2025年, 第60卷, 第3期　刊出日期：2025-03-15

  

• 全选
  |

综合论述
• Select
  钢渣处理技术及资源化利用研究进展

  安胜利, 黄兰, 柴轶凡, 陈宇昕, 彭军, 张芳

  钢铁. 2025, 60(3): 1-12.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240557

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  钢铁工业在经济社会发展过程中占有十分重要的地位。随着中国钢铁产量的持续增长,钢渣的后续处理问题日益突出。由于钢渣稳定性差、耐磨性高和胶凝性低等问题,钢渣的处理和资源化利用受到限制,大量钢渣被堆放处理,不仅占用土地资源,而且可能对周围环境造成危害。在“绿色可持续发展”和“碳中和”背景下,为满足现代钢企对环保和资源再利用的迫切需求,发展钢渣的处理和资源化利用技术势在必行。综述了钢渣处理技术和资源化利用的研究进展,总结了目前主流的钢渣处理工艺,包括预处理工艺、钢渣改性工艺和湿法处理工艺。详细阐述了不同处理工艺的技术特点、资源回收及产品潜在的应用途径,分析对比了不同处理工艺的技术优势。此外,还讨论分析了钢渣应用于环境修复领域的探索和研究进展,指出了钢渣在该领域的应用潜能和未来的研究方向。中国钢渣资源化利用仍面临着预处理和高质化应用领域拓展技术突破等诸多问题。旨在通过对钢渣处理技术以及资源化利用的综述分析,提出未来钢渣研究在关注显热的充分利用、铁等有价资源回收的同时,更应着重关注和加强钢渣成分和物相演变调控等基础研究。在此基础上,应锚定环境修复、新材料及高值化产品的制备等方向开发新技术,拓展钢渣高质化利用,提高钢渣综合利用率。
• Select
  差示扫描量热法在钢铁及合金研究中的应用

  庄昌凌, 向江华

  钢铁. 2025, 60(3): 13-25.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240518

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）是1种能够定量捕获材料在热变化过程中的热物性变化和热转变信息的精密技术,兼具精度高、测试速度快且所需样品少等优点。DSC技术的发展极大地扩宽了钢铁及合金领域材料性质的测试范围,推动了对材料热转变过程中热力学和动力学的深入研究。以DSC的基础理论为出发点,概述了DSC的分类和信号构成,全面回顾了DSC在钢铁及合金领域的应用现状,阐述了DSC在这些应用中的优势和局限性,包括在钢铁及合金材料的比热容、相变、第二相析出与分解以及非晶合金的玻璃化转变等研究中的应用。同时,探讨了DSC与其他技术的联合应用现状。此外,还总结了利用DSC获取的热分析信息进行动力学研究的现状,包括在合金相变动力学参数中活化能及转变机理的研究,以及合金转变动力学曲线的建立。利用DSC综合分析钢铁和合金的热物性参数,深入理解合金相转变的热力学和动力学,有望为合金材料的开发、生产和应用提供强有力的理论支持。
原料与炼铁
• Select
  大型带式球团焙烧机的开发与应用

  王新东, 张文强, 高冰, 潘建

  钢铁. 2025, 60(3): 26-35.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240457

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  球团与烧结生产相比更节能、更环保,采用高比例球团炉料结构是高炉实现低碳绿色炼铁的有效途径。高炉进行高比例球团冶炼,实现熔剂性球团的工业化生产是关键,带式焙烧机生产熔剂性球团具有很大的工艺优势。唐钢新区3座3 000 m³级高炉设计采用50%~70%球团的炉料结构,并配套建设了2台624 m²大型带式焙烧机。为了打破国外对大型带式焙烧机的长期技术垄断,唐钢对带式焙烧机工艺技术及装备进行了全面研发。通过精粉预处理、配矿及焙烧工艺技术的开发,掌握了中高硅熔剂性球团生产技术;通过装备国产化的设计制造与应用研究,实现了大型带式焙烧机核心装备的国产化,打破了国外的长期垄断;通过智能化技术开发与应用,实现了球团产线的高效协同,显著提高了带式焙烧机的生产效率;通过低能耗低排放技术的开发与应用,大大降低了球团工序能耗和污染物排放量,实现了低碳绿色生产。大型带式焙烧机的开发应用首次实现了全自主研发设计及装备的国产化,为带式焙烧机的推广应用打开了新局面。唐钢已成熟掌握熔剂性球团生产技术和高炉高比例球团冶炼技术,其对高炉炉料结构的探索和实践为中国高比例球团炉料结构的推广应用起到很好的引领示范作用。
• Select
  烧结矿热电性及其与I_{RD>3.15 mm}的关系

