微晶铸造工艺可通过细化晶粒提高合金中低温性能,但由此增加的横向晶界可能会损伤合金高温持久蠕变性能,导致构件过早失效。在760 ℃/724 MPa条件下对普通铸造、细晶铸造和微晶铸造K447A合金进行了持久性能测试,利用扫描电子显微镜、能谱仪和电子通道成像技术表征了持久试验前后的显微组织,讨论了微晶铸造工艺对K447A合金持久性能的影响。结果表明:微晶铸造工艺可延长K447A合金的持久寿命至194 h,与普通铸造、细晶铸造合金相比分别增加134%和69%。该条件下,持久变形以晶内位错剪切γ′相为主,裂纹萌生于试样表面并穿晶扩展。由微晶铸造工艺引起的晶粒及碳化物细化、γ′相体积分数增加和枝晶组织消失有效抑制了裂纹萌生与扩展,使K447A合金在该条件下的持久寿命显著提高。尽管微晶铸造K447A合金产生了晶界氧化裂纹,但其对力学性能的损伤远低于晶粒细化所产生的强化效果,因而合金持久性能显著提升。

硫(S)和磷(P)作为钢铁材料中的典型有害杂质,其含量对先进钢铁材料焊缝的成形质量与服役性能具有显著影响。在成形方面,S通过改变熔池流动特性和表面张力影响其形状与轮廓;P则主要改变液态金属表面张力,进而影响熔池在母材上的铺展行为与润湿性。在性能方面,S易形成低熔点硫化物夹杂并富集晶界,不仅增加热裂纹敏感性,更严重劣化焊缝金属的韧性与塑性;P则在凝固过程中发生显著的晶界偏析,弱化晶界结合力,成为裂纹萌生与扩展的源头,并显著降低焊接接头的韧性和强度。本文结合当前最新研究,综述了S、P元素对焊缝成形与性能的影响,并总结了当前二者的调控策略。

铁矿粉制粒是烧结工序中不可或缺的工艺流程,是烧结质量的重要保证。在铁矿资源逐渐劣质化、铁矿石价格持续波动的背景下,制粒工艺的改进与发展对改善料层透气性、提高烧结生产效率、降低能耗和生产成本具有重要意义。总结了铁矿烧结制粒强化技术及工艺的研究进展,包括常规制粒强化技术与强化制粒新工艺2部分,分析了各类技术与工艺的优缺点及适用范围,旨在为钢铁企业根据自身原料条件与工业需求,科学选择制粒工艺提供可靠的理论依据和实践指导,助力提升烧结生产的资源利用率和经济效益。

淬透性是钢铁材料的关键性能参数,反映钢材在淬火过程中获得均匀硬化能力的特性,直接影响钢材的力学性能和使用寿命。传统物理模型由于在处理复杂成分和工艺参数时精度有限,难以准确预测淬透性。综述了支持向量机(SVM)、决策树(DT)、神经网络(NN)和深度学习等机器学习模型在钢材淬透性预测中的应用,并从预测精度、数据需求和计算效率等方面进行对比分析。对未来的研究方向进行展望,包括提高数据质量、融合模型和增强物理可解释性等关键问题。随着机器学习技术的持续发展,淬透性预测的精确性和泛化性将得到显著提升,为钢铁行业的智能化生产提供有力的技术支撑。

钢铁行业是我国的支柱产业,钢材的质量是影响钢材性能与价格的关键。针对带钢表面缺陷检测存在精度差、效率低以及模型结构复杂等问题,提出一种基于YOLOv11的轻量化带钢表面缺陷检测算法(PSN-YOLO)。首先设计P-GELAN_CAA特征提取-融合模块,基于广义高效层聚合网络(GELAN)引入多尺度卷积(PSConv)处理多尺度信息、优化参数利用率,并融合上下文锚点注意力 (CAA)增强特征表示;其次,选取轻量高效的SCDown下采样以扩大感受野,减少信息损失,降低模型复杂度;最后,采用归一化瓦瑟斯坦距离(NWD)改进边界框损失函数,专注于不规则和复杂微小纹理特征,更好地衡量边界框间的分布相似性,提升检测精度。在NEU-DET数据集上的试验结果表明,该模型相比基准模型mAP提高了3.1%,参数量和计算量分别减少20.3%、19.0%,更好地平衡了检测精度和轻量化需求。此外,该模型在Severstal数据集上表现出良好的泛化能力,满足实际工程需求,具有重要推广应用价值。

随着信息技术的发展,充分挖掘、筛选、分析钢铁生产大数据,对钢铁生产实现智能控制、节能增效有重要的意义。通过对某钢厂200 t转炉425组炉气成分实时测试数据深入分析,基于碳积分模型将其转化为碳成分及温度时序数据,并进行数据归一化预处理,建立了能够预测炼钢过程碳质量分数及温度的长短期记忆(LSTM)网络模型。该模型以加料信息和炉气信息为输入变量,通过对生产现场50炉次的终点实测数据与模型计算数值进行对比,结果表明:碳质量分数终点预测误差±0.03%内命中率为96%,温度终点预测误差在±15 ℃内命中率为92%,实际值和LSTM模型预测值偏差较小,同范围内的终点命中率比极限学习机(ELM)和反向传播(BP)神经网络预测模型均有所提高,LSTM模型有利于对冶炼过程实施动态预测和控制。

