2021年, 第28卷, 第2期　刊出日期：2021-02-25

  

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  气体反应粉末冶金制备具有闭孔结构的泡沫镁合金的新进展

  王辉，朱东帆，吴渊，刘雄军，蒋虽合，T.G. Nieh，吕昭平

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 125-132.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00543-5

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  具有闭孔结构的泡沫镁合金异型件对于减重领域具有重要的应用前景。本文对采用气体反应粉末冶金法制备泡沫镁铝、镁锌和镁铜合金进行总结，提出了采用这一方法制备上述三种泡沫镁合金异型件的原则。此外，添加合金元素、烧结工艺和发泡温度等对泡沫镁合金的制备过程的影响也进行了实验研究。结果表明，制备泡沫镁合金的关系在于在粉末冶金过程中，所添加的的合金元素与镁实现合金化，而且必须在初始烧结处理时形成低熔点（< 600 °C）的金属间化合物，其发泡机制是，低熔点的镁的金属间化合物先熔体形成合金熔体，接着与作为发泡剂的CaCO₃发生反应，所释放的CO气体使先驱体泡沫化，最终才能形成具有理想闭孔结构的泡沫镁合金异型件。通过制备泡沫镁铝合金、泡沫镁锌合金和泡沫镁铜合金异型件上证实这一制备工艺的可行性。
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  PbO中毒对Ce-Mn/AC催化剂低温下NH₃选择性催化还原NO的影响

  苏增辉，任山，张天时，阳杰，周雨晗，姚璐

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 133-139.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00420-1

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  铅作为烧结烟气中常见的有害组分，会导致Ce-Mn/AC脱硝催化剂中毒失活。本文采用浸渍法制备了Ce-Mn/AC和PbO-Ce-Mn/AC催化剂，并对PbO导致Ce-Mn/AC催化剂中毒失活机理进行了研究。结果表明，掺杂PbO后，Ce-Mn/AC的催化活性显著降低，在200 ℃时催化剂的NO转化率由94.52%下降到65.8%。PbO的掺杂降低了活性炭的总孔容和含氧官能团，增加了催化剂上锰氧化物的结晶度，降低了Mn⁴⁺和化学吸附氧含量，抑制了Ce-Mn/AC催化剂的“快速SCR”脱硝反应。在此基础上，本文建立了PbO对Ce-Mn/AC低温SCR催化剂的中毒机理模型。
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  在流化床还原过程中高压和添加塑料颗粒对抑制铁矿粉颗粒黏结影响的研究

  徐其言，谷张涵，李志平，张颖异，王海川

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 140-151.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00449-2

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  本文采用加压可视流化床实验装置，研究了细铁矿粉颗粒在流化床还原过程中的黏结情况。研究发现，在高压、高压和塑料颗粒条件下纯H₂还原的最佳操作参数分别为还原温度1073 K、矿粉粒径0.18-0.66 mm、线速度0.8 m/s、还原压力200 kPa、还原时间为50 min和还原温度973 K，矿粉粒径0.18-0.66 mm、线速度为0.8 m/s、还原压力为100 kPa、塑料颗粒质量含量8%、还原时间65 min。在反应初始阶段，化学反应阻力远高于内扩散阻力，随着反应的进行，内扩散阻力超过化学反应阻力。随着还原压力从0.20 MPa逐渐增加到0.45 MPa过程中，铁原子或铁晶须的接触面积逐渐减小，黏结趋势逐渐变小。在流态化还原铁矿粉颗粒过程中，添加塑料颗粒可以有效抑制铁矿粉颗粒间的黏结。
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  自旋转氧枪对渣-钢间传质速度的影响

  高琦，吴伟，智建国，张波，李相臣

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 152-159.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00515-9

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  为了提高转炉炼钢效率，本文设计了自旋转氧枪系统，通过冷态模拟实验，对比研究了自旋转氧枪与传统的氧枪对渣-钢间传质速度影响的差异。结果表明，自旋转氧枪能以氧气射流的反作用力为动力稳定旋转。渣-钢间传质速度随着顶吹和底部流量的增加以及枪位的降低而增加。使用自旋转氧枪时，顶吹射流动能的13.7％转化为对熔池的搅拌能，是传统氧枪的两倍，渣-钢间传质速度可以提高30％以上。通过调节自旋转氧枪转速，可以使射流能量作用于熔池不同深度。在相同的能量密度条件下，自旋转氧枪产生的传质速度更高；当自旋转氧枪转速为30~50 r/min时，能量密度的变化对渣-钢间传质速率的影响较小。
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  连铸小方坯末端电磁搅拌和热轻压下的对比和组合研究