  韩秀丽, 段博文, 李孟倩, 司天航, 王伟伟, 饶明军

  钢铁. 2025, 60(3): 36-44.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240540

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  低温还原粉化指数（I_{RD>3.15 mm}）是衡量烧结矿质量的重要指标,但目前测试方法复杂、设备要求高、测试时间长。为了寻找简单、绿色、高效的测试方法,借助偏光显微镜、热电系数测试仪等测试手段,对河北省内5种典型的高碱度烧结矿进行了热电系数的系统测定,分析了烧结矿热电性与I_{RD>3.15 mm}之间的关系。结果表明,5种高碱度烧结矿均具有明显的热电性,热电系数主要分布在60~270 μV/℃,且其热电系数与I_{RD>3.15 mm}之间存在明显的负相关性。因烧结矿结构不均匀,同一样品不同区域的热电性也不同,原生粒状赤铁矿集中分布的区域不具备热电性;由铁酸钙与磁铁矿构成的交织/熔蚀结构区域,热电系数主要分布在60~160 μV/℃,热电系数平均值为114.77 μV/℃;定向排列集中分布的次生骸晶赤铁矿区域,热电系数明显增大,主要分布在190~270 μV/℃,热电系数平均值为221.81 μV/℃;次生骸晶赤铁矿含量是决定烧结矿热电系数平均值大小的关键因素,随着次生骸晶赤铁矿含量的增加,烧结矿热电系数平均值随之增大,I_{RD>3.15 mm}随之变小。烧结矿的热电系数平均值、次生骸晶赤铁矿含量、低温还原粉化指数I_{RD>3.15 mm}三者之间存在明显相关性,该成果为烧结矿低温还原粉化性能评价提供了一个新思路,这对矿物热电性特征在冶金领域的应用具有指导意义。
• Select
  基于数据聚类及特征提取的高炉操作炉型

  吴亚明, 黄云, 陶林和, 吴志慷, 蔡学斌, 左海滨

  钢铁. 2025, 60(3): 45-55.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240531

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  合理操作炉型是高炉长寿、稳定顺行和获得良好经济技术指标的关键。基于某钢厂高炉生产数据,探究高炉炉型优化方法,为高炉操作提供科学指导。首先采用孤独森林法和箱型图法对数据进行噪声识别和处理,并基于主成分分析（PCA）进行降维,消除噪声和数据冗余,为后续聚类分析提供高质量的数据基础。随后,对比了K-means和DBSCAN 2种聚类算法的应用效果。K-means算法在聚类簇数为14时得到最佳轮廓系数,表明高炉炉型可分为14类;DBSCAN算法在邻域半径E_ps和最小邻域样本数min_samples为6.25和2时表现出更低的戴维森堡丁指数,聚类效果最佳,并能有效识别任意形状的聚类,尤其适合处理高炉生产数据的复杂性和非线性特征。为了评估不同炉型的优劣,建立了基于生产指标综合评分的操作炉型评价方法,选取焦比、燃料比、产量和铁损作为关键绩效指标,并赋予不同的权重。结果表明,第4类炉型在高炉操作指标方面表现最优,可作为合理炉型的操作目标。为了实现高炉炉型优化,利用随机森林法探究了高炉操作参数与炉型之间的隐式关系,确定了影响炉型的关键特征参数,包括布料矩阵参数、透气性指数、煤气利用率和标准风速等。通过分析炉型演变过程和高炉参数变化趋势,发现炉型恶化主要与透气性下降有关,进而导致气流分布不均、煤气利用率降低和压差上升。建立了优化高炉炉型管理的新方法,可为现场人员提供有价值的数据分析和操作指导,有助于提高高炉操作水平,降低能耗和成本,实现高炉长寿、稳定顺行和高效生产。
炼钢
• Select
  转炉提钒吹炼不同阶段熔池的搅拌特性

