2024年, 第59卷, 第10期　刊出日期：2024-10-15

  

• 全选
  |

综合论述
• Select
  电渣冶金渣系挥发特性研究进展

  邱国兴, 介光辉, 杨永坤, 李小明

  钢铁. 2024, 59(10): 1-10.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240109

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  电渣重熔是一种利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的净化钢液手段。因为其冶炼产品具有金属洁净、组织致密、成分均匀、表面光洁等优点,广泛应用于高端金属材料制备。为了保证熔渣的导电性,电渣渣系均含有一定CaF₂,冶炼过程挥发严重,污染环境;氟化物挥发造成渣系成分波动大进而影响冶炼过程和产品质量。从渣系组成、冶炼环境、热力学和动力学几方面出发,讨论了影响渣系中氟化物挥发的因素,探讨了降低氟化物挥发的有效方法。重点介绍了CaF₂、w（（CaO））/w（（SiO₂））、w（（CaO））/w（（Al₂O₃））对渣系挥发的影响。降低渣中CaF₂含量、增大w（（CaO））/w（（SiO₂））、减小w（（CaO））/w（（Al₂O₃）） 可有效减少渣中氟化物挥发;讨论了利用碱金属氧化物（Li₂O、Na₂O、K₂O）、TiO₂、B₂O₃代替CaF₂开发低氟渣的可能性。利用Na₂O、TiO₂、B₂O₃等代替CaF₂是未来低氟/无氟渣开发的重要方向之一;综述了冶炼温度和环境湿度等对含氟渣系挥发的影响规律。降低冶炼温度、提高升温速率、对渣系预熔和保持干燥均可有效抑制氟化物挥发;基于电渣冶金渣系挥发热力学和动力学研究现状,介绍了炉渣分子离子共存理论计算渣系组元活度的适用性,总结了渣系挥发的动力学机理,归纳了电渣重熔过程中含氟渣挥发的限制性环节。分子离子模型对常见渣系组元活度计算具有很高的准确性,对其他特殊渣系的适用性还有待进一步验证。未来渣系挥发动力学研究应重点关注参与挥发反应的阴阳离子由本体向反应界面传质过程,以及反应生成物的形核、长大、气泡化的过程这2个限制性环节,以减少氟化物挥发。
原料与炼铁
• Select
  高炉高顶压强化冶炼技术研究与实践

  王新东, 刘存强, 刘磊, 张文强

  钢铁. 2024, 59(10): 11-19.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240238

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  随着高炉炉顶压力的提高,中国高炉炼铁取得了显著进步,高炉的强化冶炼程度得到了空前提高。高顶压强化冶炼技术已取得共识并被广泛采用,但目前关于高顶压技术系统的理论研究却比较少,且基本上局限于对高炉内煤气体积影响和对煤气流速影响的研究。紧密结合高炉生产实际,系统研究了高顶压对高炉冶炼进程的影响机理,分别阐述了高顶压对高炉冶炼强度的影响、对高炉块状带的影响、对高炉内料柱压差的影响、对高炉内煤气流分布及布料的影响、对高炉风口回旋区及炉缸活跃性的影响、对高炉渣铁排放的影响和对高炉内非铁元素反应的影响。统计了目前高顶压操作下不同立级高炉炉腹煤气指数的实际水平,对高顶压操作下高炉炉腹煤气指数的控制标准提出了修正建议。指出3 000 m³以上高炉、2 000~3 000 m³高炉和1 000~2 000 m³高炉的炉腹煤气指数分别按58~66、58~70和58~85 m/min控制比较合理。上述的高顶压技术理论研究在河钢唐银公司2座1 500 m³高炉的生产实践中得以应用和验证,2座高炉在顺利开炉达产的基础上,通过采取以高顶压、大风量、高富氧、低炉温为主要技术手段的综合强化冶炼措施,高炉冶炼得到有效强化,高炉各项技术经济指标得到快速提升,实现了高顶压强化冶炼技术的成功应用,具有一定的借鉴意义和推广价值。
• Select
  磁铁精矿性质对铁矿粉烧结特性的影响机理分析

  朱德庆, 宋刘刚, 杨聪聪, 潘建, 郭正启, 李思唯

  钢铁. 2024, 59(10): 20-31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240036

