2024年, 第59卷, 第12期　刊出日期：2024-12-15

  

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综合论述
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  板坯高拉速连铸结晶器冶金技术研究进展

  兰鹏, 艾宏洲, 徐国栋, 王迎春, 于湛, 李权辉, 李明, 张立岗

  钢铁. 2024, 59(12): 1-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240225

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  高拉速是板坯连铸领域的研究热点,对连铸装备设计、生产工艺、产品质量、成本控制、节能降耗等均有直接影响。对比来看,中国常规板坯连铸高拉速指标和国外仍有一定的差距,但一些企业率先完成了拉速高于1.8 m/min的探索,部分铸机已达到甚至超过了2.0 m/min先进水平。板坯高拉速连铸是一项系统工程,需要相关的配套技术才能实现高效、安全、稳定的生产,如浸入式水口结构和工艺参数、结晶器振动、保护渣、结晶器冷却、电磁控流、液位波动补偿等工作都有必要进行针对性的设计和优化。大量研究表明,结晶器内钢水的稳定流动和传热与坯壳均匀生长及其良好润滑是影响板坯高拉速连铸顺行和产品质量的关键因素。目前的技术水平下,板坯高拉速连铸主要集中在低碳钢和过包晶钢的生产中,而亚包晶钢和高碳钢的拉速虽有提高,但仍与前者有一定差距。高拉速连铸因钢种、坯型、设备、操作和技术水平的差异而具有不同的定义,不同时代的高拉速水平也大有不同。高拉速结晶器冶金技术是板坯高效连铸的核心保障,相关内容和结论可为业内学者和技术人员开展高拉速连铸工作提供理论和技术参考。
原料与炼铁
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  焦炉煤气零重整还原球团矿的冶金性能演变

  兰臣臣, 孙杞榕, 王新东, 刘存强, 张文强, 李洋, 吕庆

  钢铁. 2024, 59(12): 17-27.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240369

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  焦炉煤气零重整-直接还原工艺对于钢铁企业的绿色转型具有重要意义,节能减排效果显著。由于该工艺的还原气体组成具有较高的φ（H₂）/φ（CO）和一定量的CH₄气体,模拟该工艺的还原气氛条件,探索不同条件对球团矿还原过程中的还原性、抗压强度、还原膨胀率和整球率等冶金性能指标的影响,这对该工艺的顺行和节能具有重要意义。研究结果表明,随着反应温度的增加,球团矿的还原度、碳含量、膨胀率增加,抗压强度和整球率降低。还原温度由850 ℃增加至950 ℃后,碳含量的增加使还原反应后期球团矿膨胀和碎裂趋于严重且最大膨胀率对应的还原度由40%~50%变化至60%左右。利用H₂等量替代CO后,在反应前期由于还原速率的提高,球团矿的膨胀率逐渐增加,抗压强度和整球率降低;在反应后期,由于H₂对铁晶须的生长和碳沉积现象的抑制作用,球团矿的膨胀率降低,抗压强度和整球率升高。利用N₂等量替代CH₄,球团矿的还原度、碳含量和膨胀率均降低,抗压强度和整球率增加。当球团矿的还原度高于40%后,φ（CH₄）对各项冶金性能的影响程度逐渐增加。球团矿的还原时间为20~40 min、还原度为60%~80%时,对应的各项冶金性能的变化达到极值,生产过程中应对该区域内球团矿的指标予以关注。CH₄的析碳过程对球团矿的冶金性能存在一定的劣化作用,应控制竖炉内CH₄含量。
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  3层配碳对铁矿石烧结传热传质过程的影响

  赵改革, 吴迪, 杨淞云, 刘柳, 喻维纲, 汤乐云, 伍东玲

  钢铁. 2024, 59(12): 28-38.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240245

