2024年, 第36卷, 第8期　刊出日期：2024-08-21

  

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综合论述
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  钢渣吸附重金属离子研究进展

  代祎明1, 2, 闫勃婷1, 2, 李明阳1, 2, 龙红明1, 2, 高翔鹏1, 2

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 957-974. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230290

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  摘要：钢渣是冶金工业的副产品，产生于熔炼过程中，其由生铁中的硅、锰、磷和硫等杂质氧化形成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐组成。钢渣约占粗钢生产量的10%，随着全球钢铁生产的快速增长，钢渣的数量也在增加，引发土地占用和环境污染等问题。因此，钢渣的处理和资源化利用问题也越来越受到重视。尽管钢渣属于固体废物，但由于其独特的矿物组成和物理化学特性，使其在污染物去除方面显示出潜力。研究表明，经过物理或化学方法改性的钢渣可以吸附重金属离子，从而减少重金属污染废水的毒性。这表明钢渣可能作为低成本的重金属吸附剂。综述了钢渣用作重金属离子吸附剂的各种改性方法，探讨了不同改性钢渣的去除性能和反应机制。最后，讨论了钢渣作为重金属吸附剂在工业应用中的未来研究方向，展望了实际生产和应用场景。
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  不锈钢酸洗污泥的资源化处置现状及展望

  顾宝澍1, 彭程2, 王宁1, 高杰1, 龙红明1, 春铁军1

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 975-990. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230350

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  摘要：不锈钢酸洗污泥是不锈钢酸洗过程中产生的危固废产物，富含Cr、Ni、F等危险元素，对环境有严重的危害。随着中国不锈钢产量的不断增加，不锈钢酸洗污泥的规模化、资源化处理成为当前亟待解决的行业难题。综述了前人对不锈钢酸洗污泥的研究工作，介绍了不锈钢酸洗污泥的来源和物化性能，总结了不锈钢酸洗污泥在建材利用、金属回收以及冶金辅料的工业研究进展，分析了现有工艺存在的问题，提出了相应的解决方案，为中国不锈钢酸洗污泥无害资源化、产业规模化的实现提供指导意见。
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  Fe-Mn-Al-C系低密度钢疲劳性能的研究现状

  王军, 满廷慧, 周逸浩, 韦习成, 董瀚

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 991-1000. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240038

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  摘要：在双碳战略的践行过程中，汽车轻量化则成为汽车工业发展的重要趋势之一。Fe-Mn-Al-C系低密度钢作为一种新型轻量化材料，因其兼具了低密度和高强塑韧性而受到国内外研究者们的广泛关注。安全性是新型轻量化材料能否应用在汽车车身结构和零部件上的另一重要考量，因此，Fe-Mn-Al-C系低密度钢的服役性能才是在实现汽车轻量化车身结构和零部件应用的关键问题。简要介绍了Fe-Mn-Al-C系低密度钢的成分设计和拉伸性能，着重从合金元素、晶粒尺寸、第二相3个影响因素综述了国内外对Fe-Mn-Al-C系低密度钢疲劳性能的研究进展。
冶炼与加工
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  基于粒度组成调控的高品质球团制备技术

  甘敏, 刘卓奇, 季志云, 范晓慧, 刘轻松, 涂勇

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 1001-1010. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230110

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  摘要：中国自产磁铁精矿种类繁多，相较进口精矿有成本优势，但部分精矿因成球性能偏差影响高品质球团制备，开发更为经济有效的调控技术对于这类铁精矿高效利用具有重要现实意义。以A、B、C三种铁精矿作为研究对象，分别具有粒度较粗、颗粒表面光滑和粒度超细的主要特征。查明了影响球团性能的规律：粒度过粗、过细以及颗粒表面光滑的铁精矿均呈现出较差的生球性能，进而导致预热球、焙烧球品质偏差。建立基于粒度组成调控的低品质铁精矿优化配矿方法：依据不同类型铁精矿物理性质、成球性能的差异性和互补性，满足小于0.044mm粒级质量分数60%~70%，优选的配矿方案为A矿∶B矿为1∶4和A矿∶C矿为1∶1，能大幅改善球团性能指标；并揭示了提升球团品质的作用机制，粒度小于0.044mm颗粒对生球爆裂温度有较大影响，且相较于其他粒级，氧化反应速率更快，相同条件下，有利于提高球团强度。
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  基于PCABP神经网络的转炉终点磷含量预报模型

  王华建1, 2, 李万明1, 2, 战东平3, 臧喜民1, 4

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 1011-1018. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240002

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  摘要：转炉炼钢终点控制是转炉吹炼后期的重要操作，为了更加准确地预报转炉炼钢终点磷含量，选取影响终点磷含量的13个工艺参数，然后采用灰色关联度分析和主成分分析（PCA）处理得到输入参数，通过比较不同隐含层节点个数的预报结果的均方误差值确定隐含层节点个数，结合可变学习速率的BP算法，基于PCABP神经网络建立了转炉终点磷含量预报模型，并对Q235钢种实际生产数据代入模型进行仿真。通过与传统BP、PCABP神经网络以及小波神经网络建立的模型结果进行对比，表明算法优化后的PCABP神经网络的终点命中率更高，该模型实现预测转炉终点磷质量分数在误差范围±0004%、±0008%和±001%内，命中率分别达到44%、86%和96%。
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  基于SSA优化的XGBoost-BP融合模型的高炉压差预测