为构建新型电力系统并实现“双碳”目标,新一代煤电调峰机组大规模投运,其关键高温部件面临以疲劳-蠕变交互作用为特征的损伤模式。本文基于现行设计规范及P91/P92等材料试验数据,系统分析了锅炉厚壁部件在稳态与灵活调峰工况下的温度、应力及载荷变化特征,揭示了实验室高应力试验条件与实际低应力、频繁变载服役状态的差异,阐明了不同应力、温度及负荷变化、频率、速率等对蠕变孔洞演化、疲劳裂纹扩展及蠕变-疲劳损伤的影响机制。研究表明,调峰工况下厚壁部件因瞬态热应力与局部塑性应变显著提高,主导失效模式由稳态下的蠕变失效转变为以低周热疲劳及蠕变-疲劳交互为主的复杂损伤。结合工程案例,提出采用G115、C630R等高性能合金、优化部件几何形状降低应力集中、建立在线寿命评估系统等对策,构建近工况蠕变-疲劳试验体系与多因素损伤模型,并制定适用于调峰机组的材料选型指南,是保障其长期安全运行的关键。

焦粉作为烧结生产的主要燃料,其粒度分布对烧结产质量指标和能耗水平影响显著。现行焦粉粒度检测通常采用人工取样-烘干-振动筛分的方式,操作复杂、滞后时间长,不利于对破碎系统和配料系统进行及时调控。虽然图像识别在线检测运动物料粒度的技术发展迅速,但焦粉破碎、配料流程中焦粉粒度细小、环境恶劣,给图像采集与粒度识别带来了严峻考验。设计了一套面向复杂工业环境的图像采集系统,由图像采集箱和多级除尘管道组成,以减少光照、温度和灰尘对图像采集的影响。并针对焦粉颗粒细小的特性,利用改进的神经网络多次优化训练粒度识别模型,识别运料皮带上的表层焦粉粒度分布,再结合机器学习算法构建预测模型,将图像识别得到的表层粒度分布与人工筛分数据相结合,训练生成预测整体焦粉粒度分布的模型,从而提高识别精度。该图像采集和粒度识别系统在国内某钢铁企业焦粉破碎车间投入应用,应用结果表明,该系统对(0,0.5)、[0.5,3)、[3,5)和[5,∞) mm四个区间焦粉粒度分布比例的识别误差均小于3%。

烧结终点(Burn-through Point, BTP)状态直接影响烧结过程的产量、质量和能耗指标。针对目前BTP的预测在时间跨度和工况适应性方面均存在不足的情况,提出一种结合卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)和长短期记忆神经网络(Long Short-term Memory,LSTM)的烧结终点长期预测方法。利用可以通过CNN模块从输入数据中提取跨特征的局部时序模式,结合LSTM的时序动态建模能力,对数据集内部特征的长时间尺度关系建模,形成高效的混合模型,进而在混合料布料点火阶段提前对烧结终点进行预测。试验和应用结果表明,在45 min的预测窗口下该模型的平均绝对误差低于0.4节风箱,在±0.8节风箱内预测准确率达89.2%,为长时间跨度下烧结终点预测提供了实用的解决方案。

如何对铝脱氧钢中Al₂O₃氧化物夹杂进行控制一直是冶金生产过程中的痛点问题。钙处理可将高熔点的Al₂O₃氧化物夹杂改性为低熔点的钙铝酸盐(12CaO·7Al₂O₃),有效抑制水口结瘤,提高钢材的抗氢致裂纹性能。然而,钙的加入时间、加入方式等参数直接影响钙的收得率和夹杂物改性程度,若控制不当,反而会加剧水口结瘤现象。因此,本文综述了铝脱氧钢中钙处理对非金属夹杂物的改性作用,从动力学和热力学角度阐释了其作用机制及关键影响因素,包括钢液温度、钙的添加方式和添加时间、精炼渣系的CaO/Al₂O₃以及钢液中O、S、Al含量对夹杂物组成演化与液相占比的影响。本文讨论了钙处理的工艺优化方向,旨在提升钙的利用效率与夹杂物控制水平,包括二次钙处理、含钙硅铁的应用、钙-镁合金协同等创新方法。

乏燃料后处理是核燃料循环的关键步骤,后处理用奥氏体不锈钢面临着严重的硝酸腐蚀问题。在乏燃料后处理苛刻的腐蚀环境中,奥氏体不锈钢难以满足设备需求,研究奥氏体不锈钢在乏燃料后处理环境下的晶间腐蚀具有重要意义。对近几年奥氏体不锈钢在乏燃料后处理环境中阳极和阴极主要腐蚀机理的研究成果进行了总结,介绍了超低碳奥氏体不锈钢、超纯奥氏体不锈钢和高硅奥氏体不锈钢在乏燃料后处理中的应用情况,归纳了3种奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能及研究现状。

为降低碳排放,高效回收冶金粉尘中锌、铁元素,对碳氢气氛下冶金粉尘的反应体系进行热力学分析非常重要。通过高温焙烧试验系统研究了不同工艺参数(如温度与时间)对冶金粉尘金属化率与脱锌率的影响,并借助X射线衍射(XRD)分析方法与电子扫描显微镜-能谱分析仪(SEM-EDS)技术,揭示了温度对物相演变与微观结构的调控机制,进而阐明了碳氢协同作用下的锌铁分离机制。结果表明:含锌物相在碳氢耦合作用下的迁移过程主要分为2个过程,当温度低于锌的沸点(907 ℃),ZnFe₂O₄基本还原为ZnO;当温度高于锌的沸点,ZnO在碳氢的共同作用下,发生ZnO到Zn(g)的物相转变。当还原温度为1 050 ℃、时长为20 min、高炉布袋灰与转炉污泥的碳氧比(C/O)为0.8,且处于H₂∶CO∶CO₂∶N₂=6∶2∶1∶1的还原气氛下,冶金粉尘的金属化率与脱锌率均达到最佳值。此外,由于氢还原含铁氧化物过程中矿相间的膨胀系数不同,导致界面处易产生热应力,从而形成裂缝。随着H₂的不断消耗,渗碳反应加剧,产生更多CO使球核内部蒸气压增大,导致球核破裂,产生大量裂纹。反应的不断进行使裂缝逐渐加深,缝隙的出现促使锌铁氧化物还原反应正向进行。