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  针对厚料层烧结中上层温度偏低导致生料、下层累积的热量过多易出现过熔的问题,提出了顶部、上层和下层配碳的烧结方案。基于数值模拟,研究了3层配碳方案下料层内热质传输特征,并探讨了3层配碳方案下各层焦比变化时热质传输特征的时空演变规律。数值模拟结果表明,烧结过程上部料层的温度由焦炭燃烧放热和冷风与料层的换热竞争决定,且顶部和上层的焦量对料层径向温度分布均匀性影响显著。适当增加上层焦比,可以促进高温区在上层料层的形成,提高径向温度分布的均匀性,缓解烧结初期冷风吸入导致的温度下降,对烧结中后期的熔体量指数影响较小。若过度增加上层焦比,能有效提升上层料层的最高温度,促进上层料层熔化并增加蓄热能力,同时下层料层的熔体量指数增加,但存在过熔的风险;料层总焦比不变,减少顶部焦量,增加上层焦比,会降低顶层焦炭燃烧持续时间,导致顶层焦炭燃烧结束后,上层料层因氧气含量增加而烧结速率加快,从而导致整体的最高温度、压降、熔体量指数降低,烧结效果恶化;料层总焦比不变,减少上层焦比,延长上层富焦区长度,对于料层烧结效果的影响较小,但减少下层焦比、增加上层焦比,能够有效促进上部料层的烧结,降低下层料层的最高温度,防止出现过熔的情况,同时料层整体径向温度分布的均匀性、熔体量指数均得到提升。
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  高比例烟煤喷吹对高炉冶炼过程的影响及调控措施

  徐润生, 闫泳霖, 张建良, 王来信, 王榕榕, 史进朋

  钢铁. 2024, 59(12): 39-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240219

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  钢铁行业正面临优质煤炭资源枯竭和绿色降碳的问题,结合中国煤炭资源的分布不均匀,在烟煤储量占比大以及全球“碳达峰,碳中和”发展背景下。喷吹高比例烟煤可以充分利用资源,降低企业冶炼成本,降低高炉冶炼碳排放,其将成为未来主流趋势。为探明高比例烟煤喷吹后对高炉冶炼过程产生的影响,以大型高炉生产数据为支撑,在物料平衡和热平衡的基础上,建立了高炉喷吹高比例烟煤的数学模型。通过理论计算,分析了理论燃烧温度、炉腹煤气量、直接还原度、高炉区域碳素和热量分配以及二氧化碳排放等参数随着喷吹烟煤比例的提升在高炉内的变化规律。结果表明,烟煤比例每提升10个百分点,理论燃烧温度下降约6~7 ℃,直接还原度约降低0.012,炉腹煤气量约增加5 m³。区域碳素包括吨铁入炉总碳量、铁直接还原耗碳、脱硫耗碳、风口前燃烧碳量都呈现减少的趋势。炉内的热量分配影响明显,热收入方面,碳素燃烧放热减少,碳元素和氢元素氧化放热增加,热风带入物理热减少,总体热收入呈下降趋势;热支出方面,脱硫耗热减少,煤分解热增加,铁氧化物分解耗热基本不变,总热支出基本不变,全炉热损失随着烟煤比例的提升呈下降趋势。同时,烟煤比例每提升10个百分点所造成的理论燃烧温度和热损失下降,需要同时提升富氧率0.3个百分点和提升煤比2.1 kg来维持高炉炉况正常。高炉喷吹高比例烟煤后,二氧化碳排放量呈减少趋势,吨铁减少量约为3~5 m³。
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  高炉炉体冷却壁渣皮物相特征及综合调控技术

  马恒保, 张建良

  钢铁. 2024, 59(12): 49-57.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240176