  韩延申，闫威，张江山，陈军，陈伟庆，刘青

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 160-167.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00412-1

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  末端电磁搅拌（F-EMS）和热轻压下（TSR）是改善连铸坯内部质量的主要手段，但两种技术很少同时使用。本文针对连铸小方坯，比较了F-EMS和TSR的应用效果，并采用F-EMS与TSR相结合的工艺改善了铸坯内部质量。首先，建立了连铸凝固传热数学模型，对82A帘线钢连铸坯凝固状况进行计算，基于此确定了F-EMS和TSR的安装位置；之后，进行了一系列工业试验，包括单独采用F-EMS、单独采用TSR、同时采用F-EMS和TSR等；最后，对工业试验结果进行了分析比较。研究结果表明：F-EMS和TSR均可有效改善连铸小方坯的内部质量，但两种工艺侧重不同，F-EMS更有助于改善中心偏析，TSR更有助于改善V形偏析、中心疏松和缩孔。同时采用F-EMS和TSR能够发挥各自技术的优势，从而更好地提高铸坯内部质量。在确定的试验工况下，当F-EMS电流为240 A、TSR水量为2.2 m³/h^-1时，82A帘线钢连铸坯具有最佳的内部质量。
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  面向抑振提速双重目标的五机架冷连轧机轧制规程动力学优化

  郜志英，田波，刘阳，张立元，廖茂林

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 168-180.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00551-5

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  在冷连轧过程中，颤振失稳对提高轧制速度、提高产品质量、降低生产成本和实现智能化造成严重的影响。当轧制速度达到一定阈值时发生颤振，但临界速度是由产品规格和轧制规程共同决定的。本文以五机架冷连轧机组为研究对象，建立相对应的结构动力学与轧制过程耦合模型，基于Routh稳定性得到各机架的临界轧制速度模型，计算可得系统失稳的特征频率和特征值，并通过现场试验验证了模型的有效性与准确性；以第五机架出口速度的最大值为优化目标函数，选取各机架间的带钢厚度和张力作为8个设计变量，以所有机架不失稳为约束条件，建立轧制工艺规程的优化模型，运用模式搜索方法求解优化模型；通过将改优化模型应用于五机架冷连轧过程，能够实现有效地抑制颤振失稳与提高轧制效率的双重目标。
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  真空电弧熔炼低价电子浓度Al_xCoCrFeNiSi高熵合金的显微组织，相组成及耐磨性

  金冰倩，张楠楠，张悦，李德元

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 181-189.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00398-w

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  根据组成元素的基本特性设计出低价电子浓度Al_xCoCrFeNiSi (x = 0.5、1.0、1.5和2.0) 高熵合金，并采用真空电弧熔化法制备合金。研究了Al的添加对晶体结构、显微组织、显微硬度和磨损性的影响。结果表明，显微组织从树枝晶转变为等轴晶。随着Al含量的增加，FCC相逐渐减少。在Al含量为x=1.0时，AlCoCrFeNiSi高熵合金中FCC相消失。继续增加Al含量的过程中，几乎未发现FCC相的存在，而BCC的相体积分数从85.0%增加至91.85%，价电子浓度从7.00降至6.14。随着Al含量从x=0.5增加至x=2.0，显微硬度从598 HV逐渐增加到909 HV。抗压强度的变化与其规律一致，强度从1200 MPa增加至1920 MPa。磨损系数和失重与力学性能的变化相一致，这归因于显微组织转变为等轴晶和BCC相的增加。
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  Zr脱氧对低杂质含量微合金厚板组织和力学行为的影响

  Cheng-yang Hu, Hang-yu Dong, Kai-ming Wu, R.D.K. Misra, Lei Zhong, Xing Jin, Qiang Li

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 190-200.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00525-7

