2024年, 第36卷, 第6期　刊出日期：2024-06-20

  

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综合论述
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  钢中MnS夹杂物对钢质量影响及控制研究进展

  杨泽宇1, 王敏1, 2, 李怡宏3

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 681-691. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230229

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  摘要：钢中细小的MnS夹杂物可以显著改善钢的切削性能，但是MnS夹杂物具有良好的变形性能，轧制后易沿轧制方向延展成为长宽比大的长条状夹杂物，也会恶化钢材的力学性能，同时大尺寸的MnS也容易成为腐蚀的裂纹源。控制钢中形成小尺寸弥散分布的球形或纺锤形MnS夹杂物是改善钢易切削性能、保障钢的力学性能的关键。钢中MnS夹杂物的控制是一个系统工程，涉及冶金工艺全过程，系统综述了钢中MnS夹杂物的形成机制、影响因素及控制措施，可指导高品质钢中MnS夹杂物的控制，为实际生产过程中合理的工艺路径选择和工艺措施调控提供基础。
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  转炉高废钢比炼钢技术的发展状况与探讨

  田春健1, 臧喜民2, 张利武3, 张永娇1, 孔令种1, 王志英1

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 692-706. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230273

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  摘要：废钢是一种大固态铁素原料，其在转炉中替代铁水进行冶炼，能够有效减少炼钢过程的煤耗和废气排放。近年来，随着废钢产量的不断增长，对“碳达峰”和“碳中和”有迫切需求，高废钢比炼钢技术已经成为转炉炼钢技术发展的重要方向。总结了国内外对废钢的利用现状，发现中国的综合废钢比低于其他国家，但转炉废钢消耗量明显逐年递增。在转炉工艺中，提高废钢比会对废钢的熔化行为、脱磷反应、转炉耐材侵蚀以及转炉终点控制等方面造成影响。增大废钢比会降低转炉内温度，通过对炼钢过程进行动态建模来研究炉内废钢的熔化行为的演变过程。脱磷反应的进行需要合适的炉渣碱度，提高废钢比后需要通过少渣冶炼等技术手段来维持合适的炉渣碱度。废钢的加入除了对炉衬进行物理冲击外，还会间接影响到炉渣成分及渣量，从而加重了转炉耐材的侵蚀程度。转炉开吹点火的难度受废钢比的影响，进而降低转炉终点控制的准确度。国内外钢铁企业研发了Jet Process工艺、SMP工艺和二次燃烧氧枪等技术来降低高废钢比带来的不利影响，但这些工艺都存在着提高幅度有限的缺点。因此，有必要寻找更经济、更易掌握的高废钢比转炉技术。
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  铸坯轧制过程中夹杂物变形行为研究进展

  杨振1, 赵烁1, 2, 薛余强1, 王建锋1, 孙晓林1

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 707-716. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230265

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  摘要：夹杂物会降低钢材的强度、韧性和耐蚀性等性能，影响钢材的使用寿命，同时，轧制过程中，也会造成轧辊表面的磨损和划伤，影响轧辊的寿命以及轧制的效率，所以夹杂物的变形行为一直是研究者关注的热点。为了使冶金研究者们更加系统性地了解夹杂物变形行为的研究进展,简述了轧制过程中夹杂物的表征方法，常见夹杂物的控制策略以及影响夹杂物变形的因素。不同类型夹杂物轧制过程分析表明MnS的控制方法侧重于减小MnS与钢基体之间的硬度差异，选择合适的轧制变形工艺；硅酸盐夹杂物的控制方法主要集中在改变成分上；改性良好铝酸钙夹杂物的控制不仅要完全去除大尺寸颗粒，而且高硬度夹杂物还必须控制其尺寸。此外，还总结了夹杂物硬度、位置、变形能力以及轧辊直径等因素对夹杂物变形行为的影响。最后，提出了未来夹杂物变形行为的重点研究方向。
冶炼与加工
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  基于KPCA和Logistic-SSA-BP的烧结矿FeO含量预测

  惠佳豪, 邢相栋, 郑兆颖, 王宇星, 吕明

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 717-728. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230240