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  磁铁精矿是常用的烧结原料之一,而不同产地的磁铁精矿通常具有不同性质,将其配入烧结混合矿中必然会对烧结过程及烧结矿的质量产生影响。通过烧结杯试验,对比了粒度较细的高镁国产磁铁精矿（DM）和粒度较粗的高硅澳洲某磁铁精矿（AM）对赤铁矿-针铁矿-磁铁矿型混合料的烧结性能及其烧结矿冶金性能的影响,着重从原料性质和烧结矿微观矿相结构角度分析了磁铁精矿性质对铁酸钙生成特性及对烧结矿低温还原粉化性能的影响。结果表明,随着AM矿替代DM矿的比例从0提高到30%,烧结矿转鼓指数从59.87%降低至57.35%,成品率从63.69%降低至60.92%,利用系数从1.49 t/（m²·h）降低至1.30 t/（m²·h）,固体燃耗从76.62 kg/t升高至78.86 kg/t,还原度指数I_R从86.64%降低至83.08%,低温还原粉化指数 I_RD>3.15mm从68.69%降低至49.40%。从烧结矿矿相上看,随着AM矿替代DM矿比例的提高,烧结矿中复合铁酸钙含量明显减少,结晶和发育情况变差,从针状向短柱状或板状转变,同时硅酸盐玻璃相和不规则骸晶状赤铁矿含量增加。这是因为粒度较细的DM矿较粒度较粗的高硅AM矿具有更高的自熔性和更优的氧化性,从而有利于生成初生液相,促进核颗粒同化,形成黏结强度高的黏结相。
• Select
  低品位含钛磁铁矿氢还原-富钛分选的可行性分析

  佟帅, 艾立群, 洪陆阔, 张帅, 袁志鹏, 孙彩娇, 陈建松

  钢铁. 2024, 59(10): 32-38.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240029

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  钒钛磁铁矿是一种富含铁、钒、钛的特色矿产资源,综合利用价值高,由于类质同象及微细粒嵌布等因素影响,铁与钛难以实现高效分离并综合利用。结合钒钛磁铁矿自身矿物学特征和理论热力学计算,提出“氢还原-富钛分选”新方法来实现钛铁分离,通过铁氧化物和钛铁氧化异步还原,使得铁氧化物转化成金属铁,而钛铁氧化物基本不还原,利用铁矿物和钛铁矿物存在明显的磁性差异的特性实现高效分离。在本试验条件下,随着还原温度和还原时间的提高,钛回收率降低,铁回收率增加;较高的还原温度和较长的还原时间不利于实现钛铁同步分离。在还原温度为900 ℃、还原时间为50 min、还原气氛为30%H₂+70%Ar（体积分数）、磁选磁场强度电感为0.8 A的条件下,可获得TFe品位为78.32%、回收率为98.12%的铁精矿以及钛品位为20.92%、回收率为33.11%的富钛矿。化学成分分析、X射线衍射（XRD）分析和光学显微镜分析结果均表明钛铁矿物与铁矿物实现了有效的分离,钛在富钛矿中有效富集。最后,对磁选产物的综合利用提出了远景展望,一方面铁精矿可以为高炉或直接还原工艺生产提供原料,不仅可以降低生产成本和铁损,还可以缩短冶炼周期;另一方面,富钛矿可以制备高附加值的FeTi30合金,理论计算均满足要求。这为实现钒钛磁铁矿资源氢还原-富钛分选处理后产物综合利用提供了重要研究方向。
• Select
  还原钒钛磁铁矿磁选尾渣钒钛分离试验

  罗林根, 庞建明, 宋耀欣, 赵志民, 高延恒, 林银河, 张鹤雄, 郑权

  钢铁. 2024, 59(10): 39-44.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240055