  高郅喆, 吕明, 侯娜娜, 郝翊杰, 魏国立, 侯福庆

  钢铁. 2025, 60(3): 56-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240525

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  转炉提钒吹炼各阶段冶炼任务不同,且熔池成分和温度不断变化,使得冶炼不同阶段下的供氧枪位、流量等工况条件发生变化,导致吹炼不同阶段熔池的搅拌特性有所差异。建立了转炉熔池搅拌能模型,研究了不同吹炼阶段温度、供氧流量及底吹变化对熔池搅拌能的影响。发现转炉提钒过程各阶段顶吹搅拌能量密度均明显小于底吹搅拌,化学反应产生的CO气泡搅拌能仅占熔池搅拌能的0.41%~1.74%。随着冶炼的进行,顶吹搅拌能密度由165.30 W/t先降低至144.63 W/t,后逐渐升高至192.84 W/t;CO气泡产生的搅拌能密度最高为15.21 W/t;底吹氮气产生的搅拌能密度由786.92 W/t逐步升高至865.57 W/t。冶炼过程中,通过改变不同阶段顶吹枪位与底吹流量,合理增大了熔池搅拌能,并可有效降低碳损失。在此基础上,利用1∶3水模型试验研究了不同马赫数、供氧流量、枪位及底吹强度对熔池冲击特性和混匀时间的影响。随着吹炼的进行,马赫数为1.97时熔池冲击深度为61~90 mm,占熔池深度的19.93%~29.41%,冲击直径变化为37.41%~42.54%,混匀时间最长为54 s,最短为39 s,优化了转炉提钒工艺制度。此外,当底吹强度大于0.09 m³/（min·t）后,熔池混匀时间显著降低,底吹供气强度达到0.12 m³/（min·t）时,熔池搅拌强度增幅降低,当底吹流量增加至0.15 m³/（min·t）时,熔池混匀时间达到最小值27 s。为了减少熔池混匀时间,可适当增大底吹强度,提高提钒效率。通过调整提钒吹炼不同阶段枪位与供气强度,合理控制熔池的搅拌特性,有利于实现转炉提钒保碳。
• Select
  换包过程中间包结构对渣层行为及夹杂物影响

  宋锦涛, 陈超, 王天扬, 耿梦姣, 戎志仁, 任德康, 王佳, 范晋平

  钢铁. 2025, 60(3): 66-77.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240538

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  某企业6流偏流浇注中间包曾使用2种湍流抑制器,即圆柱型湍流抑制器和冲击垫,为评价2种中间包在换包过程的冶金效果,通过工厂取样、物理模拟和数值模拟的方法,研究2种结构中间包的流场分布、换包过程水模型中卷渣情况,应用粒子图像测速技术（PIV）测量流场分布以及水油界面速度变化,通过工厂取样及扫描电镜-能谱仪（SEM-EDS）探究换包过程2种结构中间包中夹杂物形貌、尺寸和成分的变化规律。结果表明,中间包内速度空间分布不均匀,冲击区速度较大,边流处速度较小,圆柱型湍流抑制器中间包存在向上的折返流。正常浇注速度（2.65 t/min）时,2种类型中间包水油界面处流体的最大速度均为50 mm/s左右,水油界面相对稳定。换包后快速注流（5 t/min）时,圆柱型湍流抑制器中间包中注流区靠近壁面处形成环流,远离壁面处形成平行于液面流向出口的强烈水平流,水油界面最大速度为285.16 mm/s,渣眼面积为735.42 cm²,冲击区卷入大量大尺寸油滴。冲击垫型中间包注流区形成沿着壁面处向上的流场,水油界面最大速度为186.54 mm/s,渣眼面积为399.27 cm²,冲击区有卷入的小油滴形成水油混合物。换包前后中间包取样结果表明,浇注末期2种类型中间包内均未发现大尺寸（≥50 μm）夹杂物,当液位重新上升至正常工作液位时,圆柱型湍流抑制器中间包发现尺寸为240.32 μm的大型夹杂物,夹杂物平均尺寸由13.18 μm增加到29.88 μm,大尺寸（≥50 μm）夹杂物所占比例为24%,夹杂物中CaO质量分数明显增加;冲击垫型中间包内未发现大于100 μm夹杂物,夹杂物平均尺寸基本不变,大尺寸（≥50 μm）夹杂物所占比例为6.7%。整体上冲击垫的冶金效果在一定程度上优于圆柱型湍流抑制器。
• Select
  精炼渣中w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））对钢液脱硫的影响

