状,平均等效半径为4.01 μm,最大等效半径为7.58 μm。热力学计算表明,柱状晶区MnS析出凝固分数为0.97,析出温度为1 663 K,高于固相线9 K;等轴晶区MnS析出凝固分数为0.95,析出温度为1 623 K,高于固相线20 K。动力学分析表明,柱状晶区MnS理论长大半径为2.74 μm,等轴晶区MnS理论长大半径为5.98 μm,计算结果与试验结果较为吻合。通过比较柱状晶区与等轴晶区MnS的析出时间,讨论了等轴晶区MnS尺寸明显大于柱状晶区的原因。通过降低初始硫含量、减轻铸坯芯部硫元素的偏析以及提高冷却速率,可以有效降低芯部等轴晶区的MnS夹杂物的尺寸,减小MnS对钢材性能的危害。
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  稀土对高强耐蚀钢中夹杂物的影响

  刘锦文, 唐海燕, 李根, 王凯民, 姜雪媛, 张家泉

  钢铁. 2023, 58(5): 70-82.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220697

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  随着油气田开采条件的不断恶化,深层含H₂S油气层的开发日益增多,油气管的腐蚀失效问题逐渐突出。非金属夹杂物是导致油气管抗氢性能和抗硫化物应力腐蚀性能下降的主要因素之一,而稀土具有调控钢中夹杂物特性的能力。为此基于工业生产试验,通过系统取样、SEM-EDS检测、热力学计算等手段研究了Ce-La稀土合金对铝脱氧钙处理工艺下的110级石油套管钢中夹杂物的影响规律,并与不加稀土的工艺进行了对比。研究结果表明,不加稀土的生产工艺钢中夹杂物主要为Ca-Al(-Mg)-O、Ca-Al(-Mg)-O+CaS、CaS和TiN类型,而加Ce-La合金(La、Ce添加量(质量分数)分别为0.013 9%、0.027 8%)后的夹杂物主要为Ce-La-O(-S)、Ce-La-O(-S)+CaS、Ce-La-P-As和TiN类型,其中前两类既可以在当前钢水条件下直接生成,也可对钢水中钙铝酸盐夹杂物改性获得;Ce-La-P-As和TiN类型的夹杂物主要在钢水凝固过程中产生。热力学计算表明,加稀土后钢中夹杂物的演变顺序为Inc_liq(Ca-Al-O)→CaS+Inc_liq→CaS+CaO+Inc_liq→CaS+CaO+ReAlO₃+Inc_liq→CaS+CaO+ReAlO₃→CaS+CaO+ReAlO₃+Re₂O₃→CaS+CaO+Re₂O₃→CaS+Re₂O₃。抗硫化物应力腐蚀A法检测结果表明,在110级套管钢中加入Ce-La合金可显著提升钢的抗硫性能。对相关机理进行了分析。
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  GCr15轴承钢连铸过程MgO·Al₂O₃夹杂物形成机理

  张建斌, 徐建飞, 王昆鹏, 王郢, 杨谱, 陈廷军

  钢铁. 2023, 58(5): 83-91.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220703

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  为了研究GCr15轴承钢浇铸过程MgO·Al₂O₃夹杂物形成原因,以改善钢的可浇性,对LF结束、RH结束、中间包冲击区、中间包浇铸区进行夹杂物全流程分析。LF结束夹杂物主要为镁铝尖晶石,并含有少量钙铝酸盐夹杂物。RH真空处理后镁铝尖晶石夹杂物被高效化去除,钢液中仅剩少量低熔点和高熔点钙铝酸盐夹杂物,中间包浇铸时可以在钢液中检测到许多MgO·Al₂O₃夹杂物。采用不含氧化镁的中间包覆盖剂和铝质中间包内衬,在不改变连铸其他工艺参数条件下,中间包MgO·Al₂O₃夹杂物数量并没有得到显著降低,中间包钢液中仍然可以检测到许多MgO·Al₂O₃夹杂物,这说明中间包钢-渣-耐火材料间的反应并不是MgO·Al₂O₃夹杂物的生成原因。向铁质提桶取样器中加入成分以SiO₂、Cr₂O₃、Fe₂O₃为主的铬质引流砂,并利用该铁质提桶取样器对RH破空后钢水进行取样,尽管钢水总氧质量分数增加0.000 1%,但可以在所取的钢样中检测到许多MgO·Al₂O₃夹杂物,说明钢液的轻微氧化对MgO·Al₂O₃夹杂物形成具有重要的影响。通过分析中间包覆盖剂成分,发现浇铸过程覆盖剂碱度偏低,Cr₂O₃和FeO含量偏高,且同一炉钢水浇铸后期覆盖剂中Cr₂O₃、FeO含量较浇铸前期有所降低,说明浇铸过程覆盖剂会向钢水传氧,由此造成对钢液的氧化,因此,覆盖剂成分的稳定控制对于轴承钢MgO·Al₂O₃夹杂物的形成具有重要影响。
压力加工
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  非方板形控制系统解耦及内模控制与应用