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  炉腰、炉腹及炉身下部区域是高炉高效长寿运行的限制环节之一,形成稳定的渣皮是保障该区域冷却壁运行安全的关键。为了探明渣皮的本质特征,首先通过多座高炉解剖及冷却壁破损调查,获得了炉腰、炉腹及炉身下部区域的渣皮试样,其次通过XRF、XRD及SEM-EDS等分析方法研究了渣皮的成分、物相组成及微观形貌的演变规律,并基于渣皮的成分特征建立了渣皮的类别体系,重点比较了不同炉容和不同冷却壁材质下高炉炉体冷却壁渣皮的物相及形貌特征,最后制定了冷却壁渣皮调控措施。结果表明,冷却壁渣皮主要分为2大类,以渣铁成分为主的冷却壁渣皮和以有害元素ZnO、碳为主的有害元素黏结物,其中,有害元素黏结物热稳定性差,易于脱落,不利于冷却壁运行安全;渣皮中渣相的碱度随着高度下降先增加后降低,同一冷却壁材质下不同炉容高炉冷却壁渣皮的成分差异不大,而不同冷却壁材质高炉炉体渣皮相差较大;铜冷却壁渣皮存在明显分层结构,其渣相成分呈现高铝低镁渣系特征,主要析出相为钙铝黄长石相（Ca₂Al₂SiO₇）,而铸铁冷却壁渣皮无分层结构,Al₂O₃和MgO含量略低于高炉渣,主要析出相为Ca₃MgSi₂O₈;最后明确炉体冷却壁渣皮的形成调控应从边缘煤气流温度及渣相成分等方面采取操作措施,以保障冷却壁表面挂渣的结晶动力学条件,为高炉炉体冷却壁长寿运行提供理论基础。
炼钢
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  NO8810耐蚀合金冶炼过程中夹杂物形成机理

  周孟杰, 乔通, 成国光, 张涛, 赵浩恩, 代卫星, 王启明, 何伟海

  钢铁. 2024, 59(12): 58-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240306

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  为了研究Fe-Cr-Ni耐蚀合金冶炼过程中夹杂物的特征及形成机理,通过工业试验对8810镍基合金进行全流程取样,利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）,同时结合热力学及动力学计算,探讨了大尺寸夹杂物的特征及形成机理。研究结果表明,钢中出现的大尺寸夹杂物主要分为2类,一类为SiO₂质量分数为37%~45%的低熔点SiO₂-CaO-Al₂O₃-MgO类大颗粒微观夹杂;另一类为不含SiO₂的低熔点CaO-Al₂O₃-MgO大颗粒微观夹杂。通过夹杂物成分与炉渣成分对比,以及模型计算卷渣夹杂物尺寸,验证了2类夹杂物都是由于AOD阶段钢液搅拌使得炉渣卷入形成的,但前者在AOD还原期时由于重新造渣及铝含量的增加已被上浮去除或改性为CaO-Al₂O₃-MgO夹杂物;在夹杂物统计分析中表明,CaO-Al₂O₃-MgO夹杂物比SiO₂-CaO-Al₂O₃-MgO夹杂物在后续过程中更为严重,直到模铸时期该夹杂物依然存在。因此,通过动力学计算及Thermo-Calc软件分析了低熔点CaO-Al₂O₃-MgO夹杂物在后续冶炼的行为,经过分析发现,从AOD出钢到LF精炼过程结束时,该夹杂物并不容易被上浮去除;同时导致在模铸凝固时期TiN以CaO-Al₂O₃-MgO夹杂物为核心析出,形成复合夹杂物,以及在凝固阶段出现的单一TiN夹杂,这些夹杂最终成为铸锭中的主要夹杂物类型。
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  含硫易切削钢的钙处理工艺研究与实践

  周禹, 巨银军, 张天舒, 王嵘坤, 李万明

  钢铁. 2024, 59(12): 68-80.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240280

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  含硫易切削钢由于良好的力学性能和切削性能被广泛应用于汽车制造、机械制造、船舶建造等行业。随着近年来基础建设、乘用车和航运领域的发展,含硫易切削钢的产量和质量要求也不断提高。通常采用钙处理的方法来调控钢水中的夹杂物,而含硫钢的含硫特性对冶炼和连铸过程中的钢水洁净度和钢水的可浇性有严重的负面影响,因此,如何制定合理的钙处理工艺对于提高易切削钢的可浇性具有重要意义。系统研究了喂入钙线和硫线的加入时机、时间间隔和钙线加入量等因素对钢水洁净度和水口结瘤的影响规律,分析了含硫易切削钢水口结瘤的主要原因。研究表明,钙处理后钢液中会产生表面为CaS而芯部为Al₂O₃的夹杂物,这种夹杂物在水口内壁的不断附着沉积是导致水口堵塞的主要原因。在铝质量分数为0.03%的钢水中,当硫质量分数超过 0.015%时,易产生高熔点夹杂物而恶化钢水可浇性。对于转炉出钢量为140 t的45S含硫易切削钢,将硫线分别在LF和RH后喂入、延长钙线和硫线间的喂入间隔时间至10 min以上、减少钙线总喂入量至100 m以下均能有效减少钢液中CaS·Al₂O₃夹杂物数量,并且将45S钢种的连浇炉数提升至15炉以上。研究为优化含硫易切削钢的钙处理工艺提供了理论依据,有助于提高生产效率和产品质量,对推动机械、交通等领域用含硫易切削钢的应用和发展具有重要意义。未来将针对如何控制含硫钢种的夹杂物数量和形态、夹杂物在轧后对钢板质量的影响以及如何减少钙的添加量进行深入研究。
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  含铌非调质钢铸坯角部内裂纹机制分析

