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中国钒钛磁铁矿冶炼现状及铁水增钒技术探讨与展望

刘然, 段一凡, 刘小杰, 张淑会, 郭豪, 李燕江, 吕庆

钢铁. 2026, 61(9): 1-17.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260213

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中国是世界最大的钒生产与消费国,约88.7%的钒来自由钒钛磁铁矿冶炼得到的副产品含钒钢渣。本文从高炉与非高炉2个方面梳理了中国钒钛磁铁矿冶炼的工业现状。高炉冶炼是当前主流模式,行业在逐步推进低碳化转型的同时,应着力提高钛资源回收率。非高炉冶炼中,氢基直接还原+电炉熔分工艺最具应用前景。随后,分析了各工艺面临的含钒铁水增钒共性问题,即在相同的冶炼节奏下,且不破坏冶炼系统稳定性、不显著增加生产成本的前提下,如何使铁水中的钒更多。受限于钒钛共生,热力学层面应保持“控钛保钒”的核心原则;动力学层面应综合考虑反应速率、界面传质、工艺耦合构成的含钒铁水增钒多重制约因素。针对上述制约,提出优化原料配比、精准控制反应温度与渣相成分、强化界面传质效率等建议。同时,探讨了不同工艺的含钒铁水增钒路径。最后,分析了人工智能技术在解决含钒铁水增钒问题中的应用前景,并面向高炉工况提出一种集成铁前大数据分析、人工智能技术、专家经验以及工艺理论的综合性解决方案,以期从提高钒钛烧结矿钒含量与钒钛烧结矿入炉比例2个方向,解决入炉钒负荷与炉况顺行的动态平衡问题,在高炉顺行的前提下最大限度提高铁水钒含量。本文有助于为中国钒钛磁铁矿冶炼的未来发展提供理论指导,所提方案也有望为中国钒钛磁铁矿高炉冶炼以及相关产业提供技术参考。

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高比例赤-褐铁矿氧化球团生产及应用研究进展

刘征建, 杨鑫, 王耀祖, 江回青, 张建良

钢铁. 2026, 61(9): 18-29.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260206

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为应对优质球团精矿资源趋紧和炼铁低碳发展的双重需求,储量较大、成本相对较低的赤-褐铁矿正成为氧化球团原料的重要补充来源。本文综述了赤-褐铁矿的来源与基础特性,系统梳理其对生球制备、干燥、预热和焙烧固结等关键工序的作用规律,总结国内外研究进展与应用实践,进而归纳提高其配入比例的主要强化路径。已有研究表明,赤-褐铁矿较高的比表面积、发育孔隙及一定自黏结性有利于改善成球性并降低黏结剂用量,但其高结晶水、高烧损（loss on ignition,LOI）及缺少氧化放热的特性,易导致爆裂温度下降、干燥-预热阶段裂纹和粉化加剧,并增加焙烧固结及热工制度控制难度。通过磨矿预处理、优化配矿结构、重构干燥-预热-焙烧制度以及调控熔剂体系、碱度和MgO含量,可在一定程度上弥补高烧损原料造成的固结不足,实现赤-褐铁矿在不同球团工艺中的稳定应用。提高赤-褐铁矿配入比例的关键在于建立全过程协同调控体系。为此,未来应进一步加强脱水行为、孔隙裂纹演化与焙烧固结机制研究,推动其高比例、稳定化应用。

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Fe-Mn-Al-C轻质钢的变形行为与机制研究进展

曹文全, 亢庆锋, 张泽茜, 王辉, 徐海峰, 王存宇, 梁剑雄

钢铁. 2026, 61(9): 30-47.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260027

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汽车、船舶、低温压力容器、航空航天等行业的迅速发展,对钢铁材料提出了更高的要求。Fe-Mn-Al-C轻质钢作为新一代材料之一,因兼具高强度、高塑性、高韧性和低密度,在过去二十年备受关注。由于碳、锰、铝元素的添加量不同,Fe-Mn-Al-C轻质钢的组织类型不同,可分为铁素体轻质钢、奥氏体轻质钢以及双相轻质钢。轻质钢成分、组织类型、析出相、层错能以及测试条件的差异,导致不同轻质钢的变形机制显著不同。本文针对Fe-Mn-Al-C轻质钢组织和结构特征,系统介绍了铁素体轻质钢、奥氏体轻质钢、奥氏体基双相轻质钢、铁素体基双相轻质钢的变形机制。铁素体轻质钢的变形机制随着铝含量以及B2、DO₃有序度的增加而变化,其位错滑移阻力增大,位错组态由单根弯曲位错向配对长直螺位错转变。奥氏体轻质钢变形机制随层错能升高依次表现为相变诱导塑性（transformation-induced plasticity,TRIP）→孪晶诱导塑性（twinning-induced plasticity,TWIP）→位错滑移（位错类型）机制。基于位错与有序结构的相互作用,提出了动态滑移带细化（dynamic slip band refinement,DSBR）、微带诱导塑性（microband-induced plasticity,MBIP）和剪切带诱导塑性（shear-band-induced plasticity,SIP）机制。双相轻质钢的变形机制主要受基体组织变形行为支配,并受析出相以及有序结构的影响。低温以及高速变形下的高流变应力诱导了奥氏体和铁素体TWIP效应。同时,结合现有的研究,本文对Fe-Mn-Al-C轻质钢变形机制的未来研究方向进行展望。