  宋明明, 刘宏民, 王东城, 徐辉, 刘晓立

  钢铁. 2023, 58(5): 92-103.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220631

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  为研发某厂正在使用未配备板形闭环自动控制的1 420 mm六辊UCM冷轧机的板形控制系统,以分量板形解耦控制为基础,以Labview为开发环境,实现轧机的板形自动控制。通过板形调节的计算分析,认识到轧辊倾斜、工作辊非对称弯辊可有效调节1次和3次板形分量,工作辊对称弯辊、中间辊对称弯辊、中间辊窜辊可有效调节2次和4次板形分量,难以调节6次板形分量,从而将板形控制系统确定为一个5输入4输出的非方控制系统,非方控制系统解耦过程中会出现不稳定极点,对此,提出了分解不稳定极点的解耦方法,解决了非方板形控制系统解耦的不稳定问题。并应用非方相对增益理论,将5输入4输出的非方控制系统分解为一个2输入2输出的方形系统和一个3输入2输出的非方系统,简化了板形控制系统的结构。由于板形仪的安装位置与辊缝有一定的距离,使板形控制系统存在时间滞后问题,加大了控制器的设计难度。对此将内模控制与Smith预估控制相结合,提出板形IMC-Smith控制模型,简化了控制器设计,解决了控制系统的时间滞后问题,实现了非方板形控制系统的工程应用。工业应用表明,该系统性能可靠,适应现场在线轧制要求,轧后板形满足后续工艺需求,板形控制效果较人工显著提高。
钢铁材料
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  钒对车轮钢组织及力学性能的影响

  万志健, 赵海, 刘学华, 张建

  钢铁. 2023, 58(5): 104-111.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220670

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  钢中加入的微合金元素钒、铌、钛等,可以与钢中的碳、氮元素结合,起到沉淀强化及细晶强化作用,从而改善钢的综合性能。为了研究钒对高碳车轮钢组织及力学性能分布的影响,用200 kg真空炉冶炼了2炉碳质量分数为0.60%左右的试验钢,钒质量分数分别为0及0.07%,试验钢热处理方式均模拟现场且工艺保持一致。热处理后,用光学显微镜进行微观组织形貌观察及铁素体体积分数分析;用扫描电子显微镜进行拉伸断口、珠光体片层间距观察;用EBSD进行珠光体团尺寸分析;用透射电镜对析出物形貌进行分析;并对试验钢力学性能进行测试。结果表明,添加钒可以使表面下相同深度处铁素体体积分数增加1.7%~4.8%,标准差降低6.1%~72.5%,且相邻深度处铁素体体积分数变化更小,组织均匀性更好;使珠光体团尺寸更加细小,小角晶界(5°~15°)数量明显增多,使表面下相同深度处平均晶粒度提高约0.5级,标准差降低9%~17%,晶粒大小更加均匀,且基本不影响相邻深度处奥氏体晶粒度变化;使表面下相同深度处珠光体片层间距减小约20%,标准差降低10%~17%,且略微降低相邻深度处珠光体片层间距梯度变化;提高表面下相同深度处抗拉强度约为12%、屈服强度约为25%、硬度约为10%、冲击功为9%~25%,且降低相邻深度处硬度梯度,使得试验钢硬度均匀性更好及冲击功波动更小;对塑性影响不大。
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  海洋工程用9CrMo耐蚀钢筋组织及腐蚀行为

  王进建, 刘静, 陈润农, 曹燕光, 张建, 李昭东

  钢铁. 2023, 58(5): 112-123.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220610