  黎玉唐, 徐瑞军, 王梓菲, 曾凡政, 张璐, 付建勋

  钢铁. 2024, 59(12): 81-92.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240250

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  含铌非调质钢是裂纹敏感性钢种,在连铸过程中易产生裂纹,从而严重恶化铸坯的表面质量。针对国内某厂生产的46MnVNbS5含铌非调质钢,采用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱仪、电子探针、三维刻蚀仪、高温激光共聚焦显微镜以及Thermo-Calc软件等设备手段,对含铌非调质钢铸坯角部内裂纹原因进行解析。对320 mm×425 mm规格的铸坯表面裂纹分布进行观察,发现在距内弧0~20 mm范围内无明显裂纹,仅在距内弧20 mm的试样上观察到点状坑缺陷。在距内弧20~40 mm范围有明显裂纹,裂纹尺寸普遍大于10 mm;距内弧表面25 mm处,仅在铸坯低倍面观察到裂纹;在距内弧表面30、35、40 mm处,试样多个观察面均有裂纹,裂纹沿枝晶生长方向生长。利用扫描电镜分析及能谱分析确定了裂纹内部及附近存在大量硫化锰与碳氮化物的耦合析出物。对裂纹试样的表面进行腐蚀后观察发现,裂纹沿仿晶界铁素体扩展。热力学计算结果表明,在两相区夹杂物主要为硫化锰,随后会依次析出富铌碳氮化物、富钒碳氮化物,这也与试验得到的夹杂物类型相符。最后,采用高温激光共聚焦显微镜和数值模拟确定了含铌非调质钢的裂纹区（620.1~794.3 ℃）,模拟了连铸坯角部温度场,并优化了冷却制度以避开含铌非调质钢的裂纹敏感区。为解决铸坯裂纹提供了方法和手段,具有一定现实意义。
钢铁材料
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  冷拔82B-V珠光体钢中碳化物演化行为

  王志豪, 曹燕光, 杨庚蔚, 李昭东, 张开臣, 王进建

  钢铁. 2024, 59(12): 93-102.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240098

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  冷拔珠光体钢丝过程中显微组织和渗碳体的演化规律对成品钢丝的性能具有重要影响。采用SEM、TEM、物理化学相分析和原子探针层析技术（APT）等方法研究了82B-V珠光体盘条拉拔生产钢丝和钢绞线过程中的组织演变及碳化物演化行为。微观组织分析结果表明,经冷拔后珠光体片层逐渐转向拉拔方向,且片层间距由140 nm减小至80 nm,表现出良好的变形能力;在拉拔过程中,钢丝中的铁素体内部生成了大量位错胞状结构,铁素体片层被位错壁隔断呈“竹节”状形貌,渗碳体发生转动,部分相邻的铁素体片层区域间的渗碳体相发生溶解消失。物理化学相分析结果表明,盘条拉拔成钢丝后合金渗碳体中的C元素扩散至铁素体内部,部分渗碳体发生溶解,渗碳体质量分数由7.99%降至6.67%;稳定化处理后的钢绞线中合金渗碳体质量分数略有回升,提高至7.00%;而APT的结果表明,与盘条相比,C原子在钢绞线渗碳体中的平均质量分数仅为13.5%,降低了7.5个百分点;Cr、Mn和V原子在钢绞线渗碳体中的平均质量分数分别为0.51%、1.59%和0.23%,分别降低了0.246、0.785和0.170个百分点,进一步证实了在大变形拉拔过程中合金渗碳体发生溶解,C、Cr、Mn和V扩散至铁素体中。通过拉伸试验和断口形貌分析可知,钢丝在拉伸过程无颈缩产生,断口呈射状及结晶状,存在贯穿整个截面的撕裂棱;而钢绞线产生了颈缩,断口呈灰色无光泽的纤维状,芯部撕裂棱较浅,结晶状形貌明显减少,表现出更优的综合力学性能,其抗拉强度和断面收缩率分别达2 045 MPa和35.2%。
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  以V代Ni对40CrNiMo钢微观组织及低温韧性的影响