  施有恒, 张淑会, 刘小杰, 张玉洁, 李欣, 吕庆

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 1019-1033. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230379

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  摘要：高炉压差对高炉的正常运行和冶炼效率有着重要的影响。压差过高会导致悬料，破坏高炉顺行；压差过低会引发炉内气流过吹甚至管道气流现象。因此，将高炉压差维持在一定范围内是保证高炉炉况稳定的前提，对高炉压差提前预测可以帮助操作人员了解高炉的工作状态，及时调整操作参数，进而保证炉况稳定。为了提高高炉压差预测精度，首先，以国内某钢铁企业监测的高炉冶炼数据为基础，建立了基于麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm，SSA）优化的梯度提升决策树（eXtreme Gradient Boosting，XGBoost）和BP神经网络（Back Propagation Neural Network，BPNN）融合预测模型。该模型以SSA算法对单一模型的优化为核心，并通过误差倒数法加权预测值来降低模型的预测误差。结果表明，基于SSA优化的XGBoostBP融合模型预测效果明显高于其他模型，该模型拟合优度达到0.842，具有较高的拟合能力，对比结果显示，融合模型较SSABP、SSAXGBoost模型预测误差更小，收敛速度更快，并且在±0.025×105Pa的误差范围下，其预测准确率达到了96.13%。最后，基于所提的融合模型建立高炉压差预测系统，该系统不仅起到了指导高炉生产的作用，而且对炼铁工业的转型升级具有一定的现实意义。
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  含钼废料制备球团生产钼铁参数优化

  杨双平, 范博文, 王苗, 刘起航, 池延斌, 董洁

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 1034-1041. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001.0963-20230286

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  摘要：针对钼铁冶炼提出了一种成本低、周期短，污染低的新的工艺，将含钼酸钙废料作为原料制备球团用以生产钼铁。采用正交试验和单因素试验进行造球并对球团的强度进行检测，分析粘结剂用量、水分含量以及造球时间3个因素对生球性能的影响，并对所生产的钼铁进行成分检测。试验结果表明：将钼酸钙作为原料加入到球团中生产钼铁是可行的。并且当钼酸钙加入量（质量分数）为10%、水分质量分数为8%、膨润土添加量（质量分数）为2%、造球时间为22min时含钼废球团性能最佳，在此球团工艺条件下所生产的钼铁Mo质量分数达61.04%，为60MoFe，并符合GB/T 3649—2008中60MoFe的要求。
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  基于ANSYS的宽厚板压力矫直F-δ模型研究及矫直行程计算

  徐欢, 李然, 袁海兵, 王生怀

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 1042-1049. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240024

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  摘要：为了解决宽厚板矫直的平直度问题，基于“三点反弯”矫直原理，对宽厚板压力矫直过程进行了深入研究；运用弹塑性变形理论，建立了宽厚板加载点截面处“弹性变形→弹塑性变形→塑性变形→弹性回弹”4阶段集中载荷挠度（F-δ）模型，并确定了宽厚板被矫直时的反弯挠度和矫直行程；根据4阶段集中载荷挠度（F-δ）模型计算得到的矫直行程，利用 ANSYS 有限元法，对不同尺寸规格的宽厚板进行了压力矫直有限元仿真试验，仿真结果表明，采用4阶段集中载荷挠度（F-δ）模型，加载点截面处的残余挠度控制在3%以内，沿弯曲方向的平直度控制在5mm/m以内，验证了4阶段集中载荷挠度（F-δ）模型在宽厚板压力矫直中的可行性。
材料研究
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  高强韧热轧贝氏体大H型钢性能及工艺研究

  周继顺1, 2, 杨璐1, 2, 潘红波1, 2, 刘伟明1, 2, 魏海莲3, 4, 刘永刚5

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 1050-1059. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240037

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  摘要：设计了一种含Nb低CSiMnCuNi合金热轧贝氏体大H型钢。结合H型钢生产工艺，探讨了轧制温度、压下率与冷却方式对大H型钢组织及力学性能影响。结果表明：空冷条件下厚规格大H型钢获得粗大粒状贝氏体与少量铁素体、板条贝氏体，铁素体晶粒10~15μm，M/A岛尺寸3~5μm，屈服强度为531MPa，冲击功与温度呈陡峭下降趋势，-40℃时冲击功仅为40J。轧后水冷的厚规格大H型钢获得细小板条贝氏体、粒状贝氏体与少量铁素体，M/A相呈点状分布，铁素体晶粒在6~10μm之间，屈服强度达662MPa，冲击功随温度呈缓慢下降趋势，-40℃时冲击功为194J。薄规格大H型钢通过大压下得到更为细小的粒状贝氏体与铁素体，屈服强度为625MPa，冲击功与试验温度几乎呈水平直线，-40℃时冲击功高达262J。
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  F316奥氏体不锈钢热变形行为与动态再结晶机制