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  采用周浸加速腐蚀试验和饱和Ca(OH)₂溶液浸泡试验,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、动电位极化、电化学阻抗谱、电容电位法和线性极化法等表征手段研究9CrMo耐蚀钢筋的显微组织和腐蚀行为,从钝化、破钝和腐蚀稳定扩展的全寿命周期角度展开研究,研究结果可为其应用于高湿热海洋环境及服役寿命预测提供参考。结果表明,9CrMo钢筋显微组织为铁素体和贝氏体。在钝化阶段,相比普通碳钢钢筋(HRB400),9CrMo钢筋的电荷转移电阻和钝化膜电阻均更大,其钝化膜为n型和p型半导体的复相(Fe氧化物和Cr氧化物),且钝化膜施主电荷密度是HRB400的1/2,表明9CrMo钢筋钝化膜阻碍电子传导能力更强。相比HRB400,在不同Cl^-含量的模拟混凝土孔隙液中,9CrMo钢筋具有更低的腐蚀电流密度和维钝电流密度、更高的点蚀电位、电荷转移电阻和钝化膜电阻,表明其在较高Cl^-含量还保持良好的钝化效果。在破钝阶段,9CrMo钢筋的破钝临界氯离子浓度是HRB400的10倍以上。在模拟腐蚀稳定扩展阶段,9CrMo钢筋的腐蚀速率呈先增大后减小的趋势,相比HRB400,腐蚀速率降低60%~84%;9CrMo钢筋主要以局部腐蚀为主,内锈层存在Cr的富集,锈层的α^*/γ^*((α-FeOOH+Fe₃O₄/γ-Fe₂O₃)/(γ-FeOOH+β-FeOOH))质量比值随着腐蚀周期延长而增大,且9CrMo钢筋的α^*/γ^*值是HRB400的1.6倍,锈层保护能力更强。
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  加热时间对镀锌高强钢板液态金属脆性的影响

  范金卓, 任英, 任强, 张立峰

  钢铁. 2023, 58(5): 124-130.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220679

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  电阻焊接技术是汽车车身结构和零件拼接的主要连接技术。但是镀锌高强钢板材在电阻焊接过程中会发生液态金属脆现象,造成焊点开裂。为了改善DH980镀锌高强钢板的液态金属脆性断裂难题,研究了加热时间对DH980镀锌高强钢板拉伸脆性断裂的影响机理。采用高温拉伸试验模拟镀锌高强钢板电阻焊接的过程,在800 ℃下分别对镀锌高强钢和不镀锌高强钢进行拉伸试验。试验结果表明,镀锌高强钢试样的抗拉强度小于不镀锌试样的抗拉强度。在800 ℃下对镀锌高强钢试样分别保温10、20、30、40 s后拉伸,发现保温10、30、40 s的试样的抗拉强度比不保温试样的抗拉强度大。使用扫描电子显微镜观察拉断后样品的微观相貌和镀层变化情况,发现拉断后的试样的镀锌层主要由α(Zn)+L相和α(Zn)相组成。α(Zn)+L相为α(Zn)与液态锌的混合相,使得镀锌高强钢在拉伸试验过程中存在液态金属。同时,镀锌高强钢试样收到拉伸应力的作用,满足了液态金属脆现象发生的条件,即存在液态金属且钢基体受到拉伸应力的作用。因此在800 ℃下对DH980镀锌高强钢进行拉伸试验会发生液态金属脆现象。随着保温时间的延长,靠近钢基体位置的α(Zn)+L相逐渐转变为α(Zn)相。α(Zn)相在800 ℃下为固态,可以避免钢基体与液态锌接触。因此,增大保温时间可以对DH980镀锌钢板的液态金属脆起到一定的抑制作用。
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  固态脱碳法制备高强塑性成分梯度中锰钢

  洪陆阔, 艾立群, 孙彩娇, 李亚强, 周美洁, 孟凡峻

  钢铁. 2023, 58(5): 131-136.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220754