  李想, 陆恒昌, 史文, 倪萍, 张波, 董瀚

  钢铁. 2024, 59(12): 103-110.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240107

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  风电紧固件领域常用的40CrNiMo钢中Ni元素主要用于改善钢的低温韧性,但Ni价格昂贵,提高了钢材的成本,难以满足风电行业低成本化的要求。通过质量分数为0.08%的V微合金化设计开发了1种低成本CrNiMo钢,Ni质量分数仅为0.3%,用于代替40CrNiMo钢（Ni元素质量分数为1.5%左右）。通过SEM、EBSD、TEM、XRD等手段研究了两者基体、碳化物差异,通过拉伸、-40 ℃冲击试验对比研究了两者等强度下（10.9级）的低温韧性。结果显示,40CrNiMo钢的原奥氏体晶粒尺寸小于开发钢,两者分别为（14.5±5.3）、（20.6±7.1） μm,细小的晶粒使得40CrNiMo钢的大角度晶界密度较开发钢提高了0.7/μm。由于V有改善回火抗力的作用,同强度下开发钢的回火温度较40CrNiMo钢提高了60 ℃,高的回火温度使得开发钢获得了更充分的回复,从而获得了高的大角度晶界比例以及较低的位错密度,2种试验钢的位错密度分别为9.3×10¹⁴、2.3×10¹⁵/m²。回火后,开发钢组织中析出了MC、M₂C、M₃C型碳化物,其中MC型碳化物呈球形,直径小于20 nm,M₂C、M₃C型碳化物均呈椭球形,最大长度小于150 nm;40CrNiMo钢中析出了M₂C、M₃C型碳化物,M₂C型碳化物呈椭球状,最大长度小于100 nm,M₃C型碳化物呈长条状,长度可达500 nm以上。通过对视场内所有碳化物的最大尺寸统计发现,开发钢的M₃C渗碳体析出比例较低,且碳化物整体尺寸较小。虽然开发钢的原奥氏体晶粒尺寸较大、大角度晶界密度较低,但其基体回复更充分且回火后得到了球形、细小的碳化物,提高了开发钢的低温韧性,使得在10.9级强度下,开发钢的-40 ℃冲击吸收功可达86 J,超过40CrNiMo钢的74 J。
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  高强双相钢的微观组织调控与力学性能

  侯晓英, 丁明凯, 刘万春, 陈钢, 郝亮, 尹翠兰, 王业勤, 王鹏

  钢铁. 2024, 59(12): 111-122.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240112