采用淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺,研究冷轧Q&P980钢在不同淬火温度(285、310和335 ℃)下的组织演变规律及力学与成形性能调控机制。结果表明,随着淬火温度升高,马氏体形貌由块状转变为均匀细小的板条状,残余奥氏体体积分数及其碳含量呈先升高后降低趋势,当淬火温度为310 ℃时力学性能最优。淬火温度升高导致扩孔率、塑性应变化(r值)及极限成形曲线呈下降趋势,平面各自异性指数(Δr)值则呈上升趋势。当淬火温度285 ℃时,较多的再结晶{111}织构及大角度晶界减弱了由晶粒取向差异导致的平面各向异性,成形性能最优。淬火温度为335 ℃时,存在较强的α纤维织构,同时γ纤维织构强度降低,共同导致材料成形性能劣化,这表明了成形性能与力学性能虽存在一定的相关性,但是更应关注织构类型及其组织分布对成形性能的影响。

多流非对称中间包因其几何结构特殊,易导致各流钢液流动特性差异显著,进而影响铸坯质量的一致性。以国内某钢厂现用四流非对称中间包为研究对象,研究了不同导流隔墙与导流孔设计对中间包流场及温度场的影响。首先通过物理模拟对比了不同方案中间包的流场特征参数,指出现用中间包结构(原方案P)的不足,并据此提出优化方案;进一步通过数值模拟分析了优化方案的温度场分布及夹杂物去除效果。物理模拟结果表明,使用优化后的A4方案后,中间包总体平均停留时间较原方案延长53 s,死区比例从原方案的37%降低到28%。其中,1号水口的滞止时间从9 s延长至33 s,短路流现象得以消除,且各流一致性显著提升。数值模拟结果表明,A4方案的流场与温度场分布更加均匀,各流出水口处温差由原方案的6 ℃降低至1 ℃,且对不同尺寸夹杂物去除率均优于原方案。综上所述,通过中间包结构优化可有效提升其冶金功能,为改善铸坯质量均匀性提供了技术依据。

铁矿球团矿生产属于高能耗、高排放工业过程,其节能减排是钢铁行业实现“双碳”目标的关键环节。本研究旨在通过高压辊磨预处理与优化配矿的协同作用,在降低球团矿焙烧温度的同时保障产品质量,为钢铁行业绿色转型提供技术支撑。研究采用实验室系统试验方法:首先利用压强为14 MPa的高压辊磨机对6种铁精矿进行预处理,分析该过程对原料粒度、比表面积及成球性能的影响;随后通过圆盘造球机制备生球,并在卧式管状电炉中模拟预热与焙烧过程,探究不同工艺参数对球团强度的作用规律;最后结合扫描电子显微镜分析球团矿的微观结构变化,揭示协同强化机制。研究结果表明,高压辊磨可显著改善铁精矿物理性能,经2次辊磨处理后,混合矿中5 mm粒级数量占比可提升至75.45%,有效增强颗粒表面活性,强化再结晶界面反应,进而提高球团矿强度;同时,2次高压辊磨可将球团焙烧温度由1 200 ℃大幅降至1 110 ℃。在此基础上,通过优化配矿进一步强化球团固结效果,在最优配矿比例(A矿质量分数为5%、C矿质量分数为11%、D矿质量分数为7%)下,球团矿最低焙烧温度可进一步降至1 080 ℃,且抗压强度达到3 189 N/P,远超 2 500 N/P的工业标准。微观分析显示,高压辊磨与优化配矿的协同作用,显著强化了赤铁矿的再结晶与连晶程度,减少了球团内部孔隙和裂纹,大幅提升了结构致密性。本研究明确了高压辊磨与配矿优化的协同机制,并通过实验室数据量化了其对焙烧温度降低与球团强度提升的双重优化效果。

殷钢的低热膨胀性能使其广泛应用于精密仪器、航空航天等领域,但强度有限,限制了进一步发展。在殷钢中加入合金元素并通过固溶、时效析出第二相碳化物可以显著提高其力学性能。固溶作为析出的关键前提,对此过程中碳化物回溶行为的研究尤为重要。本文在殷钢中加入合金元素Nb、Mo、V、Ti,通过扫描电子显微镜(SEM)和超高温激光共聚焦显微镜(HT-CLSM)原位观察碳化物的回溶行为并分析其机制。结果表明,Nb-Mo-V-Ti及Nb-Mo-V殷钢盘条中均存在2类碳化物,第一类碳化物颗粒平均尺寸大于5 μm,形成于凝固过程,称为一次碳化物;第二类碳化物平均尺寸在1 μm以下,为从基体中析出的碳化物相,称为二次碳化物。2类碳化物均为各自对应成分的(Nb, Mo, V)C或(Nb, Mo, V, Ti)C复合析出相。热力学及高温共聚焦观察结果表明,一次碳化物的溶解温度在殷钢凝固转变温度附近,故回溶困难;二次碳化物在升温及延长保温时间后能实现基本回溶,并从中发现了Ti对碳化物的回溶具有阻碍作用,使得碳化物具有更高的热稳定性。此外,Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK)方程被用于表征二次碳化物溶解动力学,经过试验验证,该动力学模型能够较好地预测二次碳化物的溶解分数。

复合铁焦作为一种新型低碳炼铁原料,具备良好的反应性能。高炉(BF)使用适量复合铁焦可以提高煤气利用率,强化节能减排。复合铁焦需要具备高强度和高反应性,才能满足铁焦生产转运、低碳高炉冶炼的要求。炭化处理是复合铁焦转变为焦炭的关键过程,对铁焦的强度、反应性等冶金特性影响巨大。复合铁焦的热解行为及炭化固结机制的研究对铁焦冶金性能的优化至关重要。综述了复合铁焦热解炭化行为及炭化固结机制的相关研究进展,具体分析总结了目前的研究成果、需要深化研究的内容及铁焦炭化固结理论研究的展望,一定程度上总结了铁焦热解行为和炭化固结机制的关键理论基础,这将从理论上明晰铁焦的炭化成焦过程,有助于促进复合铁焦炭化工艺技术路径优化,推动复合铁焦制备及其高炉冶炼技术的进步。