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  如何打破金属材料强度与塑性的权衡关系一直是材料科学中长期存在的难题。大自然中许多生物体内部都形成了从表面到内部逐渐变化的梯度结构,这使它们更加的坚韧。据此提出了一种利用固态脱碳制备成分梯度钢铁材料的工艺策略,为了证实这一工艺构想的可行性,以厚度为1 mm、成分为2.7%C-12%Mn-Fe(质量分数)合金为研究对象开展固态脱碳研究,试验所制备成分梯度中锰钢获得了良好的强度和延展性。试验结果表明,在H₂O-H₂气氛下50 min可将中锰钢碳质量分数由2.7%脱至0.23%;利用辉光放电光谱仪和光学显微镜检测,脱碳和热轧后的中锰钢板在厚度方向上均形成了明显的成分梯度,并在中锰钢板截面上获得了一种整体性的梯度结构;利用维氏显微硬度仪检测得到中锰钢板厚度方向上呈现了硬度的梯度分布,在固态脱碳作用下中锰钢表面和中心形成了成分和组织的过渡层,使表面到中心硬度由668HV逐渐过渡至747HV,这种中心与表面的硬度梯度也为产生连续的应变硬化奠定了基础;均质钢提高强度而进行变形时,其延展性通常会急剧下降,制备的成分梯度中锰钢板抗拉强度分别达到了1 513.5 MPa和1 399.1 MPa,断后伸长率分别达到了29.8%和26.3%。利用固态脱碳方法制备的中锰钢获得了良好的综合力学性能,期望研究成果能够为制造高强、高塑性材料提供一条新的途径。所提出的利用固态脱碳制备成分梯度钢铁材料的工艺策略是一个笼统的概念,其他金属材料如双相钢(DP)、淬火配分钢(QP)、高强度低合金钢(HSLA)和热成形钢(PHS)也可以适用,这也是下一步的重点研究方向。
冶金流程工程
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  炼铁-炼钢界面动态运行过程解析与仿真优化

  杜学强, 郦秀萍, 韩伟刚, 周继程

  钢铁. 2023, 58(5): 137-144.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220797

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  炼铁-炼钢界面连接钢铁生产中高炉和转炉两大重要生产工序,关系到钢铁制造流程的整体优化。“一罐到底”是近年来新兴起的炼铁-炼钢区段“界面技术”,基于“一罐到底”流程的炼铁-炼钢界面运行规律和调控优化技术的研究十分必要。目前对炼铁-炼钢界面中众多复杂的次界面的解析尚不深入,对炼铁-炼钢界面动态运行过程仿真亟待开展。时间、温度和物质量是贯穿于钢铁制造流程的基本参数,因此,炼铁-炼钢界面的调控以铁水罐周转过程为载体,以上述3个参数为调控对象,以这些参数的一体化控制与优化为目标。基于现场运行实绩,以“机车＋天车”模式的炼铁-炼钢界面为例,分析炼铁-炼钢界面物质流运行的特征和调控目标,并对其动态运行过程进行“事件-时间”解析,确定构成界面的各个次界面环节,以及各过程/事件的时间域、时间周期及其概率分布,梳理炼铁-炼钢界面动态运行过程规则。在此基础上,采用FlexSim软件,建立了高炉出铁、铁水运输和炼钢等过程的仿真模块,并根据各模块运行规则和模块之间的关联规则,集成为高炉-转炉区段仿真模型。该模型为炼铁-炼钢界面深度解析与优化提供了研究试验平台。模型应用于260 t铁水罐周转过程仿真,得到铁水罐配置的优化方案。
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  汽车钢板生产的生命周期评价

  朱帅康, 龚先政, 高峰, 刘宇

  钢铁. 2023, 58(5): 145-152.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220645

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  在“碳达峰、碳中和”的驱动下,汽车制造业是节能减碳的重要组成部分,作为资源能源密集型产业,它采用汽车钢板作为主要材料,具有生产能耗和排放高的典型特点。采用生命周期评价(life cycle assessment,LCA)方法,分别对汽车钢板生产长流程工艺(BF-BOF)和短流程工艺(EAF)2种生产工艺的各阶段进行环境影响评价和贡献分析。结果表明,在汽车钢板生产长流程工艺(BF-BOF)中,炼铁工序和烧结工序对总环境影响的贡献较大;在汽车钢板生产短流程工艺(EAF)中,炼铁工序和电炉炼钢工序对总环境影响贡献较大。汽车钢板生产EAF工艺的各类环境影响均低于BF-BOF工艺,环境影响优势较大的有全球变暖(GWP)、化石能源耗竭(FFP)、矿产资源耗竭(SOP)、淡水富营养化(FEP)、海洋富营养化(MEP)、淡水生态毒性(FETP)、人体致癌毒性(HTPc)、人体非致癌毒性(HTPnc)。BF-BOF工艺和EAF工艺的矿产资源消耗铜当量分别为85.6 kg/t和25.6 kg/t,综合能耗分别为541 kg和265 kg,CO₂当量为2 111.7 kg和1 054.9 kg。EAF工艺的资源消耗、能源消耗、温室气体排放均优于BF-BOF工艺,分别低70.1%,51.0%和50.1%。EAF工艺的3类环境损害均低于BF-BOF工艺,具有一定的环境优势。因此,在条件允许的情况下,增加EAF工艺的生产比例,将有助于汽车制造业和钢铁工业的低碳可持续发展。