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  为了满足汽车主机厂用户对高强双相钢提出的多元化需求,通过合理的化学成分设计和工艺调控,获得F/M和B/Ar两种不同微观组织特征的高强双相钢,并采用SEM、TEM、拉伸和扩孔等试验手段,研究了F/M和B/Ar两种高强双相钢的工艺设计原理和微观组织形貌特征,分析了力学性能的影响因素。结果表明,F/M双相钢的退火温度810 ℃在（A_C1+A_C3）/2±8 ℃范围内（A_C1和A_C3分别为加热时奥氏体转变开始和结束温度）,主要由47%铁素体、46%马氏体及7%的块状残余奥氏体所组成,铁素体存在再结晶铁素体和先共析铁素体两种形态,晶粒尺寸分别为2.5~4.0 μm和1.0~2.5 μm;B/Ar双相钢是将退火温度设置在单相奥氏体区温度900 ℃,显微组织主要由84%的贝氏体和16%的第二相残余奥氏体组成,其中贝氏体是以原γ晶粒为基准相变而成,残余奥氏体呈片层状或是不连续块状特征。F/M和B/Ar双相钢在微观组织形貌上存在明显差异,其在变形过程中各相组织之间的协调变形作用各不相同,从而对其力学性能产生影响。两种工艺调控均可将抗拉强度控制在1 000 MPa级别,基体中均弥散分布着直径为4~13 nm的纳米级VC析出相粒子,其沉淀强化量超过220 MPa,并与高密度位错相互作用,最终提高材料强度和塑性。其中F/M双相钢抗拉强度为1 035 MPa,同时具有较高的断后伸长率,达到18.7%;B/Ar双相钢抗拉强度比F/M双相钢增加111 MPa,达到了1 146 MPa,强塑积达到19.83 GPa·%,并且具有高屈强比和扩孔率,两者分别为0.709和38%。
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  固溶对2.1 GPa级超高强度不锈钢组织和性能的影响

  杜昌友, 刘振宝, 田帅, 王晓辉, 邱雨, 赵文宇, 朱心昆

  钢铁. 2024, 59(12): 123-130.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240142

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  超高强度不锈钢因具有良好的综合性能被广泛应用于航空、航天等领域。以一种新型2.1 GPa级超高强度不锈钢为研究对象,研究了不同固溶温度、时效处理对钢力学性能的影响规律,并采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段对钢的固溶和时效态的显微组织进行表征,建立了热处理-力学性能-微观组织之间的内在关联。结果表明,钢的固溶态组织为板条马氏体+残余奥氏体,原奥氏体晶粒尺寸随着固溶温度升高而增加,强度随着固溶温度升高呈降低趋势,而冲击吸收功先升高后降低;经1 050 ℃固溶的强度最高,但因未溶解的M₆C相破坏了基体组织的连续性导致了冲击吸收功降低,1 100 ℃固溶的强度和冲击吸收功均低于1 080 ℃固溶情况,虽然前者奥氏体含量高有利于提高韧性,但粗大的晶粒导致了冲击吸收功降低。经时效后,钢的强度显著提高,1 050 ℃固溶+时效的强度最低;1 080 ℃固溶+时效的强度最高,此时抗拉强度为2 161 MPa,屈服强度1 784 MPa,塑韧性优于1 050 ℃和1 100 ℃的情况,1 080 ℃冲击吸收功为37.5 J,强韧性匹配最佳,在板条马氏体上析出大量细小、弥散的Laves相和M₂C相,这是获得超高强度的主要原因,马氏体板条界上的薄膜状奥氏体是保持良好韧性的关键。研究钢种是目前国际上强度水平最高的不锈钢,研究成果可为提升其工程化技术成熟度提供一定的数据支撑。
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  回火温度对30Cr15Mo1N钢组织演变和耐盐雾蚀性的影响

  李菁菁, 王存宇, 付小倩, 徐海峰, 俞峰, 董超芳, 曹文全

  钢铁. 2024, 59(12): 131-140.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240101

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  30Cr15Mo1N是一种氮质量分数达0.4%的马氏体不锈钢,高硬度与高耐蚀性匹配是其应用时面临的重要问题。利用SEM、TEM、化学相分析、盐雾试验等多种手段,对比研究了不同温度回火后钢的组织性能和耐蚀性能。结果表明,试验钢经淬火、深冷处理后,500 ℃以下回火的微观组织为板条马氏体基体上分布微米级未溶解析出相和纳米级新析出相;随回火温度的升高,析出相类型保持不变,均为M₂₃C₆和Cr₂（C,N）,析出相数量和尺寸逐渐增大,尤其是475 ℃回火时出现析出相质量分数突然增大、马氏体逐渐溶解,回火温度高于500 ℃时出现回火索氏体。同时,钢中还存在二次硬化现象,在500 ℃回火时二次硬化峰值硬度为60.7HRC,随回火温度的升高,马氏体强化和固溶强化的作用逐渐下降,二次硬化效果主要是由于大量析出相的强化作用。盐雾腐蚀结果表明,回火温度小于400 ℃时以微小点蚀为主,在回火温度高于450 ℃时出现肉眼可见的腐蚀现象,试样表面出现颗粒状和片层状的腐蚀产物沉积,其中475~500 ℃回火的样品腐蚀最严重,随回火温度升高耐蚀性能变差。回火过程中含Cr析出相的析出导致其周围基体出现贫Cr区,引发试验钢耐腐蚀性能的下降,回火温度达到600 ℃以后,析出相边缘的贫Cr区间距增加使钢的耐蚀性稍有提升。因此,若同时追求高硬度与高耐蚀性、满足轴承不小于58HRC的硬度需求,钢的回火温度应不高于400 ℃。
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  基于点云数据的Q345qD钢点蚀特征分析