轧制技术的发展离不开强有力的技术支撑,而当前的控制水平已步入关键转折点。基于传统控制理论的控制效果已逼近极限,诸多关键技术难题尚未得到彻底解决。因此,迫切需要引入全新的控制理论与方法,以实现控制性能的跨越式提升。在热轧带钢生产流程中,精轧工序的板厚自动控制(AGC)占据着核心地位,其控制精度的高低直接决定了成品带钢的质量与合格率。针对温度波动对来料出口厚度稳定性的影响,以及传统厚度反馈控制(GM-AGC)存在的正反馈问题,本研究提出了硬度前馈控制策略。本文以鞍钢1700 ASP 生产线为应用对象,计算并分析了负荷分配对各项工艺指标的影响系数;同时基于厚度、轧制力与凸度增量方程,确定了F₃~F₆机架的辊缝调节量。在热轧现场实践中,成功实现了F₃、F₄机架的硬度前馈控制及F₅机架的硬度过补偿控制。此外,在监控AGC系统中引入非线性PID控制策略,该策略的参数整定范围较宽,具备较强的工程实用性。对不同轧制规格的生产数据进行统计分析后发现,实施复合控制策略后,板带厚度精度较原有水平提升约1%,该控制系统具有良好的推广应用前景。

针对高炉冶炼过程中K、Na、KF、NaF气体对焦炭劣化的作用机制,本研究采用“气相吸附法”对焦炭进行气体吸附试验,结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)等表征技术,系统探究了K、Na、KF、NaF气体对焦炭热态性能及组织结构的影响规律。结果表明,K气体会造成焦炭表面颗粒剥落,Na气体则引发焦炭表面呈粉末状脱落,而KF、NaF气体会显著增加焦炭气孔数量。焦炭吸附K、Na、KF、NaF气体后,其石墨微晶的(002)晶面间距增大,微晶堆积高度与微晶层面尺寸减小,严重破坏微晶结构的有序性与完整性。上述气体对微晶结构的破坏程度排序为:K＞Na＞KF＞NaF。微晶结构变化导致焦炭孔隙率上升,进而提升焦炭反应性(CRI)、降低焦炭反应后强度(CSR)。其中,K和Na气体对孔隙率的影响显著强于KF和NaF气体,且K气体影响大于Na气体,KF气体影响大于NaF。当焦炭吸附质量分数1%的NaF气体时,焦炭热态性能(CRI≤25%,CSR≥65%)仍满足高炉冶炼要求;当吸附质量分数1%的K、Na、KF气体后,CRI和CSR均超出标准限值。综合来看,各类气体对焦炭热态性能的影响程度排序为:K＞Na＞KF＞NaF。此外,随着气体吸附量的增加,CRI增幅与CSR降幅均呈现边际递减趋势。

因瓦合金以其极低的线膨胀系数和优异的软磁性能而闻名,已广泛应用于精密光学、微电子、磁屏蔽和航空航天等行业。本文重点介绍超薄因瓦合金带材产品,这类产品对于精密金属掩模版和精密机电元件等高端应用至关重要。文中系统总结了包括电铸、精密冷轧以及后续表面质量强化工艺在内的先进制造技术,并对其制造机制、技术优势和现有局限性进行了比较。此外,本文还全面综述了织构调控、退火参数控制、脉冲电流辅助处理和氢气退火等关键性能优化策略,以阐明因瓦合金带材强化和软磁性能增强的内在机制。研究人员特别关注高纯冶金在确保超薄产品表面无缺陷和尺寸稳定性方面日益增长的重要性,目前其制备技术已成为关键瓶颈。总体而言,精确控制工艺参数、高洁净度冶炼以及多性能协同优化的举措是实现超薄因瓦合金高性能的关键。

为了研究不同应变速率下海洋工程用耐低温H型钢的高温塑性,在Gleeble-3800热模拟试验机上进行了0.01、1 s^-1两种应变速率下Q420NE连铸坯的高温拉伸试验,获得了600~1 300 ℃范围内异型连铸坯的高温强度、热塑性和断口形貌变化规律。结果表明,当连铸坯在较高的应变速率(1 s^-1)下进行拉伸时,试样的断面收缩率随着拉伸温度的升高而升高,断面收缩率均大于65%;在较低的应变速率(0.01 s^-1)下进行高温拉伸时,试验钢存在明显第Ⅲ脆性区,区间温度范围为600~850 ℃,断面收缩率均低于65%,该区间热塑性较差。整体上较高的应变速率可以获得更优良的高温热塑性。另外,Q420NE铸坯在应变速率为1 s^-1时整体断裂强度高于应变速率为0.01 s^-1时的断裂强度,与断口形貌表现一致。

在钢铁工业低碳转型的背景下,转炉高废钢比冶炼面临能耗失衡与渣料成本失控的双重挑战。针对120 t转炉在高废钢比工况下渣料加入量控制不稳定、能耗计算偏差较大的问题,本文通过解析转炉冶炼过程中的热-料-氧耦合关系,阐明了高废钢比条件下熔池热量需求、渣料消耗及热补偿之间的内在关联机制。研究通过数据预处理整合1 200炉次生产关键数据,构建起“机制模型-智能算法”相融合的渣料适宜加入量预测与优化体系。通过皮尔逊相关性分析结合递归特征消除算法,筛选出钢水量、铁水Si含量等8 个关键特征参数,并对反向传播(BP)神经网络、粒子群优化反向传播(PSO-BP)及遗传算法优化反向传播(GA-BP)模型开展对比与优化研究。结果表明,GA-BP模型性能最优,其渣料加入量预测的平均绝对百分误差为0.13%,均方根误差为208.03。该模型已成功应用于生产现场,且预测效果良好,可为转炉高废钢比冶炼的绿色高效生产提供有效的技术支撑。