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  针对攀枝花米易某选厂钒钛磁铁矿的特点,拟采用新工艺实现钒钛磁铁矿中Fe、V、Ti高效分离和回收利用。主要工艺过程为钒钛磁铁矿采用氢气还原制备得到还原后的钒钛磁铁矿,经细磨和湿式磁选分离金属铁粉,实现Fe和V、Ti的分离;在固相条件下,经氢气还原后钒钛磁铁矿中的V、Ti大部分富集在非磁性的尾渣中。以还原钒钛磁铁矿磁选分离金属铁后的尾渣为对象,结合湿法冶金和选矿工艺实现磁选尾渣的钒钛分离,具体开展了钠化氧化焙烧的工艺分离提取钒和摇床重选提钒尾渣富集钛试验研究。试验表明,该工艺可以有效地分离提取V和Ti。在磁选尾渣加入质量分数为7% 的Na₂CO₃添加剂,850 ℃温度条件下进行钠化氧化焙烧-水浸,钒收率最高可达84.12%;采用3级循环水浸,可制得钒质量浓度为22 g/L的钒溶液,经酸性铵盐沉钒工艺制得的V₂O₅纯度（质量分数）为98.30%。通过控制摇床冲水量5 L/min可得到产率为41.62%,TiO₂品位为75.18%含钛精矿钛收率可达78.54%。磁选还原钒钛磁铁矿分离可提取金属铁粉,实现了铁的回收。提出的钒钛磁铁矿综合利用工艺方案有望实现攀西钒钛磁铁矿铁、钒、钛资源综合利用,该方案可进一步开展更大规模试验研究。
炼钢
• Select
  氩气泡致管线钢内部缺陷的控制理论与实践

  周禹, 巨银军, 王嵘坤, 李万明

  钢铁. 2024, 59(10): 45-54.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240177

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  随着石油和天然气工业的快速发展,对管线钢的强度、韧性和焊接性能的要求不断提高。优化连铸过程中的氩气密封工艺对于减少或避免因氩气泡引起的内部缺陷至关重要,对提高管线钢产品质量具有重要意义。以L485M管线钢为研究对象,通过控制连铸结晶器浸入式水口密封氩气的流量和铸机拉速等参数研究了密封氩气流量对管线钢L485M内部缺陷的影响规律,并提出优化的浸入式水口密封氩气流量和拉速以解决氩气泡导致的连铸坯内部缺陷问题。研究表明,浸入式水口密封氩气流量过大时会在浸入式水口内产生氩气泡,易被铸坯凝固前沿捕获导致铸坯内部缺陷的发生,在轧制后形成椭圆扁平状缺陷,分布于距钢板上表面位置;密封氩气流量升高或拉速提高均会导致钢板缺陷发生率的上升,合理的氩气流量和铸机拉速是保证气泡能及时上浮而不进入铸坯的重要参数。规格为260 mm×2 070 mm的L485M管线钢板坯的合理拉速为0.75 m/min,分体式水口的氩气流量不宜大于2.5 L/min;采用整体式水口可有效避免氩气泡造成的铸坯内部缺陷。研究结果对完善管线钢连铸过程的氩气密封工艺理论和提高管线钢产品质量具有重要意义,对其他钢种的浸入式水口密封工艺优化、连铸拉速对氩气泡致钢坯内部缺陷的影响、氩气泡在连铸保护浇铸工艺中的作用行为也具有借鉴意义。
• Select
  无氟CaO-Al₂O₃-TiO₂基高钛钢保护渣结晶行为及渣膜可视化

  朴占龙, 王雁, 胡桂渊, 朱立光, 张彩军, 王杏娟, 孙立根

  钢铁. 2024, 59(10): 55-63.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240097

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  高钛钢在浇铸过程中,结晶器内存在钢-渣界面反应现象,导致铸坯表面产生裂纹和缺陷,严重时甚至发生漏钢。为解决高钛钢钢-渣界面反应现象,开发出CaO-Al₂O₃-TiO₂基高钛钢保护渣,该渣系能够抑制钢-渣界面反应的发生,但其与CaO-Al₂O₃系保护渣主体成分都含有CaO和Al₂O₃,存在结晶能力强的可能,易导致润滑效果差。为此,深入探究CaO-Al₂O₃-TiO₂基高钛钢保护渣结晶行为,并利用DHTT（双丝设备）设备模拟结晶器内渣膜温度场而实现渣膜可视化研究,通过SEM-EDS解析渣膜矿相结构,为CaO-Al₂O₃-TiO₂基保护渣的应用提供理论指导。研究结果表明,CaO-Al₂O₃-TiO₂基保护渣临界冷却速率为10 ℃/s,开始结晶温度为1 350 ℃,孕育时间为345 s。高温区析出大量交错互锁的亮色条状钙钛矿晶体,低温区析出细小的钙钛矿和BaAl₂O₄。在结晶器弯月面至结晶器出口处,渣膜中液态渣膜逐渐减薄,结晶态渣膜逐渐增厚,但结晶器出口处仍存在液态渣膜。在结晶器内渣膜一直保持液态渣膜、结晶态渣膜、玻璃态渣膜3层稳定结构,这说明在浇铸高钛钢过程中,CaO-Al₂O₃-TiO₂基保护渣能够发挥控制传热和润滑铸坯的作用。
压力加工
• Select
  机理和数据融合的304不锈钢极薄带轧制力模型