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  本文阐述了不同脱氧工艺对新一代微合金化厚板塑性和冲击韧性的意义，并通过夹杂物的成分、大小和数量密度对实验用高强度低合金钢塑性影响的综合效应探讨了获得所需力学性能的最佳脱氧工艺。采用杂质含量（总O + N + S含量）82 × 10⁻⁶ (铝脱氧) 以及 118 × 10⁻⁶ (锆脱氧)的两种钢，通过拉伸试验和夏比V型缺口冲击试验对延性进行了表征，利用装备能谱仪的场发射扫描电子显微镜对夹杂物的数量、大小和成分进行了表征。在铝脱氧钢中，夹杂物主要由氮化钛、串状铝酸钙和细长的硫化锰组成，而在锆脱氧钢中，夹杂物主要为细小的包裹硫化物外壳的球形氧化物夹杂物。杂质含量对夹杂物的数量密度没有显著影响，因为杂质含量较高和较低时，夹杂物的数量分别为83.7和78.8 个/mm⁻²。然而，夹杂物的尺寸分布，特别是最长长度大于8 µm的粗包裹体各不相同。随着生产工艺的不同，粗夹杂物的数量密度在0.8到1.1 个/mm⁻²之间变化，在铝脱氧钢中，55.5%的粗夹杂物为氮化钛或硫化锰，而在锆脱氧钢中，只有22.5%的粗夹杂物为氮化钛和硫化锰。粗大的氮化钛夹杂对冲击韧性的影响尤为明显，它们的数量密度应低于0.33 个/mm⁻²，以保证所实验钢具有最佳的韧性。根据电子背散射衍射获得二者的平均晶粒尺寸，其中锆脱氧钢平均晶粒尺寸（4.28±2.70 μm）要小于铝脱氧钢（6.00±4.80 μm）。由于晶粒细化和硫化物形态控制，与铝脱氧钢（153± 68 J）相比，锆脱氧钢在−80°C下表现出优异的冲击韧性（223± 70 J）。因此，与铝脱氧钢相比，锆脱氧钢具有良好的力学性能。         
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  不同形式的仿生单元体对灰铸铁残余淬火表面修复的影响

  Hui Li, Li Feng, Hong Zhou, Peng Zhang, Ti Zhou, Qi Sui, Lu-quan Ren

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 201-210.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00432-x

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  为了修复和再利用废弃灰铸铁导轨残余淬火表面（RQS），其被分为严重磨损表面（SWun-S）和轻度磨损表面（MWun-S）。受仿生理论的启发，采用激光加工技术，在灰铸铁的RQS表面制备了点状（Sp-S）、条纹状（St-S）和网格状（Re-S）多种形式的仿生单元体。首先，通过光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜观察，分析了仿生单元体和RQS的显微组织、相组成以及显微硬度。其次，在自制的往复磨损试验机上进行了油润滑磨损试验。结果表明，由于均匀致密的显微组织和较高的硬度，使得仿生单元体对提高废弃导轨RQS的耐磨性有显著效果。此外，MWun-S、Sp-S、St-S和Re-S试样的失重量也有所降低，与SWun-S试样相比，耐磨性分别提高了36.72%、36.78%、62.26%和80.39%。并讨论了其耐磨机理。
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  V微合金元素对高强度热成形钢氢脆敏感性的影响

  陈伟健，高鹏飞，王帅，路洪州，赵征志

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 211-222.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00469-y

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  使热成形钢获得超高强度和优异的塑性，同时拥有较好的抗氢脆敏感性，本文基于传统热成形钢（22MnB5和30MnB5）的化学成分体系，向30MnB5成分体系中复合添加Nb和V微合金元素。通过氢渗透试验和预先充氢后慢应变速率拉伸试验测试和分析实验钢的氢脆敏感性能，并结合其微观组织和断口形貌表征氢致延迟断裂行为。研究结果表明，相比于不含V热成形钢，含V热成形钢具有更细小的微观组织，更低的氢表观扩散系数以及更小的强度和塑性损失率，以上数据充分证明含V热成形钢具有较好的抗氢脆敏感性，主要是因为基体中存在大量弥散分布的析出物和更多的晶界面积，他们使得进入材料内部的氢原子分布更均匀。
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  多次热处理对奥氏体不锈钢Z3CN20.09M热老化后断裂性能的影响规律研究