  陈国俊, 刘晓峰, 王举金, 陈露涛, 任英, 包广团, 张立峰

  钢铁. 2025, 60(3): 78-85.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240555

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  为了研究精炼过程中精炼渣w（（CaO））/w（（Al₂O₃））对钢液脱硫效果的影响,通过工业试验调整LF炉精炼渣中的w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））,并分析钢中硫含量变化规律,发现与w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））为1.6的精炼渣脱硫效果相比较,w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））为2.0精炼渣的脱硫效果更好。计算了不同w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））的精炼渣的熔化温度、固相分数、黏度和硫容量,发现在1 873 K下,当精炼渣中w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））大于1.8时,精炼渣由完全液相开始向半液相转变,并且精炼渣的固相分数在持续升高。此外,在硫容量C_S的基础上考虑黏度对精炼渣脱硫能力的影响,提出用1个无量纲的脱硫指数（S_index）表示精炼渣脱硫的能力。随着精炼渣中w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））的增加,精炼渣的黏度呈现先降低后升高的趋势,当w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））为1.8时,黏度η处于最低位置;随着渣中w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））的增加,C_S值逐渐增加;随着精炼渣中w（（CaO））/ w（（Al₂O₃）） 的增加,S_index值呈现先升高后降低的趋势,当w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））为2.0时,脱硫指数S_index处于最高位置,因此将渣的w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））控制在1.8~2.0更有利于提高渣的脱硫效率。最后,通过对1 600 ℃下CaO-Al₂O₃-SiO₂-5.68%MgO四元系精炼渣的脱硫指数进行计算,在精炼渣为液相的前提下,精炼渣中w（（CaO））/w（（Al₂O₃））越高,渣的脱硫指数S_index越大,钢液的脱硫效果越好。
压力加工
• Select
  IF钢轧制过程表层大尺寸夹杂物变形行为

  王博, 武红杰, 孙立根, 肖鹏程, 朱立光, 张彩东

  钢铁. 2025, 60(3): 86-94.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240496

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  IF钢以其优异的深冲性能广泛应用于汽车面板、家电面板制造等方面。因此,对其表面质量有着严苛的要求,而由大尺寸夹杂物引起的表面质量缺陷仍然是生产过程中不可避免的问题。根据IF钢中大尺寸夹杂物尺寸及分布规律,针对不同位置、不同尺寸大尺寸夹杂物在轧制过程中的变形特点展开相关研究。通过铸坯预制夹杂物的方法进行了实验室热轧试验,并建立了相应的有限元模型,通过试验验证了模型的正确性。同时根据现场轧制工艺,建立了IF钢板坯表层大尺寸夹杂物轧制过程演变模型。分析了直径为0.1、0.5、1.0 mm 3个尺寸距表层不同深度夹杂物的变形规律。研究发现,距表层越近,夹杂物沿轧制方向长度变化越大。距表层5、10、15 mm直径为0.1 mm夹杂物变形率分别为11.353、9.884、7.859,直径为0.5 mm夹杂物变形率分别为9.124、8.016、7.411,直径为1.0 mm夹杂物变形率分别为7.906、7.156、6.830。通过比较不同直径相同位置夹杂物变形规律可以发现,相同深度夹杂物直径越大,变形率越小。直径为0.1、0.5、1.0 mm夹杂物距表层5 mm变形率分别为11.353、9.124、7.906,距表层10 mm夹杂物变形率分别为9.884、8.016、7.156,距表层15 mm夹杂物变形率分别为7.859、7.411、6.830。同时发现,轧制初期总压下率低于30%时夹杂物变形不明显,而随着轧件厚度的减薄压下率增加,夹杂物沿轧制方向明显伸长。
• Select
  热轧高强钢宽向性能差异对冷轧变形行为及调控影响

  李晓华, 李旭, 原浩, 韩月娇, 王青龙, 王鹏飞

  钢铁. 2025, 60(3): 95-103.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240533