  刘豪, 陈一馨, 杨帅, 刘永生

  钢铁. 2024, 59(12): 141-151.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240147

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  处于濒海环境的钢桥在腐蚀初期会产生点蚀现象,腐蚀坑的出现易加剧局部应力集中和结构承载能力劣化,影响钢桥服役的安全性和可靠性。以Q345qD桥梁结构钢为研究对象,设计试件并进行了64 h全浸润腐蚀试验,利用KathMatic激光光谱共聚焦显微镜对处理后的腐蚀试件进行表面形貌点云数据采集和处理,提出了一种基于点云数据的腐蚀坑及其几何参数的高精度提取方法。利用统计滤波算法对点云数据进行平滑处理,通过随机采样一致算法（RANSAC）进行腐蚀坑点云的平面分割,基于密度聚类算法（DBSCAN）输出不同的腐蚀坑簇,获取腐蚀坑关键数据。通过滚球算法（Alpha Shape）和凸包算法（Graham）分别进行腐蚀坑提取及标记,对比两者提取结果发现,滚球算法可精确获得每个腐蚀坑的深度及对应的腐蚀坑表面积,且提取的腐蚀坑表面积相较于凸包算法精确度整体提高了22.39%。分别对腐蚀坑的深度以及腐蚀坑表面积进行统计学分析,拟合获得其分布经验函数并进行分布假设检验,结果发现在显著水平α=0.05情况下,Q345qD钢材试件在点蚀阶段的腐蚀坑深度符合Gumbel、Logistic以及Weibull分布,相关性系数分别为99.10%、96.23%和99.02%,其与Gumble分布的相关性最高;腐蚀坑表面积服从Logistic分布,相关性系数为97.02%。该方法可为同类环境下Q345qD钢点蚀分布规律及后续Q345qD钢在随机点蚀作用下的力学性能衰变规律研究提供参考。
环保与能源
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  烧结配加钢铁厂污泥对烟气及产质量的影响

  胡琰, 赵贺喜, 齐鹏宇, 丁龙, 钱立新, 龙红明

  钢铁. 2024, 59(12): 152-161.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240273

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  钢铁工业推行的“固废不出厂”发展模式要求企业生产过程产生的固废在厂内进行消纳利用。钢铁厂各工序产生的污泥种类包括氧化铁泥、OG（Oxygen Converter Gas Recovery）粗粒、碳酸钙污泥、酸碱中和污泥、连铸污泥和生物污泥等,其成分复杂,厂内无害化处置是当前企业面临的难题。钢铁厂污泥含有铁、碳等有价元素,采用烧结工艺处置是固废资源化利用的有效途径之一。以国内某钢铁企业生产过程产生的多种污泥为研究对象,开展了污泥加热燃烧试验和配矿烧结试验,通过检测烟气成分和烧结矿产质量指标评估了烧结工序消纳污泥的可行性和极限配比。结果表明,污泥加热燃烧过程形成了SO₂、CO、HCl、NO₂、NO、CH₄、VOCs（挥发性有机物）等污染物,其中CO和SO₂排放量较高,分别达到16.94和12.10 mg/g（污泥）,VOCs排放量达到2.58 mg/g（污泥）。将污泥进行配矿烧结,导致烧结烟气中SO₂、NO、CH₄和VOCs的排放浓度显著升高。当污泥添加比例为5%时,SO₂、NO、CH₄和VOCs的吨烧结矿排放量较基准试验分别增加143%、44%、219%和1 577%。随着污泥配加比例从0%逐渐提升至7%,烧结矿的产质量指标呈现先提高后降低的趋势。污泥添加比例由0增加到3%,烧结利用系数和垂直烧结速度有提高趋势。随着污泥添加比例继续增加,烧结产质量指标均有所降低。因此,污泥在烧结工艺中消纳处理会造成烟气污染物排放浓度增加和产质量指标的下降,在烧结烟气净化系统处理能力有富余的情况下,污泥在烧结原料中添加量（质量分数）需要控制在3%以内。
技术交流
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  Ca处理易切削钢中不同种类硫化物的变形行为