  任鹏帆, 王振华, 贾燚, 刘元铭, 王涛

  钢铁. 2024, 59(10): 64-76.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240094

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  304不锈钢精密极薄带广泛应用于数码电子、航空航天、医疗设备、汽车制造等高端领域。在冷轧生产过程中,轧制力是一项至关重要的参数,它的设定精度直接影响轧制过程的稳定性以及最终产品的厚度精度。为了提高冷轧304不锈钢极薄带轧制力的预测精度,在森基米尔轧机上针对304不锈钢极薄带进行轧制试验,并据此建立了适用于超薄规格304不锈钢极薄带的动态变形抗力模型,修正了传统Bland-Ford-Hill轧制力机理模型。将修正的轧制力机理模型与遗传算法（GA）优化XGBoost参数相融合构建了高精度GA-XGBoost轧制力预测模型,该模型不仅考虑了轧制力的非线性问题,还将机理与数据相融合来实现轧制力的精准预测。与相同数据集下其他典型机器学习算法所建立的轧制力预测模型进行对比分析,采用相关系数（R²）、平均绝对误差（E_MA）、均方根误差（E_RMS）和平均绝对百分误差（E_MAP）多个指标全方位、多角度对模型的泛化性能进行评价,结果表明,所提出的GA-XGBoost轧制力预测模型的预测结果最为精确,其测试集各指标分别为R²值为0.984,E_MA值为3.040,E_RMS值为6.410以及E_MAP值为0.041%。研究结果证明了所提出的机理和数据双驱动的轧制力预测模型的准确性和优越性。该研究为304不锈钢精密极薄带材轧制力的设定提供了一种新思路。
钢铁材料
• Select
  轨道车辆转向架用Q690耐候钢的焊接接头性能

  刘悦, 郑晓明, 李秋明, 杜林秀, 杨志南

  钢铁. 2024, 59(10): 77-85.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20230706

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  为了保障Q690高强耐候钢焊接的优质,确保焊接接头拥有出色的韧性,对其性能进行研究以推动其在轨道车辆转向架领域的广泛应用,更好地实现产品的升级换代。采用混合气体（80% Ar和20% CO₂）保护焊对轨道车辆转向架用Q690耐候钢进行了10 kJ/cm和20 kJ/cm两种线能量的对焊焊接试验。利用金相显微镜和透射电子显微镜对气体保护焊焊接接头的微观组织进行观察,并运用冲击试验仪和显微硬度计来测定焊接接头各个区域的力学性能,从而研究焊接线能量、组织结构和力学性能之间的相互关系。这些试验结果为理解焊接接头的内部结构和力学性能提供了重要参考,有助于优化焊接工艺和提高焊接接头的质量和性能。结果表明,该气体保护焊接试验采用免焊前预热和焊后热处理措施,焊缝主要由大量纵横交错的针状铁素体和多边形先共析铁素体构成;在线能量为10 kJ/cm时,焊缝、熔合线、熔合线向外1 mm、熔合线向外3 mm处-20 ℃冲击功分别为75.2、56.4、69.6、123.4 J,焊接接头的显微硬度为279HV~312HV,粗晶区、细晶区和临界区为局部硬化区;当焊接接头的线能量提高至20 kJ/cm时,显微硬度相较于10 kJ/cm有所降低,增大的线能量会导致焊接接头发生一定程度的软化。V（C,N）析出相会通过促进针状铁素体的形核,使得纵横交错的针状铁素体之间能够更好地咬合,从而有效抑制裂纹的扩展,进而提高材料的冲击韧性。细晶区中均匀分布着大量细小的等轴晶,能够通过细晶强化及高角度晶界韧化机制改善低温冲击韧性。研究结果为制定合理的焊接工艺和轨道车辆转向架用钢的断裂安全评定奠定基础。
• Select
  22MnB5和QStE550TM的异种钢接头碳迁移现象分析

  张朋彦, 张明, 周磊磊, 梁恩荣, 朱志刚

  钢铁. 2024, 59(10): 86-95.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20230723