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  在高品质板带钢生产中,热轧高强度带钢在宽向上存在性能差异的现象对其在冷轧过程中的质量稳定性控制具有较大负面影响,是目前制约该类产品板形控制精度的主要原因之一,也是制约该类板带钢进一步薄规格化的瓶颈之一。针对此类问题,以某1 780 mm带钢冷连轧机为原型,基于弹塑性有限元法建立了考虑轧件宽向性能分布差异的高强钢三维冷轧仿真模型,宽向厚度分布计算值与实测厚度分布高度一致,稳定轧制阶段轧制压力计算值与实测值相对误差控制在±6%以内,轧后带钢中心厚度计算值与实测值相对误差控制在±0.2%以内。通过宽向性能差异化数值仿真,分析了轧件原始宽向性能差异对金属三维变形、轧制压力分布及板形调控的影响规律,描述了此类差异对板凸度及板形的影响情况。结果表明,在接触变形区内工作辊和带钢接触轧制压力三维分布与轧件原始力学性能分布趋势高度相似,而均质模型的轧制压力在整个带钢宽度范围内的数值接近一致,宽向性能的固有差异导致板形执行机构对带钢板凸度及平直度的调节影响是非对称的,板形调控随着带钢中部和边部变形抗力差的增大变得更具挑战性,且随着带钢宽向平均变形抗力的增加愈加困难。在相同设备工艺下,板形执行机构对宽向性能存在原始差异的带钢形状调节能力弱于均质带钢,最终导致板形调节偏差的产生。
• Select
  控制轧制对直接淬火EH500海工钢的组织与性能影响

  罗登, 朱拓, 高海亮, 肖大恒, 李艳梅, 叶其斌

  钢铁. 2025, 60(3): 104-116.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240482

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  控制轧制调控奥氏体组织状态,对直接淬火高强钢的组织与性能至关重要。以EH500高强海工钢为研究材料,探讨控制轧制工艺对其直接淬火后微观组织与力学性能的影响。钢板经过不同温度控制轧制后,分别在温度为780、820、860 ℃时开始直接淬火,并在550 ℃进行回火热处理。结果显示,随着直接淬火温度升高,显微组织由带状分布变成均匀分布,铁素体体积分数由60%减少至20%,贝氏体体积分数则从40%增加到80%,晶粒尺寸从5.0 µm增加到5.4 µm,大角度晶界密度由0.34 µm^-1增加至0.41 µm^-1,织构组元从变形织构{113}〈110〉和{332}〈113〉演变成旋转立方织构,并且织构强度从8.92大幅降低至3.26和2.64。回火对显微组织形态、铁素体与贝氏体比例、晶粒尺寸和织构组元类型影响很弱,但将马氏体/奥氏体组元转变成碳化物,并使角度晶界密度增加至0.37~0.42 µm^-1,也使织构强度降低至3.88、2.71和1.82。直接淬火温度升高将屈服强度从438 MPa提高到509 MPa和529 MPa,但将-40 ℃冲击功从87 J降低到84 J和56 J。550 ℃回火后,屈服强度分别增加至526、556、560 MPa,-40 ℃冲击功分别提高至237、266、256 J,均满足EH500钢强度和冲击韧性指标要求。
钢铁材料
• Select
  中碳高硅Q&P钢马氏体相变动力学

  刘曼, 周明星, 陈振业, 尹伟凡, 徐光

  钢铁. 2025, 60(3): 117-124.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240552

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  目前常用经典的K-M（Koistinen-Marburger）模型描述钢的马氏体相变动力学,但模型的准确性与钢种成分密切相关。基于不同冷却速率的淬火试验,采用膨胀法、金相法研究了常见中碳高硅淬火-配分（Q&P）钢的马氏体相变动力学规律,并基于传统K-M模型建立了适用于中碳高硅Q&P钢的改进马氏体相变动力学模型,并对其进行了验证。结果表明,不同冷却速率下,中碳高硅Q&P钢的马氏体相变动力学曲线呈“S”形,而不是“C”形,相变过程可分为开始相变的加速期、中间相变的高速期和最后相变的减速期,这可能是马氏体的自回火现象引起的。此外,靠近马氏体相变开始温度形成的马氏体较为粗大,此时温度较高,碳从过饱和马氏体板条扩散到周围未转化的奥氏体中,奥氏体碳富集增加了残余奥氏体的稳定性,使得过冷度需要进一步增加才能继续发生马氏体相变,从而降低了残余奥氏体的马氏体相变开始温度。马氏体相变动力学方程指数β为1~2的常数。β值对淬火温度的敏感性取决于钢的碳含量。碳含量升高时,β值对淬火温度的敏感性显著降低,基本可以忽略。速率参数α为淬火温度的3次多项式函数,随着冷却速率的增加,速率参数α逐渐降低,这表明马氏体相变可能是一个与时间有关的相变;而方程指数β逐渐增加,这与奥氏体塑性调节对马氏体相变的抑制作用有关。改进K-M模型考虑了马氏体相变的瞬时动力学特性,与试验数据的匹配度较传统K-M模型更好。
• Select
  电渣重熔态Cr8冷作模具钢中碳氮化物的析出