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  摘要：烧结矿作为高炉炼铁过程中的重要原料之一，其FeO含量的控制对于炼铁工艺、铁水质量和能源消耗等方面都具有重要影响。针对目前研究过程中存在特征选择偏离实际和预测模型泛化能力差等问题，提出了一种基于核主成分分析（KPCA）和Logistic-SSA-BP的烧结矿FeO含量预测模型。使用皮尔逊（Pearson）和KPCA对特征参数进行筛选和降维，并结合Logistic-SSABP优化算法，对采集到的数据进行训练、学习和验证。实验结果表明，预测的绝对误差稳定在［0，0.21］范围内，预测值与实际值相差在±0.2以内命中率达到98.75%，预测模型的性能表现较好，评价指标MSE、MAE和RMSE达到0.013、0.101、0.115。该预测模型能够准确预测烧结矿FeO含量，为高炉操作人员在建立配料方案和执行工艺操作时提供指导方向。
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  钛对含硫钢中硫化物的影响

  焦亚兴1, 朱坦华2, 李耀强2, 高小勇2, 张立峰3

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 727-735. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230271

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  摘要：研究了Ti元素对42CrMoS4含硫钢中硫化物的影响机制。采用SEM、EDS和ASPEX设备对硫化物进行表征，小样电解实验对硫化物的三维形貌进行表征，并采用FactSage软件对夹杂物的形成过程进行热力学分析。随着Ti含量的增加，钢中纯MnS的数量减少，而MnS-TiN型复合夹杂物的数量增加；当Ti质量分数为309×10-6时，析出Ti4C2S2型硫化物。钢中硫化物的演化轨迹为：MnS→MnS-TiN→Ti4C2S2。Ti4C2S2的尺寸明显小于MnS和MnS-TiN复合夹杂物。Ti4C2S2的抗变形能力强于MnS和MnS-TiN复合夹杂物。随着Ti含量的增加，硫化物的数量密度先增加后降低，硫化物平均尺寸先减小后增加；当Ti质量分数为400×10-6时，硫化物的数量密度最大、平均尺寸最小。对于42CrMoS4含硫钢，Ti质量分数为400×10-6时较为合理。
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  包晶钢板坯尾坯偏角部裂纹产生机制及控制措施

  董延楠1, 白云2, 沈毓2, 王鹏2, 陈斌2, 王璞1

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 736-742. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230269

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  摘要：板坯尾坯浇铸属于非稳态工况，表面裂纹发生率较高，严重影响浇次钢水收得率。对某包晶钢板坯尾坯表层裂纹附近组织形貌进行分析，探究了其偏角部横裂纹特征、产生机制及控制措施。结果表明：尾坯表层室温组织为铁素体和珠光体且枝晶形貌明显。铸机拉尾坯工艺下，板坯出结晶器后角部经历了较强冷却→角部温度进入铁素体温区→回温→角部重新奥氏体化的过程。在该过程最低温度附近，尾坯角部落入第三脆性区，从而在后续弯曲变形下发生外弧表面开裂。此类尾坯角部横裂纹发生的关键在于铸坯角部在出结晶器后的冷却过强，其控制措施应考虑降低出结晶器后板坯角部的冷却强度，缩短尾坯浇铸时间；同时应关注板坯角部的冷却水覆盖范围，更换断面后应适时调整喷嘴位置，并注意保障设备对弧精度，以降低板坯弯曲应变。
材料研究
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  低成本高韧性NM500钢板的研究及开发

  高擎1, 王麒2, 张青学1, 钱亚军1, 邓想涛2, 王昭东2

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 743-751. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230356

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  摘要：通过在普通NM500合金基础上进行合金减量化设计，结合高纯净度冶炼以及合理的热处理制度，成功开发出具有易焊接、良好综合力学性能和耐磨性能的低成本NM500钢板。低成本NM500钢板全厚度组织为板条马氏体，大角度晶界占比为71.6%，有效晶粒尺寸为1.94μm，硬度HV为500~520，屈服强度为1222MPa，抗拉强度为1583MPa，伸长率为9.6%，-40℃冲击功为58.8J。其耐磨性和普通NM500钢板的耐磨性相同，且形貌均由犁沟和少量剥落坑组成。对于能完全淬透的组织，合金减量化对组织和性能影响较小。
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  核黄素加速X80管线钢SRB腐蚀和低周疲劳失效研究