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  碳迁移一直是异种钢焊接所需要关注的重点问题,同时碳元素的迁移会导致焊接接头出现力学性能不均匀的情况。通过探究22MnB5和QStE550TM这2种低合金高强钢焊接后的碳迁移现象,为22MnB5和QStE550TM的异种钢焊接应用到实际汽车制造中提供理论支持。试验选用H08Mn2Si焊丝,采用钨极氩弧焊（TIG）对QStE550TM钢与22MnB5钢进行连接,并且利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射分析（EBSD）以及电子探针（EPMA）等表征方法研究异种钢接头碳迁移程度以及显微组织,利用万能试验机分析碳迁移现象是否对该异种钢接头的整体力学性能产生明显的影响。结果显示,焊接接头的焊缝区域及两侧热影响区主要由贝氏体组成,其中焊缝区域以大角度晶界为主,并且晶粒大小较为均匀。焊缝区域与热影响区的主要组成相为铁素体,也出现了（Fe,Ni）的第二相析出。22MnB5侧熔合界面存在C元素的偏聚,其增碳层厚度约为70 μm,增碳层的显微组成除了板条贝氏体,还观察到了羽毛状贝氏体与针状铁素体。接头的拉伸性能与弯曲性能良好,拉伸试样的断裂形式均为韧性断裂,位置为QStE550TM侧,弯曲试样经过面弯与背弯试验以后仍然完好并且均未出现裂纹。综合上述分析结果可知,此异种钢接头的碳迁移现象并未明显影响到整体力学性能,而且此接头不需在高温高压等极限环境下服役,因此,使用H08Mn2Si焊丝可以得到符合实际生产应用的异种钢接头。
• Select
  冷轧对Fe-28Mn-8Al-1C低密度钢微观组织和力学性能的影响

  栾泽伟, 熊毅, 厉勇, 杜楠, 李华飞, 任凤章

  钢铁. 2024, 59(10): 96-106.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240003

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  为了实现“碳达峰”和“碳中和”的战略目标,汽车轻量化已成为汽车工业的迫切需求。Fe-Mn-Al-C低密度钢因具有低密度和优异的力学性能被认为是第三代汽车用钢的候选材料之一。冷轧作为汽车用钢应用过程中的重要环节,其对低密度钢微观组织和力学性能的影响尚不明确,因此,通过对Fe-28Mn-8Al-1C奥氏体低密度钢进行不同变形量的冷轧变形,并借助光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度计和万能拉伸试验机系统研究了冷轧对低密度钢微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着冷轧变形量的增加,试验钢晶粒由等轴状沿轧制方向逐渐被拉长,同时晶内产生大量滑移带,以协调剧烈的塑性变形,最终在90%变形量下形成纤维组织。冷轧过程中位错滑移是塑性变形的主要机制,在低应变条件下,试验钢表现出位错平面滑移特征,形变亚结构为相互平行的滑移带,相应的形变织构为Copper织构;而在高应变条件下,则表现出交滑移的特征,形变亚结构为位错墙和位错胞,并且Copper织构逐渐转变为Brass织构。变形导致试验钢位错密度急剧增加,位错交互作用显著加强,在90%变形量下,试验钢的晶粒尺寸细化至76.5 nm。试验钢的强度、硬度随着变形量的增加而显著增大,但伸长率则急剧下降,在90%变形量下,钢的抗拉强度、屈服强度和硬度达到最大,分别为1 706 MPa、1 653 MPa和531HV,伸长率则下降至5.3%。相应的断口形貌则由固溶态的韧性断裂转变为90%变形后的韧脆混合性断裂。
• Select
  11Cr-5.5Co-2.5W马氏体耐热钢蠕变性能与长时持久强度预测

  董贞, 蒋聪聪, 陈雷, 向志东

  钢铁. 2024, 59(10): 107-117.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240073