为了研究离焦量对2 mm厚Q235钢薄板激光焊接接头组织与性能的影响规律,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机、显微硬度仪及电化学工作站,对该焊接接头进行了系统表征与分析。试验结果表明,随着离焦量由负值向正值变化,焊缝区与热影响区的宽度逐渐增大;焊接接头的硬度呈现先升高后降低的趋势;自腐蚀电流密度和自腐蚀电位则呈先减小后增大的趋势;抗拉强度平均值同样呈现先升高后降低的变化特征。当离焦量为0 mm时,焊缝区平均硬度达到最大值170.03HV;抗拉强度平均值最高,为299.83 MPa;自腐蚀电流密度最小,为1.39×10^-5 A/cm²,且容抗弧半径最大,表明其耐腐蚀性能最优。

针对电炉炼钢硅元素收得率预测精度不足及传统灰狼优化算法(GWO)易陷入局部最优的问题,本研究提出混沌动态灰狼优化算法(CDGWO),融合自编码器(AE)构建集成预测模型。首先利用AE重构冶炼数据特征并降噪,进而设计CDGWO算法。采用Tent混沌映射初始化种群增强全局搜索,设计非线性收敛因子,引入δ狼Levy飞行机制使其在停滞期能够逃离局部最优,同时建立基于历史表现与近期进步的自适应领导选举机制。基于逻辑回归、支持向量机、多层感知机、随机森林和轻量梯度提升机5类模型,采用CDGWO优化集成权重。试验表明,CDGWO集成模型测试集平均绝对百分比误差为11.28%,较传统GWO集成模型降低1.03%;Shapley加性解释可解释性分析证实温度、铝含量、碳含量、锰含量为核心影响因素,其中温度与碳含量对收得率有负向影响,铝、锰含量则有显著正向影响。

为了研究添加不同中间层对马氏体不锈钢00Cr12Ni10MoTi和新型Cu合金Cu3Cr1.5Nb的扩散连接机制,使用Ni箔、AgCu37.5中间层作为填充材料,在980 ℃、保温90 min和5 MPa压力的条件下,采用真空扩散连接技术将马氏体不锈钢和新型Cu合金进行连接。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能拉伸试验机,对不同中间层焊接接头的微观组织和力学性能进行了系统的表征。研究结果表明,3组试样都形成了一定程度的界面冶金结合,其中,直接扩散焊的试样焊接界面不连续,接头的抗拉强度为476.36 MPa,断口存在韧窝形貌,呈现韧性断裂特征。添加AgCu37.5中间层的试样接头中,Ag具有向Cu扩散生长的特性,并在钢基体晶界处偏聚,同时在钢基体上出现裂纹缺陷,这是由于钎料能够润湿铺展母材,界面两侧产生Kirkendall空洞,拉伸后在焊缝处断裂,接头的抗拉强度为479.61 MPa,抗拉强度提升了0.7％,断裂行为表现为韧-脆混合模式。添加Ni箔的试样接头与Cu侧、钢侧均产生优异的界面冶金结合,在界面处形成韧性固溶体、Cr₃Ni₂金属间化合物以及Kirkendall空洞,接头的抗拉强度可达491.38 MPa,抗拉强度提升了3.1％,拉伸后在Cu基体处断裂,断口存在明显的韧窝形貌,呈现韧性断裂特征。因此,采用Ni箔中间层扩散连接不锈钢与Cu合金可以实现具有充分的界面冶金结合和优异性能的连接。

带钢表面缺陷存在尺度差异大、纹理复杂、微小缺陷难识别等问题,导致检测精度偏低,故本文提出一种基于 YOLOv8n 改进的检测算法 DMI-YOLO,旨在提升多尺度特征提取能力与小目标检测精度。首先,构造轻量化特征提取模块 C2f-DWRB,通过引入多尺度膨胀残差与膨胀重参数化块结构,增强对不同尺度缺陷的感知能力;其次,在颈部网络中嵌入调制融合模块,借助自适应注意力机制融合局部细节与全局语义信息,强化复杂背景下的特征表达效果;最后,在预测阶段采用 Inner-EIoU 改进原始损失函数,通过宽高比优化策略,提升对微小缺陷的定位鲁棒性。试验结果表明,该改进算法在 NEU-DET 数据集上的平均检测精度达到 80.3%,较原 YOLOv8n 网络提升 3.5%,检测速度维持在 84.2帧/秒,且模型体积与计算复杂度均有所降低。所提 DMI-YOLO 算法在热轧带钢表面缺陷检测任务中兼具高精度与实时性优势,能够满足实际工业应用的需求。

在复杂工业环境下,带钢缺陷检测对准确率和效率有着双重高要求,然而现有方法难以同时满足这2方面的需求,为此提出轻量化多级特征融合的缺陷检测网络模型LMFF-YOLOv8以应对该挑战。本文从多个方面对YOLOv8网络进行改进,首先设计C2Faster模块替代原始YOLOv8中的C2f模块,通过优化网络的主干和颈部结构,降低计算复杂度;其次在网络的颈部引入AFPN模块,增强不同尺度特征图的融合效果,同时设计快速选择内核注意力网络模块,进一步提升特征融合速度;最后采用EIoU损失函数替代CIoU损失函数,提高预测框的收敛速度和回归精度,使检测结果更加准确。为验证改进方法的有效性,在NEU-DET和R-DATA数据集上开展对比试验和消融试验。试验结果显示,相较于YOLOv8s,LMFF-YOLOv8在2数据集上平均精度均值分别提升4.4%和3.3%,同时运算速度也得到提高,为复杂工业环境下的带钢缺陷检测提供了一种有效的解决方案。