  付磊1, 2, 蹇科1, 林莉3, 4, 5, 颜士森1, 张应迁6, 罗云蓉1

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 752-765. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230330

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  摘要：埋地管道服役的土壤中多种微生物杂居，产电微生物分泌的电子穿梭体可能会影响微生物的腐蚀行为；且管道常出现低频压力波动、长期承受交变载荷作用，会使其产生低周疲劳。基于此，在研究硫酸盐还原菌对X80管线钢腐蚀的基础上，探究内源性电子穿梭体核黄素对微生物腐蚀疲劳的影响。结果表明：核黄素通过加速电子转移，促进了细菌腐蚀金属，但没有改变腐蚀产物及历程。在4组0.4%~0.7%应变幅下，2组预腐蚀体系相对未腐蚀体系疲劳寿命分别降低了17.5%~27.8%和33.5%~58.1%；随着应变幅增大，塑性应变幅在总应变幅中的占比也逐渐增大；腐蚀前后材料的循环响应特征和Masing特性没有改变；由应变、应变能密度和疲劳韧性寿命曲线预测结果可知：细菌腐蚀对钢材的塑性应变寿命影响显著，且疲劳断口分析验证了细菌腐蚀会加速钢材塑性失效。
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  海工用H型钢Q355NE高温变形行为及其对微观组织的影响

  王敬忠1, 姚慧琴1, 赵培林2, 李超2, 李远征3, 杨西荣1

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 766-775. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230342

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  摘要：利用Gleeble-3800热模拟试验机，针对海工钢Q355NE在870～1170℃和0.1～10s-1条件下的热变形行为进行了深入研究，使用金相显微镜、电子背散射衍射以及透射电镜等技术手段，观察了不同热加工条件下试验钢的微观组织演变，引入无量纲Z参数，并基于加工硬化率与流变应力曲线，成功建立了Q355NE钢动态再结晶的临界应变模型。结果表明：Q355NE钢在热压缩过程中，其流变应力随变形温度的升高或应变速率的降低呈明显减小的趋势；同时，较高的变形温度和较低的应变速率更有利于动态再结晶特征的出现，计算了热变形激活能Q约为368.022kJ/mol。建立了Q355NE钢在低lnZ条件下的临界应变模型。变形温度对Q355NE钢的组织与力学性能有显著影响。应变速率5s-1条件下，在试验温度范围内随温度降低，铁素体晶粒的细化程度得到显著提升，大角度晶界比例增加，铁素体晶粒内部位错密度升高，有利于细小弥散Ti、Nb碳氮化物第二相粒子的析出，并有效抑制或避免魏氏组织形成，从而提高Q355NE钢的低温冲击韧性和强度。
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  氢气体积/试样缺口表面积比对X52管线钢在高压氢环境下疲劳寿命的影响

  宋卫臣1, 汪兵2, 李拔2, 贾书君2, 刘清友2

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 776-786. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230361

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  摘要：通过改变环境箱中填充物的体积来获得不同的氢气体积/缺口试样表面积比值RV/S，使用疲劳寿命试验和扫描电镜研究了RV/S对管线钢氢气环境下疲劳寿命的影响，对输氢管道中气态氢分子自发分解成氢原子的氢脆理论进行了讨论。结果表明与氮气中相比，当RV/S从2.6mL/mm2增加到24.4mL/mm2时，X52管线钢环焊缝在高压氢环境下的疲劳寿命损失率从21.2%增加到57.2%，X52管线钢母材疲劳寿命损失率从2.1%增加到53.2%，X52管线钢环焊缝和母材疲劳寿命试验断口快速撕裂区韧窝面积明显减少，韧窝区裂纹和空洞等缺陷出现增加趋势。疲劳寿命试验过程中，氮气中早期疲劳裂纹萌生后出现裂纹止裂阶段，而当氢气体积/试样缺口表面积比为24.4mL/mm2时，疲劳裂纹一旦萌生即不断扩展直至试样断裂。RV/S比值对X52管线钢在高压氢环境下的疲劳寿命循环次数存在着显著影响，试验结果为气态氢分子自发分解成氢原子的氢脆理论提供了试验数据支撑。
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  脉冲磁场脱碳退火对CGO钢冷轧后组织及织构的影响