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  耐热钢在高温环境下的长时蠕变持久强度评估和微观组织稳定性研究一直是业界关注的焦点。为此,以一种未添加氮的11Cr-5.5Co-2.5W（质量分数,%）马氏体耐热钢为研究对象,开展了650、675、700、725 ℃不同应力条件下的短时蠕变断裂试验,通过OM、SEM、EDS、XRD、TEM等多种表征技术,对试验钢微观组织和析出相进行分析;基于新蠕变模型结合Monkman-Grant关系式,对该耐热钢在600、650 ℃下服役10⁵ h的持久强度进行评估,并将预测结果与同条件下的P92钢进行了比较。结果显示,该耐热钢经过正火（1 100 ℃保温1 h）和回火热处理（780 ℃保温1 h）后,得到了全马氏体组织,析出相主要为M₂₃C₆、MX相,在蠕变试验后钢中还观察到了Laves相,未发现Z相等其他相生成。基于短时蠕变试验结果（断裂时间短于5 000 h）,通过新蠕变模型结合Monkman-Grant关系式预测得到,该钢在600、650 ℃下服役10⁵ h的持久强度依次为108、52 MPa;蠕变试样微观组织和析出相定量分析结果显示,在测试应力比σ/σ_TS（应力/拉伸强度）区间（0.229~0.493）内,马氏体板条和边界处析出相尺寸的粗化速率随应力比项的降低无明显变化,表明利用新蠕变模型研究马氏体耐热钢的蠕变行为与微观结构演变之间的关系是可行的。此外,与P92钢相比,虽然在相同条件下该耐热钢展示了更高的高温抗拉强度,但其10⁵ h蠕变持久强度的预测结果略低,这一差异主要与钢在2个过程中的强化机制和微观结构演变不同相关。
• Select
  热处理对SLM H13钢组织和摩擦磨损性能的影响

  韩李雄, 王岩, 张朝晖, 刘世锋, 刘伟, 左乾隆, 党宇

  钢铁. 2024, 59(10): 118-129.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240173

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  系统探讨了热处理对选区激光熔化（selective laser melting, SLM）技术制备的H13工具钢的微观组织和摩擦磨损性能的影响。基于780℃和830 ℃ 2种热处理温度,通过改变热处理条件来研究其对SLM-H13钢微观结构和摩擦磨损性能的影响。试验采用电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度测试及摩擦磨损试验等方法进行材料表征。研究发现,热处理显著改变了材料的微观组织,780 ℃和830 ℃热处理的样品展示了不同的组织演变,组织变化导致磨损性能也有所不同。在室温下,未经热处理的SLM-H13钢表现出细小的细胞状网格和柱状晶体结构,这些特征是SLM工艺快速凝固过程的典型结果,同时显示出最优的摩擦磨损性能,具有较低的摩擦系数和磨损率,其磨损机制主要为磨粒磨损。对经过780 ℃和830 ℃热处理的样品进行了系统分析,结果表明热处理显著改变了SLH-H13钢的微观结构,主要表现为熔池边界逐渐消失、晶粒出现粗化、晶界开始均匀重组,此外,残余奥氏体和马氏体的晶体取向也发生了演变,这些微观结构的变化对摩擦磨损性能有直接影响,表现为780 ℃和830 ℃的磨损率都较打印态样品的磨损率出现了增加,其磨损机制为磨粒磨损与疲劳磨损,随着热处理温度升高还表现出氧化磨损的特征。研究表明,适当的热处理可以调整SLM-H13钢的微观结构,但对其磨损性能的提升作用有限,这一发现对于SLM H13钢在苛刻工况下的应用提供了重要的微观机制理解和指导。
• Select
  扫描策略对HTSLM制备316L/IN718梯度材料组织性能的影响

  宿美霞, 姜风春, 王民乐, 张梦醒, 褚韦涵, 刘雨, 王长军

  钢铁. 2024, 59(10): 130-140.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240205

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  随着现代工业对高性能材料的需求日益增长,功能梯度材料（FGM）因其在不同区域具有不同性能的特点而受到广泛关注。镍铁基FGM因其优异的高/低温复合综合力学性能和耐腐蚀性,在航空航天、石油化工等领域具有重要应用前景。传统制造方法在制造FGM方面的局限性限制了其应用,而增材制造技术可制造高度复杂的零件,同时降低损耗,为制造复杂的FGM结构奠定了基础。通过高通量选区激光熔化设备（HTSLM）研究了扫描策略（扫描方式、不同搭接率）对316L/IN718功能梯度材料的成形件孔隙、微观组织和力学性能的影响规律,研究结果表明,扫描方式对316L/IN718功能梯度材料的影响要大于搭接率,条带状扫描方式、扫描间距等于激光光斑直径的工艺参数成形的316L/IN718功能梯度材料的抗拉强度和屈服强度最高,分别为854 MPa和676 MPa。随着IN718含量减少,微观组织以Laves相为主的柱状晶减少,梯度材料的显微硬度线性降低,Ni、Nb、Mo固溶增量的降低是导致显微硬度降低的主要原因,而成分变化过快和Laves相的存在是导致界面结合性能差和裂纹形成的重要原因。研究结果有助于选择合适的扫描策略,了解高通量选区激光熔化制造功能梯度材料的成形机理,对比不同扫描方式和搭接率下316L/IN718 FGM的微观组织和力学性能,旨在为制造高品质的功能梯度材料提供有益的指导和参考。
冶金流程工程
• Select
  基于流程仿真的炼钢-连铸区段运行效率分析