  汪威, 柯德庆, 李航, 潘应君, 杨文斌

  钢铁. 2025, 60(3): 125-137.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240423

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  冷作模具钢中碳化物的调控一直是业界关注的焦点。为改善国产模具钢的性能,延长使用寿命,以国产电渣重熔态的Cr8冷作模具钢中析出物为研究对象,利用扫描电子显微镜（SEM）、电子探针显微镜（EPMA）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）等多种表征技术,对试验钢的析出相进行定性和定量分析。利用Thermo-Calc-TCFE7数据库计算了试验钢平衡凝固条件下的相图;基于Wagner和Scheil模型计算了不同温度区间碳氮化物的溶度积和试验钢非平衡凝固条件下碳氮化物的析出温度。结果显示,该电渣重熔态的Cr8冷作模具钢中存在M₇C₃（M为Cr、Fe）、MC（M为V）、M₂C（M为Mo）、M₂₃C₆（M为Cr、Fe）、M₆C（M为Mo、Fe）、TiN-VC型析出物。其中TiN最先在液相中析出,是后析出碳化物的形核核心;其次共晶碳化物Cr₇C₃、VC、Mo₂C分别在1 618、1 560、1 528 K于固液前沿的液相中沿晶界析出,尺寸均大于5 μm;晶粒内部的二次碳化物Cr₂₃C₆最后在1 083 K于固相中析出,是纳米级碳化物,尺寸小于500 nm。另外,晶界处固液两相区析出的共晶碳化物Cr₇C₃、VC、Mo₂C在尺寸上较为粗大的原因为,由于钢液凝固时受固液前沿过冷度的影响,导致其长大速率大于形核速率。因此,提高凝固速率、增大形核速率同时升高锻造和热处理温度是控制钢中共晶碳化物尺寸的有效方法。促进细小的二次碳化物M₂₃C₆和M₆C均匀析出能够提升Cr8冷作模具钢的综合力学性能。研究结果可为Cr8冷作模具钢热处理工艺的改进和第二相的控制提供有效的理论依据。
• Select
  共格TiN/α-Fe界面的氢陷阱特性

  刘纪龙, 王恒, 周立新, 万五霞, 高继峰, 许高永, 索进平

  钢铁. 2025, 60(3): 138-146.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240476

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  向钢中引入不可逆氢陷阱是提高结构钢抗氢脆能力的常用方法,为揭示以α-Fe为基体的高强钢中TiN析出相界面的氢陷阱特性,在TiN/α-Fe 界面的微观分析基础上,利用热脱附质谱对具有不同TiN/α-Fe 界面错配度的0.21Ti-0.08N-Fe（质量分数,%）材料的氢陷阱特性进行表征,并使用第一性原理模拟计算TiN/α-Fe界面上氢陷阱的氢吸附强度,探究界面上氢束缚位点吸附氢的机制。试验结果表明,包含不同TiN/α-Fe 界面的4种样品的低温脱附峰特征非常相近,中温峰的高低与样品中半共格界面的含量正相关,高温峰的高低与样品中共格TiN/α-Fe界面含量正相关。共格TiN/α-Fe界面最多的样品具有最多的不可逆陷阱,不同界面对氢原子的束缚能力顺序为共格界面>半共格界面>非共格界面。模拟计算结果表明,在具有B-N位向关系的共格TiN/α-Fe界面上,八面体间隙、混合四面体间隙和纯铁四面体间隙都是有效的束缚氢原子位点,八面体间隙的氢束缚能最低（-0.10 eV）,更靠近界面的混合四面体间隙的氢束缚能（-0.04 eV）,低于纯铁四面体间隙（-0.01 eV）。氢原子溶入前后间隙周围原子间距变化以及电荷密度分布变化显示,界面处α-Fe一侧的晶格错配产生的应力场能够促进这3种间隙特别是八面体间隙对氢原子的束缚,可以有效阻碍氢在钢中的扩散。通过适当的热处理调控钢中TiN/α-Fe 界面的性质,增加不可逆氢陷阱含量,降低氢扩散系数,有利于提高微合金化结构钢的抗氢脆能力。
• Select
  Nb对304奥氏体不锈钢抗熔盐高温腐蚀性能的影响