  冯伟, 刘忠翰, 谢臻轩, 于云鹤, 侯纪新, 夏志新

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 1060-1070. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240035

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  摘要：采用等温压缩实验，系统探究了F316奥氏体不锈钢在不同变形量(10%～50%)、变形温度(960～1120℃)和应变速率(01～1s-1)下的热变形行为与动态再结晶机制。研究表明，F316奥氏体不锈钢的动态再结晶以弓出形核为主要形核方式，应变速率增加和变形温度降低均会导致动态再结晶体积分数和再结晶晶粒尺寸逐渐减小。通过结合Arrhenius方程和ZenerHollomon参数，成功建立了F316奥氏体不锈钢的流变应力本构方程，其变形激活能Q确定为49154kJ/mol，峰值应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而显著增大。通过引入应变条件的影响，可对流变应力本构方程进一步优化，最终成功实现对F316不锈钢流变应力曲线的良好预测。
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  铋系、铅系、硫系易切削钢的切削性对比研究

  赵欣宜1, 徐翔宇1, 张晓宇1, 刘贝贝1, 邹虎2, 付建勋1

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 1071-1079. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240040

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  摘要：为探究铋系、铅系、硫系3种易切削钢切削性能的差异和铋对易切削钢切削性能影响及其作用机制，利用Kistler测力仪、表面粗糙度测量仪等对1215MS硫系易切削钢、1215Bi铋系易切削钢、12L14铅系易切削钢3种盘条开展了切削对比测试。结果表明：在转速w=1200r/min、切削深度ap=0.4mm、进给量f=0.2mm/r，且切削刀具和切削角度相同的的切削条件下，1215MS、1215Bi、12L14三种易切削钢盘条的切削合力分别为：130、123、116N；材料的表面粗糙度Ra分别为：5.3、4.9、4.6μm，C型屑的占比分别为：28%、37%、42%，1215Bi易切削钢的切削性接近于12L14易切削钢，显著优于1215MS易切削钢；在铋系易切削钢中，Bi元素以Bi颗粒的形式存在，或者附着在MnS的表面，形成BiMnS复合夹杂物，在切削过程中，切削热使得Bi颗粒发生熔融，起到了润滑作用，断屑性增加，改善了切削性能。
能源与环保
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  利用酸洗废液浸出分离转炉钢渣中磷的研究

  程煌1, 于耀辉2, 路建强3, 杜传明2

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 1080-1088. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240005

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  摘要：转炉钢渣和酸洗废液是钢铁工业产生的2种废弃物。为了实现钢渣在炼钢流程中的再利用和酸洗废液的无害化处理，提出利用酸洗废液选择性浸出分离转炉钢渣中的P，考察了pH值、酸洗废液中Fe2+浓度、固液比对转炉钢渣中各元素浸出行为的影响。研究表明，降低浸出液pH值可显著提高转炉钢渣中P的浸出率，在pH=1.5时，P的浸出率达到95.1%；增加酸洗废液中Fe2+含量对钢渣中P的浸出率无明显影响；提高固液比会导致渣中P的浸出率降低。在各浸出条件下，浸出液中Fe3+含量极低，表明钢渣中的Fe几乎不溶解。浸出后的残渣主要组成（质量分数）为：Fe2O3 43.38%、CaO 39.49%、MgO 543%，P2O5质量分数仅为0.27%，可作为冶金熔剂返回炼钢流程再利用。
测试与控制
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  油井管用钢中含铈夹杂物的原位统计分布表征

  周雪凡1, 2, 李冬玲2, 3, 周晴晴1, 2, 杨峰4, 刘智1, 汪兵1

  钢铁研究学报. 2024, 36(8): 1089-1097. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240041

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  摘要：钢中的稀土元素的加入能够改变内生夹杂物的组成和形态，并起到净化钢液的作用，因此在许多低合金钢中被广泛应用，但不同状态稀土元素对钢材性能的影响机制尚不明晰。由于稀土元素与O和S等非金属元素都有较强的结合能力，导致稀土元素在钢中的赋存形态复杂，这也为钢中稀土夹杂物的分类定量表征带来了较大困难。因此，将扫描电镜多视场连续测试、特征颗粒物图像快速定位、识别和能谱自动分析技术相结合，实现了稀土油井管用钢较大尺寸范围内含铈夹杂物的原位定量统计分布表征，获得了不同类型Ce夹杂物的位置、组成、形貌、尺寸和数量的全域统计信息。探讨了不同Ce含量对钢中含Ce夹杂物组成、数量和尺寸分布的影响规律。当Ce含量较少时，Ce夹杂物会与Al、Mn夹杂物复合存在，较多含Ce夹杂物颗粒包覆或嵌入灰黑色的Al2O3和MnS。当Ce含量增加时，单一Ce夹杂物逐渐形成，其形貌为球形或长椭球形，颗粒尺寸主要位于1～4μm之间，结合能谱自动分析结果可知，这些颗粒物以Ce的氧化物、氧硫化物和硫化物为主。Ce含量较高时也会形成Ce的磷化物，且含P的稀土Ce化合物在测试区域呈现一定的条带状分布。