在全球“双碳”战略的强力推动下,冶金行业的绿色转型迫在眉睫,高炉高比例球团冶炼技术已成为关键研究课题之一。本文聚焦高硅镁熔剂型球团,剖析其研究现状与发展趋势。球团矿在低碳环保方面具有显著优势,其生产能耗低、污染物排放少、铁品位高、粒度均匀且含硫率低,为高炉低碳稳定运行创造了有利条件,有效推动钢铁行业节能减排进程。高硅镁质熔剂性球团特色突出,采用高硅铁矿石可拓宽资源选择范围并降低成本;MgO能改善炉渣流动性,有利于脱硫;熔剂型球团自带熔剂成分,可降低成本并提升生铁质量。然而,在高炉高比例球团冶炼过程中,随着球团矿比例提高,炉料分布呈现明显变化,软熔带特性也发生改变,虽然熔滴性能有所改善,但软熔带温度升高、宽度增大,会干扰煤气流动;渣系受球团矿成分影响显著,硅、镁等脉石元素含量的变化会改变渣系组成与性能,进而影响脱硫效果。综合现有研究,高炉高比例球团冶炼技术虽前景广阔,但仍面临诸多挑战,未来研究应着力优化球团生产工艺、精细调控高炉操作参数并创新炉料结构设计,为钢铁行业可持续发展奠定技术基础,助力“双碳”目标稳步实现。

航空发动机高温合金数据的高效管理对提升材料选型效率、优化设计流程和保障产品质量具有重要意义。针对国内高温合金数据存在的分散性、标准兼容性差及可追溯性不足等问题,提出系统化的高温合金数据管理方案。通过构建“材料类别-用途-牌号-产品形式-规格”的多层级材料体系框架,结合数据全流程标准体系,涵盖材料类型、成形工艺、热处理制度及性能检测,实现高温合金数据的结构化与标准化整合。在数据管理方面,通过唯一编码关联数据来源、制备过程及测试结果,设计基于数据溯源、版本控制和多环节质量控制的管理模式,确保数据的可追溯性与可靠性。结果表明,高温合金数据系统能够有效整合科研与生产数据,支持材料性能检索、工艺优化及产品质量监控,为航空发动机设计、制造和维护提供精准数据支撑。未来需进一步扩展数据覆盖范围,引入数据挖掘技术以深化数据价值,优化系统架构提升响应效率,并通过多领域数据共享推动航空发动机技术的持续发展。

微合金钢中碳氮化物的析出行为是调控钢材组织性能的关键因素。为阐明Ti/Nb复合微合金钢中MX(M=Ti/Nb,X=C/N)型碳氮化物的析出机制及其对相变过程的影响机制,采用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟方法,系统研究了Ti-Nb-C-N多组元体系的原子扩散行为、团簇演化动力学及析出相形成规律。结果表明,Ti/Nb复合添加可显著增强原子间结合能,促进形成Ti-Nb-C-N原子团簇,在奥氏体区优先形成(Ti,Nb)(C,N)复合碳氮化物。弥散化的MX粒子通过Zener钉扎效应细化晶粒,同时在相变过程中作为异质形核核心,促进铁素体形成,协同实现强度-韧性同步优化。从原子尺度揭示了复合微合金化元素的协同作用机制,建立了析出相演化-微观组织演变的关系,为开发高强度高韧性微合金钢提供了基础理论指导。

KR铁水预处理过程中,搅拌桨旋转形成漩涡的分布对脱硫效率有着重要影响。为增大脱硫剂的离散程度以提高脱硫效率,本研究通过建立三维数值模型系统探究了不同搅拌参数下铁水包顶部漩涡的三维分布特征以及铁水包内的多相流场分布规律。研究利用水模型的测量结果,验证了所建三维数值模型的准确性。结果表明,漩涡底部是否到达搅拌桨顶部是影响铁水包内流态及脱硫剂离散程度的关键因素。铁水包内流体流速随搅拌桨转速的增大而增大,但单纯提高转速无法完全消除搅拌桨底部的死区。铁水湍动能耗散速率与转速的二次方成正比,且当转速大于90 r/min时,湍动能耗散速率与搅拌桨浸入深度成正比;当转速小于90 r/min时,湍动能耗散速率随浸入深度的增大无明显变化。基于转速、浸入深度与湍动能耗散速率的关系式及湍动能耗散速率与漩涡深度的关系式,本研究推导得到了不同搅拌桨浸入深度下漩涡底部到达搅拌桨位置的临界转速计算公式。该临界搅拌参数计算关系式可为匹配合理的搅拌桨转速与浸入深度提供理论指导,进而实现脱硫效率的提升。

连铸坯热物性参数是决定连铸凝固进程预测精度的关键因素。目前,绝大多数热物性参数的计算均采用平均冷速计算,该方法无法兼顾铸坯断面不同位置冷速存在差异且呈连续变化的实际工况。鉴于此,本文提出一种融合动态冷却速率的微观偏析模型,用于热物性参数的精准计算。研究通过引入Aziz界面动力学方程修正溶质平衡分配系数,并集成MnS/TiN夹杂物析出模型,实现了非平衡凝固过程中热物性参数的动态追踪。结果表明,冷却速率梯度可使δ/γ相变区间拓宽5 ℃以上,从而显著调控溶质再分配行为;同时,冷却速率梯度还会改变不同位置的各相分率,进而引发比热容、导热系数及密度的空间分布差异。本模型突破了传统固定冷速假设的局限性,为高精度连铸凝固仿真与缺陷控制提供了理论支撑。