  章楷欣, 肖桂枝, 王帆, 邹雨天齐, 邹德宁, 张威

  钢铁. 2025, 60(3): 147-155.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240520

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  聚光太阳能发电站通常采用NaNO₃-KNO₃混合熔盐作为储热系统的传热流体,用于储热系统结构材料的304奥氏体不锈钢在该熔盐环境下的抗高温腐蚀性能尤为重要。微合金元素Nb在钢中的影响作用主要体现在细化晶粒、促进沉淀强化及提高强韧性等方面,其对304奥氏体不锈钢在太阳盐中的高温腐蚀机理尚不清楚,值得深入研究。采用恒温熔盐浸泡方法对含0.49Nb和0Nb的2组试验钢在565 ℃下进行了0~200 h的熔盐腐蚀试验,测定了腐蚀质量损失并计算了腐蚀速率;借助扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）等手段对材料腐蚀层和基体组织进行了表征。研究结果表明,当腐蚀时间为200 h时,0Nb和0.49Nb的腐蚀速率分别为178.1、133.9 μm/a,这表明添加Nb元素后抗熔盐腐蚀性能更优;2组试样在表面均形成了双层腐蚀产物层,内层主要为FeCr₂O₄,外层则为Fe₂O₃和Fe₃O₄。Fe氧化物产生的内应力容易在腐蚀层内部产生缺陷或使腐蚀层剥落,引起熔盐中的氧化性离子侵入发生内氧化,导致Fe氧化物层的保护性变差。Nb在腐蚀层中含量较低,会在钢基体内部形成均匀弥散分布的NbC,并抑制晶界处Cr碳化物的析出,晶界处析出的Cr碳化物易导致晶间腐蚀,且晶间腐蚀会在腐蚀层中引入更多应力;不含Nb钢试样的腐蚀层更厚,内部会存在更多裂纹,这表明Nb元素的加入会提升304奥氏体不锈钢在熔盐中的抗高温腐蚀性能。
环保与能源
• Select
  烧结过程挥发性有机物排放特性

  王毅璠, 于清海, 李亚飞, 罗云飞, 丁龙, 李永涛, 龙红明

  钢铁. 2025, 60(3): 156-165.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240527

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  铁矿烧结过程主要依赖焦煤提供能量,导致烧结烟气中挥发性有机物大量排放,对大气环境和人体健康产生危害。当前研究主要对烧结烟气中挥发性有机物（VOCs）排放总量和组分进行研究,但缺乏对烧结过程各阶段VOCs排放特征的研究。结合烧结杯试验及烧结机风箱支管的VOCs排放情况,探究了烧结过程VOCs 排放特性,研究了煤粉和焦粉对VOCs排放规律的影响,分析了不同燃料结构对VOCs排放的影响。研究结果表明,烧结过程的VOCs会持续排放,不同烧结机由于工艺参数差别,VOCs排放质量浓度为100~200 mg/m³。其中,非甲烷总烃（NMHC）质量浓度约占VOCs的10%。烧结过程VOCs释放分为4个阶段,第Ⅰ阶段VOCs的含量较高,主要来源于烧结点火气体的不完全燃烧。第Ⅱ阶段VOCs排放浓度略有升高,但整体较为稳定。第Ⅲ阶段烧结过湿层消失,VOCs的含量显著降低,被过湿层吸附的NMHC集中排放。第Ⅳ阶段,烧结周期结束,VOCs含量趋近于0。以焦粉为燃料的烧结烟气VOCs总量和NMHC含量显著低于煤粉,但以焦粉为燃料时,烧结烟气中NMHC含量在VOCs总量中所占比例较高。NMHC的主要成分包括甲苯、乳酸乙酯、苯、丙酮、正乙烷等,芳香族化合物是NMHC的主要成分。针对性地研究了烧结矿生产过程中4个阶段VOCs、TVOCs和NMHC的排放浓度和规律,说明了铁矿石烧结中VOCs的主要来源,可为烧结矿生产现场的VOCs减排工作提供指导。
• Select
  高炉渣调质钢渣的黏度与物相组成及结构