  杨建平, 高攀, 姚柳洁, 白雪峰, 孙亮, 王顺国, 赵晓东, 韩伟刚

  钢铁. 2024, 59(10): 141-152.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240186

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  炼钢-连铸区段是钢铁制造流程的核心区段,其运行效率对于流程整体运行的高效-稳定、协同-连续具有重要影响。如何进一步提升炼钢-连铸区段的运行效率,是“碳达峰”“碳中和”背景下钢铁行业面临的重要课题之一。以国内某转炉炼钢厂为研究对象,基于实际生产数据的解析,采用Python工具构建炼钢-连铸区段运行仿真模型,并以钢包周转周期、在线周转钢包数量、出钢至开浇时间、周转过程总等待时间、最大完工时间作为评价指标,系统研究排程规则等生产因素对炼钢-连铸区段运行效率的影响。此外,基于低碳、低成本生产的迫切要求,初步探究转炉高废钢比冶炼和夜间LF精炼类钢种集中生产2类模式下炼钢-连铸区段的运行效率。研究结果表明,所研究生产因素对炼钢-连铸区段运行效率影响程度的排序为排程规则>工序作业周期匹配性>工序作业周期波动。相比于炉机一一对应和设备作业均衡排程规则,所研究炼钢厂目前采用的设备最早可用排程规则更适用于复杂生产工况,在此基础上,通过缩小精炼周期波动范围可进一步提高炼钢-连铸区段运行效率。所研究炼钢厂“1座转炉高废钢比冶炼+2座转炉常规冶炼”的模式具有可行性,对于超低碳钢,高废钢比炉次的比例控制在15%为宜,同时,为保证运行效率,需满足前后工序生产节奏的匹配。夜间LF精炼类钢种集中生产模式能否有效实施的关键在于连浇炉数的控制,其中,典型低碳钢、包晶钢的合理连浇炉数范围分别为8~12炉和6~9炉。提出的流程仿真方法也可用于炼铁、轧钢等区段运行效率的研究,具有较高的普适性。
环保与能源
• Select
  烟气净化碳基材料产品质量及检测团体标准解读

  康建刚, 李国政, 崔泽星, 李小龙, 李俊杰, 魏进超

  钢铁. 2024, 59(10): 153-163.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240138

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  活性炭法烟气多污染物协同高效净化技术已广泛应用于钢铁烧结和球团烟气处理,其核心碳基材料直接决定了该技术应用的安全性、稳定性及经济性。然而,当前执行的碳基材料产品质量标准及检测标准存在针对性不强、检测方法待完善、检测设备待提升等问题,为规范统一烟气净化碳基材料性能检测及质量分级,亟需制定一套能同时实现技术先进、科学准确、方便快捷的检测标准及质量标准。为此,在中国冶金建设协会的指导下,由国内某设计院会同有关单位共同编制完成了《烟气净化碳基材料产品质量标准》和《烟气净化碳基材料产品检测标准》,编号分别为T/CMCA 40027—2022和T/CMCA 40028—2022。2项标准均自2023年2月1日起实施,标准实施1年来,市场反馈良好,对指导碳基材料企业产品生产、钢铁企业产品应用起到了积极地促进作用。为了进一步推动上述2项标准更快更好地应用于生产实际,从标准编制背景、活性炭法烟气多污染物协同高效净化技术分类、主要标准内容、指标设置、方法创新、设备创新等角度展开详细的解读。指标设置方面,新增了湿容量指标,重新规定了SO₂（循环）吸附值及循环脱硫脱硝性能概念及测试方法,标准服务工程针对性更突出;方法创新方面,重新规定了耐磨强度、耐压强度、堆积密度测试方法,测试结果更接近真实值;设备创新方面,开发了粒度分布、着火点、挥发分测试设备,测试效率大大提高,测试结果更加准确。