钒钛磁铁矿直接进行钠化提钒可提高全流程过程中钒的回收率,但此操作会导致钠盐添加量过大、高钠尾渣难利用。针对这一问题,本文提出了钠钙复合焙烧提钒新工艺,该工艺通过碳酸钠与碳酸钙的协同作用,可在降低钠盐用量的同时提升钒的回收率。试验结果表明,与传统钠化提钒工艺相比,钠钙复合焙烧体系经水浸后钒的回收率可提升3.29%,达到75.19%;钠盐使用量可由6%(质量分数,余同)降低至4%。与酸浸工艺相比,钒的回收率显著提高25.18%,达到97.08%;碳酸钠(Na₂CO₃)使用量可由6%降低至5%。该技术以廉价易得的碳酸钙(CaCO₃)替代16.6%~33.3%的Na₂CO₃,使尾矿中钠质量分数由2.360%降低至0.032%~1.790%,残钒质量分数由0.240%降低至0.029%~0.211%,表明钠钙复合焙烧工艺在降低生产成本、提升资源利用率及保护环境等方面具有显著优势。

钢渣替代传统脱硫剂石灰石能减少 CO₂排放,但核心挑战在于提升钢渣固硫率与妥善处置脱硫尾液。研究表明,熔融钢渣的冷却方式会影响其矿相结构,进而关联到固硫性能及脱硫尾液的组成特性。基于脱硫产物的成分特征,本研究提出利用钢渣脱硫尾液制备脱硝催化剂,并系统对比了不同冷却方式对钢渣脱硫性能及尾液制备催化剂催化性能的影响。结果表明,激冷钢渣(C-SS)及其脱硫尾液制备的催化剂(C-SS-C)展现出优异的脱硫与脱硝性能。在脱硫方面,与自然冷却钢渣、缓冷钢渣相比,C-SS 在保证 90% 脱硫率的条件下,脱硫时间分别延长 70.0%、88.9%。在脱硝方面,C-SS-C 的 NO 去除效率达到 90%,相较于自然冷却钢渣脱硫尾液制备催化剂、缓冷钢渣脱硫尾液制备催化剂和单一H₂O₂体系,分别提升 28.5%、38.5% 和 260.0%。对该机制进行分析发现,C-SS 中的金属元素主要赋存于不稳定的玻璃相中,这一特性有利于其在脱硫过程中溶解,从而显著增强固硫能力;同时,脱硫过程中生成的含铁硫酸盐会异位附着在 SiO₂表面,形成独特结构,有效促进了催化剂的脱硝效率。本研究证实,激冷钢渣可成功替代石灰石用于烟气脱硫,且同步解决了固硫率提升与脱硫尾液处置2大关键难题。

中高锰钢因高强度-塑性协同效应及轻量化特性成为汽车钢的优选材料,但其在工业化冶炼方面面临严峻挑战,即精炼过程中熔渣SiO₂与钢液中Mn的氧化还原反应显著,导致[Si]、(MnO)等成分控制失效。为解决该难题,基于FactSage热力学软件,构建CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO四元渣系和Fe-xMn(x分别为5%、10%、20%、30%)体系的热力学平衡模型。在温度为1 600 ℃、钢渣比为10∶1条件下,系统探究碱度(R=CaO/SiO₂=1~6)和Al₂O₃含量(w(Al₂O₃),质量分数为20%~50%)对渣-金反应的交互作用机制。重点分析渣中SiO₂活度(a_SiO2)、MnO含量和脱硫效率等关键参数,阐明精炼渣组分对渣-金反应的调控规律,提出渣系优化设计方案。结果表明,提高碱度可显著降低SiO₂活度,抑制反应(2[Mn]+(SiO₂)=[Si]+2(MnO))的进行,使渣中MnO质量分数从R=1时的19.7%下降到R=6时的2.3%,为保持精炼渣组分稳定性,应该尽量控制碱度大于4。Al₂O₃呈现显著的两相性行为,当Al₂O₃呈酸性时,其酸性特征会削弱有效碱度,导致SiO₂活度升高,MnO含量激增。协同调控碱度和Al₂O₃含量才可将MnO控制在最低值。精炼渣(R=6,w(Al₂O₃)=30%)与30Mn钢反应后,MnO质量分数(w(MnO))为2.1%。对于0.03S钢,当精炼渣R=5~6、Al₂O₃质量分数为27%~30%时,脱硫效率最优,但需要控制w(MnO)≤2%,以避免该含量升高恶化脱硫效果。在满足MnO含量控制和最佳脱硫效率的情况下,优化后的最佳渣系适用于冶炼w(Mn)≤28%的中高锰钢。

为揭示铁基变形高温合金GH2132在长期高温服役条件下的组织稳定性及力学性能演变规律,本文系统研究了铁基变形高温合金GH2132在650与700 ℃下长时效(500、1 500、3 000 h)过程中的组织稳定性与力学性能演变。结果表明,经过3 000 h的时效未改变晶粒尺寸(35~40 μm),但γ′相由18 nm分别粗化至50 (650 ℃)及63 nm (700 ℃),其长大行为符合LSW粗化理论。晶界MC碳化物、Laves相随着时效温度的提高和时效进程由断续分布转变为连续链状分布,在700 ℃长时效条件下,η相优先在晶界析出,并沿特定晶体取向向晶内片层化生长。力学测试显示,650 ℃/3 000 h时效后室温屈服强度由930 MPa升至1 106 MPa,伸长率降至22%,高温强度基本不变而塑性下降。持久性能呈单调劣化,650 ℃/250 MPa下寿命由2 835 h (1 500 h时效)降至2 486 h (3 000 h时效),时间-应力参数外推法推算3 000 h持久强度为246 MPa,较1 500 h时效降低约2.3%。组织-性能关联分析表明,γ′相适度粗化与晶界强化相协同作用可提升强度,但晶界η相及链状分布的碳化物和Laves相会导致持久性能和塑性减弱。