  黄振光1, 陈重毅1, 麻永林1, 董丽丽1, 2, 刘宝志3

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 787-793. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230366

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  摘要：为了更深入探究脉冲磁场退火工艺对取向硅钢组织及织构的影响，采用一次冷轧之后Si质量分数为3.1%的普通晶粒取向硅钢，用实验室自主研发的脉冲磁场管式退火炉，施加磁场强度为12mT的脉冲磁场进行850℃脱碳退火，之后再进行压下率为57%的二次冷轧，利用金相显微镜与XRD对脱碳退火及二次冷轧后的组织及织构观察和分析。结果表明，CGO钢在脱碳退火过程中施加脉冲磁场的脱碳效率较未施加磁场明显加快。脱碳退火过程施加脉冲磁场的CGO钢在二次冷轧之后，试样中剪切带数量较未施加磁场的明显增多，且{111}<112>织构强度增强而{111}<110>织构强度显著减弱。这将有助于后续冷轧硅钢在高温退火时的二次再结晶，提升最终的磁性能。同时，为促进取向硅钢脉冲磁场退火工艺的工业化应用提供实验依据。
能源与环保
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  钢渣碳热还原工艺条件优化研究

  张博康1, 2, 罗果萍1, 郝帅1, 卢元元1, 柴轶凡1

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 794-805. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230255

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  摘要：为研究工艺参数对钢渣碳热还原的影响并确定最优工艺条件，以包钢热泼渣和生产用焦粒为原料，通过不同焦渣比、碱度、还原温度和时间的四因素四水平正交实验研究其对钢渣碳热还原的影响，并通过极差分析确定还原渣铁回收率和粉化率的最优参数，并对其验证。结果表明：对渣样还原后铁回收率影响的因素依次为焦渣比、还原温度、碱度和保温时长，最优水平组合为10∶90的焦渣比、1600℃的实验温度、1.8的碱度条件和50min的保温时长，渣样还原后铁回收率可达59.67%；对渣样还原后粉体100目（150μm）过筛率影响的因素依次是焦渣比、碱度、还原温度和保温时长，最优水平组合为25∶75的焦渣比、1450℃的实验温度、2.2的碱度条件和30min的保温时长，渣样还原后粉体100目过筛率为78.08%，为全部实验最高水平；在焦渣比25∶75、还原温度1550℃、碱度2.0和保温60min的实验条件下，渣样还原后铁回收率和100目过筛率均较好，分别为47.18%和43.83%。
测试与控制
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  融合自适应下采样的带钢表面缺陷检测算法

  杨春龙, 吕东澔, 张勇, 任彦, 李少波

  钢铁研究学报. 2024, 36(6): 806-816. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230341

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  摘要：针对当前带钢表面缺陷检测领域，因终端检测设备计算资源受限，导致基于深度学习的网络模型在终端检测速度降低的问题，提出一种融合自适应下采样的带钢表面缺陷检测算法。首先构建自适应下采样模块（ADWO），通过引入权重系数实现网络对不同特征的关注，且分组卷积的结构设计降低模块的参数，从而实现提高网络对特征感知能力的同时降低网络复杂度；其次，结合context guided block构建CG-C3模块，通过联合局部和周围上下文信息来提升网络对缺陷特征的提取与整合能力；最后，为解决带钢表面微小缺陷难以检测的问题，在网络中引入RFB(Receptive Field Block) 注意力机制，通过整合多尺度缺陷特征，提升网络的检测精度。实验结果表明，在NEUDET数据集上，改进后的算法平均检测精度达到79.5%，较于原YOLOv5s网络提升2%且FPS提升了6 帧/s，参数量降低399%，浮点运算量降低39.8%。通过消融实验和对比实验验证了各个改进模块的有效性和所提算法的优越性。