  范敏郁，贾文清，余伟炜，王冬颖，关锰，曹宇，薛飞，刘寅立，姚景文，林斌，遇婷

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 223-231.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00470-5

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  鉴于核电站主泵泵壳长期服役温度影响，其材料奥氏体不锈钢Z3CN20.09M存在长期热老化脆化，因此有必要开展多次热处理对奥氏体不锈钢Z3CN20.09M热老化后断裂性能的影响规律研究。在本文中，针对奥氏体不锈钢Z3CN20.09M开展多次热处理及后续400 ℃下不同时间加速热老化试验，以研究其金相组织及冲击性能变化规律。此外，采用0.2 mm偏置线法和伸长区宽度法测量奥氏体不锈钢Z3CN20.09M的断裂韧性J_i。研究结果表明多次热处理导致铁素体相在奥氏体基体相中呈现离散分布，显微硬度增加而冲击韧性显著降低。热老化后，金相组织结构基本上保持不变，但是由于铁素体相中的调幅分解和G相析出，铁素体相尺寸有所增加。此外，经多次热处理的奥氏体不锈钢Z3CN20.09M在热老化后相较于单次热处理材料，具备更高的显微硬度、冲击韧性和断裂韧性J_IC、J_SZW，同时具体热处理次数对断裂韧性影响较小。
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  焊接条件对搅拌摩擦点焊DH590汽车高强钢板的微观组织和力学性能的影响

  Ya-peng Zhao, Lian-feng Chen, Shi-jie Zhu, Yu-feng Sun, Shao-kang Guan

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 232-243.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00478-x

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  使用聚晶立方氮化硼搅拌工具，将搅拌摩擦点焊成功应用于1.2 mm厚的DH590双相钢。在焊接过程中，焊接转速范围为600~1000 r/min，压入深度为0.1至0.3 mm。在点焊接头接合处，搅拌区尺寸随焊接转速以及搅拌工具压入深度的增加而增加。与母材的带状铁素体和马氏体组织相比，在接头的热影响区，热机械影响区和搅拌区分别发现了铁素体和回火马氏体的混合组织，细化的贝氏体组织和粗马氏体组织。上下板材之间形成了两种形状的连接界面，连接界面的形成主要取决于搅拌工具的压入深度而不是旋转速度。结果表明，与具有钩状连接界面的接头相比，具有平直连接界面的接头具有更高的剪切拉伸载荷。剪切拉伸试验表明，当转速和压入深度分别设为800 r/min和0.3 mm时，最大剪切拉伸载荷达到约15.56 kN。通过焊核剥离模式使样品断裂，总伸长量约为5.6 mm。
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  硼硬质层的双相不锈钢的高温变形行为

  N.M. Sultan, I. Jauhari, R. Saidan, M.F.M. Sabri

  钢铁研究学报(英文版). 2021, 28(2): 244-253.
  https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s42243-020-00544-4

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  为理解具有硬质表面层的合金的高温变形行为，将经过热机械处理的双相不锈钢（DSS）在1223 K硼化0.75-6 h，然后在相同温度、不同应变速率（1×10^-3、2×10^-4和6×10^-5 s^-1）下压缩变形到应变为0.4。镀硼厚度为1.61~2.74 μm时，基体的微观结构呈现各向同性。X射线衍射结果表明在DSS表面形成了硼化物。渗硼后，DSS的表面硬度从387增加到1000–2400 HV。在DSS表面形成了厚度为20–40 μm的均匀硼化层。抗压试验结果表明，变形的流应力随应变率和渗硼时间的增加而增大。渗硼试样的流应力范围在5~89 MPa之间。为了确定渗硼层对流应力的实际影响，将结果与具有类似微观组织的未渗硼化试样结果进行了对比。结果表明，在晶粒尺寸相同的情况下，即使具有最硬的涂层，当形变速率缓慢时，硬质表面层对流应力的影响几乎可以忽略不计；而在形变速率较快的情况下，即使在最薄的镀层中，流应力增加也很明显。此外，由于超塑性的作用，在相当低的变形流应力下，也可以避免硬质硼化物表面的分解。