高炉喷吹是一种处理废弃塑料的有效方法,但废弃聚氯乙烯(PVC)氯含量高,在高炉喷吹中易结渣,从而造成设备腐蚀,导致该方法不可规模化应用。本文以废弃PVC为主要原料,将水热碳化(HTC)作为脱氯提质手段,研究废弃PVC在不同参数下制备的水热炭的性能。结果表明,当水热温度为250 ℃、pH值为5时,所制备的水热炭性能最优,脱氯效率为88.92%,固定碳质量分数提高至46.32%,高位热值提高至30.92 MJ/kg。为进一步改进工艺,引入废纸与PVC进行共水热碳化试验,发现共水热操作显著提高了脱氯效率,同时改善了水热炭的理化性能。在最佳条件下(水热温度为250 ℃,pH值为5),脱氯效率可达94.12%,与单独进行水热碳化操作相比,脱氯效率提高了5.2%,水热炭的固定碳质量分数增加了13.9%,碳质量分数提升了9.0%,高位热值提高了4.3 MJ·kg^-1,表明共水热碳化操作具有较为明显的协同效应。对扫描电镜结果分析发现,PVC经共水热碳化操作后,改善了孔隙结构,表面生成碳微球。碳微球的出现增加了比表面积和孔隙率,在高炉喷吹中应用可有效提升水热炭与煤粉的反应速率与燃烧效率。通过分析可知,共水热碳化操作可提升脱氯效率是由于废纸水热分解产生的OH^-取代PVC中的Cl^-,同时PVC消除反应生成的H⁺促进了废纸的水解,为废弃PVC的高效脱氯和资源化利用提供了新途径。

为提升ZG25CrNiMo 低合金耐磨钢的冲击磨料磨损性能,基于稀土元素在钢中的有益作用,研究稀土Ce 对钢中夹杂物及铸态凝固组织的影响。结果表明:添加质量分数为0.004 8%的Ce后,试验钢铸态夹杂物由MnS包裹的大尺寸、不规则状Al₂O₃-MnO-SiO₂复合夹杂物改性为小块MnS附着的小尺寸、球形CeAlO₃-MnO-SiO₂复合夹杂物,同时夹杂物数量减少、平均尺寸降低。对各稀土夹杂物进行了热力学计算,发现1 873 K下CeAlO₃夹杂物最易生成。试验钢铸态凝固组织显著细化,等轴晶比例由16.1%提升至26.6%。错配度计算结果表明,CeAlO₃的(011)面与δ-Fe(110)面之间的错配度为7.86%,可以作为δ-Fe非均质形核核心,在钢液凝固阶段提供更多的形核位点,细化铸态凝固组织。高温共聚焦试验结果表明,添加稀土Ce后,试验钢凝固过程中形核位点数量显著增加且初期凝固组织明显细化。添加0.004 8%Ce后,试验钢凝固组织得到细化。

新疆哈密地区钒钛磁铁矿资源丰富,综合利用价值高,为解决中国西北地区优质铁矿石资源短缺、进口铁矿石成本高昂的问题提供了有效途径。铁水的黏流特性是影响铁矿石高炉冶炼顺行的关键因素。钒钛磁铁矿冶炼所得含钛铁水黏度通常大于正常铁水,易出现铁水黏罐和黏钩等问题,导致出铁困难,不利于生产的高效进行。钛是导致铁水黏度增大的主要原因,但是钛对含钛铁水黏流特性的影响机理尚不明确。因此,以某钢厂实际生产的铁水为研究对象,采用振荡杯式高温熔体黏度仪测试了钛含量对铁水黏度的影响,并用分子动力学模拟计算深度揭示了钛对铁水熔体结构的影响机理。结果表明,铁水黏度和熔化性温度随钛含量升高而增大,尤其是钛质量分数大于0.3%后铁水黏度和熔化性温度急剧上升。在1 450 ℃,钛质量分数由0.1%增加至0.4%,铁水黏度增大4.2 mPa·s,熔化性温度升高99 ℃。分子动力学研究表明,钛原子与碳原子之间的相互作用远大于碳原子与铁原子之间的结合能力,钛原子占据碳原子与铁原子配位的空间,与碳原子产生稳定配位核心,在铁水中形成复杂的团簇结构。随着钛含量增大,团簇结构愈加复杂,碳和铁原子的扩散能力降低,导致铁水流动能力变差。

高纯难熔金属是支撑先进电子信息产业发展的关键原材料,然而电子束熔炼、等离子弧熔炼等主流提纯方法普遍存在气体杂质脱除效果有限、电极易受污染等技术局限。感应耦合等离子体熔炼(ICPM)技术可有效克服上述缺陷,是一种高效洁净的提纯技术。等离子体发生器作为ICPM装备的核心部件,其结构设计的合理性直接决定ICPM提纯过程的稳定性与连续性。因此,本文首先借助Fluent软件开展数值模拟,对发生器的关键结构参数进行优化。结果表明,当中心进气孔数量为8个、进气孔入射角为8°、冷却气进气槽直径为6 mm时,发生器内部可形成稳定对称的涡流区与均匀冷却的最优流场。进一步采用COMSOL软件构建磁-热-流多场耦合模型,探究线圈功率、中心气流量、冷却气流量等工艺参数对等离子体温度场与流场的影响规律。研究发现,提高线圈功率与中心气流量,可显著增强等离子体射流强度并提升其温度;而冷却气流量存在临界阈值,超过该阈值后继续增大流量,反而会导致等离子体射流强度与温度下降。试验验证结果显示,本文所设计的等离子体发生器可实现稳定运行,且等离子炬的实测形态与模拟结果吻合度较高。本研究可为ICPM装备等离子体发生器的工程化设计提供科学依据与技术支撑。