  高小勇, 朱坦华, 李耀强, 张立峰

  钢铁. 2024, 59(12): 162-170.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240254

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  硫化物的尺寸和形貌是影响易切削钢的切削性能和力学性能的重要因素。为了提高易切削钢的硫化物控制水平,采用扫描电子显微镜和夹杂物自动分析仪系统分析了钙处理易切削钢中硫化物在热轧前后的特征（长度、长径比和面积）变化规律。钙处理易切削钢中存在2种类型的硫化物,即纯MnS和CaS-MnS。CaS-MnS的数量比例为13%~21%,心部含有氧化物。能谱分布表明CaS-MnS是成分均匀的固溶体相。对于纯MnS,其在连铸坯中的平均长径比和最大长径比分别为2.191和26.87;经过热轧,平均长径比和最大长径比分别为4.583和60.83;平均长径比增加107.12%。对于CaS-MnS,其在连铸坯中的长度、长径比和面积均明显小于纯MnS。经过热轧,CaS-MnS变形很小,平均长径比和最大长径比分别为1.598和14.42,平均长径比仅增加8.48%。面积对纯MnS的变形影响较大。对于面积不大于30 μm²的纯MnS,其在连铸坯和轧材中的长径比均较小（小于4）;对于面积大于30 μm²的纯MnS,热轧后长径比明显增加。对硫化物的形成机理进行了解释。钙处理后夹杂物为CaO-Al₂O₃。加硫线后钢中硫质量分数远大于氧质量分数,使得CaO转变为CaS。CaS与MnS具有互溶性,能够促进MnS的异质形核,形成细小的CaS-MnS。在凝固末期,Mn和S的过饱和度剧烈增加,使得MnS在短时间内大量析出。有助于更好地理解钙处理对硫系易切削钢的作用,可为工程应用提供指导。
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  高频磁场在材料加工中的应用与最新进展

  崔心宇, 那贤昭

  钢铁. 2024, 59(12): 171-179.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240266

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  材料电磁加工向高频技术方向发展,高频磁场在材料加工过程中发挥着重要作用。传统高频磁场技术相较于工频电磁加工技术可以对导电材料产生更显著的热效应和电磁力,通过无接触的工作方式,广泛应用于感应淬火、感应焊接、感应热弯成型、感应熔覆以及电磁悬浮熔炼等金属材料的制造和加工中,具有高效率、高可控性、低能耗的优势。近年来发展出的高频磁场作用于低电导率液体中的新应用,突破了传统电磁技术在处理低导电材料时的限制。由独特排布的双相电感线圈产生的高频行波磁场可以对电导率为1~100 S/m低导电液体产生厘米每秒量级的驱动效果,可以强化工业中液态钢渣等低导电液体的三传过程,有望应用于热态钢渣提铁技术,提高钢渣铁资源的回收率。结合传统高频技术和高频行波磁场技术的特点和应用,高频磁场技术在材料加工领域的未来发展需通过线圈结构设计以及频率控制实现复杂的加工过程,并将可应用的材料拓展到低导电介质领域。
创刊70周年专栏
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  中国工程院院士、中国金属学会原理事长干勇致辞

  干勇

  钢铁. 2024, 59(12): 180-180.

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  中国金属学会副理事长、秘书长王新江致辞

  王新江

  钢铁. 2024, 59(12): 181-181.

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  我与《钢铁》

  钢铁. 2024, 59(12): 182-185.

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