  王琳, 罗果萍, 郝帅, 安胜利, 柴轶凡, 张志明, 李晓莉

  钢铁. 2025, 60(3): 166-177.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240477

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  为实现钢渣的高效处理与资源化利用,研究利用高炉渣作为“改性剂”来调质改性高碱度钢渣,改善钢渣的物理性能,优化钢渣的矿物组成,揭示熔渣微观结构对黏度的影响机制。使用高温物性测定仪、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM-EDS）和拉曼光谱（Raman）对试验原料和改性渣分析。结果表明,随着混合渣碱度（1.6~2.4）的升高,其熔化温度先降低后升高。碱度为2.0时,高温物性最佳,此时高炉渣比例为35.19%（质量分数）、熔化温度为1 383.30 ℃、熔化时间为1.05 s,黏度（温度超过1 405 ℃时）低于0.25 Pa·s;均质反应效果良好,各矿物结构清晰,分布均匀,主要物相由钙铝黄长石（Ca₂Al₂SiO₇）、镁蔷薇辉石（Ca₃MgSi₂O₈）以及胶凝性矿物硅酸二钙（Ca₂SiO₄）和铝酸三钙（Ca₃Al₂O₆）等组成,实现了稳钙改质和胶凝材料富集。此外,碱度由1.6升高至2.0,熔渣微观结构中高聚合度单元发生解聚反应,低聚合度单元QSi0相对含量增多,简化了微观结构,聚合度参数n（BO/T）_e（网络结构中每个四面体平均拥有的桥氧数）降低至最低值0.87;碱度由2.0升高至2.4,[AlO4]参与网络构建的作用增强,高聚合度单元QAl3和QAl4增多,n（BO/T）_e值增加至1.69,熔渣聚合度的计算值与黏度试验结果吻合度较高。该研究可为高炉渣调质钢渣的黏度、优化钢渣的物相组成及结构的相关研究提供参考,有望促进钢铁固废（高炉渣、钢渣）的资源化利用。
• Select
  钢渣尾渣对烧结成矿的影响机制

  张露, 周仙霖, 罗艳红, 万军营, 李柳英, 陈铁军, 蒋佳颖, 余正雄

  钢铁. 2025, 60(3): 178-186.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240536

  摘要 ( ) XML 附件   可视化   收藏

  钢渣尾渣是炼钢过程中产生的主要固废,随着钢铁产量的增加,钢渣尾渣的堆存量逐年递增,对环境造成巨大影响。钢渣尾渣中CaO等碱性氧化物含量较高,最重要的一个利用方式是将其代替部分烧结熔剂返回烧结,但并不能确定钢渣尾渣是否参与烧结成矿,钢渣尾渣对烧结成矿的影响机制不明。因此,借助高温烧结基础特性试验方法研究利用钢渣尾渣与Ca（OH）₂试剂调节碱度对烧结高温基础特性的影响,并进行烧结杯试验,验证钢渣尾渣配入烧结中是否参与烧结成矿反应。通过X射线衍射和金相显微镜对烧结矿进行了工艺矿物学分析,揭示了钢渣尾渣参与成矿的相关机理。结果表明,配加钢渣尾渣的烧结原料,同化性温度降低,液相流动性指数增大,其主要因素是钢渣尾渣含有SiO₂,其含量增加时,橄榄石类的低熔点化合物相应增加,会促进硅酸盐低熔点体系的形成,从而液相量增加,黏结相强度增强,同时钢渣尾渣中的Al₂O₃会促使复合铁酸钙生成,有利于得到最优质的黏结相,铁酸钙生成量明显增多;以钢渣尾渣为熔剂时,在碱度为1.82时,烧结矿的转鼓强度达到65.5%,成品率达到82.8%,烧结矿显微结构中赤铁矿和磁铁矿多为斑状结构,铁酸钙多为针状;硅酸二钙多为柳叶状,铁酸钙与磁铁矿呈交织熔蚀嵌布结构,这说明在烧结中配入钢渣尾渣,能够促进烧结成矿反应。