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基于微观结构演变调控15Cr-7Ni不锈钢钝化膜稳定性

王轻松, 王力, 刘海龙, 赵卫国, 韩嘉彧, 高黎黎, 胡平, 王快社

钢铁. 2026, 61(9): 48-60.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260293

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高强度不锈钢因兼具优良强塑性与耐蚀性能,在核电装备关键结构部件中应用广泛。其在高温高压及含氯离子苛刻腐蚀环境下的钝化膜稳定性直接影响核电设备的服役安全与寿命。晶界特征是调控不锈钢微观组织与腐蚀行为的核心参数,对钝化膜结构与耐点蚀性能具有决定性作用。本文以激光粉末床熔融（laser powder bed fusion,LPBF）制备的15Cr-7Ni高强度不锈钢为对象,研究不同固溶温度下微观组织演变对钝化膜稳定性的影响机制。结果表明,直接时效试样存在细小晶粒、高比例的大角度晶界以及高密度位错和亚晶界,通过增加晶界密度,促进铬的有效扩散,从而形成高铬含量和低载流子浓度的致密钝化膜,所得的耐蚀性能最优。随固溶温度升高,试样晶粒持续粗化,晶界密度逐步降低,马氏体含量呈先升后降趋势。1 000 ℃固溶加时效试样的马氏体含量最高,两相界面易形成微电偶,造成马氏体区阳性溶解。同时晶粒尺寸持续粗化,晶界所占比例下降,导致钝化膜铬含量偏低,缺陷密度显著上升,耐蚀性能最差。1 200 ℃高温固溶加时效处理后基体组织均匀化,马氏体含量降低。但时效过程中大量纳米富铜相析出,并在周边形成贫铬区域,钝化膜完整性受损。该试样的耐蚀性能较1 000 ℃试样略有提升,但仍低于直接时效与800 ℃固溶加时效试样。通过阐明微观组织演变与钝化膜耐蚀性的内在联系,可为该类材料的热处理工艺优化及在苛刻腐蚀环境下的安全服役提供理论支撑。

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P92钢正火奥氏体晶粒长大及尺寸对冲击韧性影响

佐鹏, 钟明, 谷征满, 龚圆, 王聪

钢铁. 2026, 61(9): 61-70.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260263

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为明确P92耐热钢正火过程中奥氏体晶粒的长大规律及其对钢的冲击韧性的影响,采用共聚焦扫描激光显微镜（confocal scanning laser microscopy,CSLM）原位观察结合Sellars模型,对不同温度区间内的奥氏体晶粒长大行为进行表征,并分析了钢中晶粒长大机制及回火态冲击性能。CSLM结果表明,在升温过程中,[950, 1 050] ℃阶段晶界迁移不明显,而继续升温至（1 050,1 150] ℃阶段后晶界迁移显著增强;在保温过程中,950、 1 050 ℃下奥氏体晶界随保温时间延长均未发生明显迁移,而在1 150 ℃保温时晶界则发生明显迁移。基于Sellars模型建立了[950, 1 050] ℃和（1 050,1 150] ℃ 2个温度区间内的晶粒长大模型,预测结果与试验数据吻合较好。进一步分析表明,950、1 050 ℃下未溶解的VX析出物对晶界迁移具有限制作用,而在1 150 ℃下析出物基本溶解,限制作用明显减弱。冲击试验结果表明,晶粒尺寸为9.2、13.9 μm的样品表现出较高的冲击韧性,而在132.3~192.8 μm粗晶尺寸范围内,晶粒尺寸变化与冲击韧性之间未表现出明显对应关系,其冲击韧性的变化与最高强度择优取向对应组织所占比例之间存在联系。该研究为P92钢正火过程中奥氏体晶粒长大行为的预测和机制分析提供了理论依据,并为焊后正火-回火工艺设计中钢的蠕变性能与冲击韧性的协同调控提供支撑。

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焊接方法对9Cr-ODS钢焊缝金属组织和性能的影响

贾昕, 魏世同, 陆善平

钢铁. 2026, 61(9): 71-81.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260277

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由于高密度弥散纳米氧化物的存在,氧化物弥散强化（oxide dispersion strengthened,ODS）合金具有优异的抗辐照性能、耐腐蚀性能以及高温稳定性,因此被视为核能领域极具应用前景的候选结构材料。然而,当前面临的关键技术挑战是如何在获得可靠焊接接头的同时,保持焊缝中高密度的弥散纳米氧化物,从而充分发挥ODS合金的性能优势。针对这一问题,对比研究了钨极氩弧（tungsten inert gas,TIG）焊与电阻点焊（resistance spot welding,RSW）2种焊接工艺对9Cr-ODS钢焊缝金属的影响,系统分析了不同工艺下焊缝金属的微观组织与力学性能。研究结果表明,采用2种焊接方法得到的焊缝金属均呈现马氏体组织,但TIG焊缝中马氏体组织较为粗大,此外焊缝中气孔率高、气孔尺寸大且沿熔合线及上表面富集。相比之下,RSW焊缝中的马氏体组织更细小均匀,且能有效抑制焊缝中氧化物的长大与团簇倾向,从而更好地保留了纳米氧化物的弥散分布特征。在力学性能方面,RSW焊缝金属的平均硬度为545HV,而TIG焊缝金属的平均硬度仅为432HV。此外,抗拉强度测试也表明,RSW焊缝金属的强度明显优于TIG焊缝金属。与TIG焊相比,RSW对ODS钢的组织损伤更小,对纳米氧化物的破坏程度更低,因而能够获得更优异的焊缝力学性能。研究结果可为ODS钢焊接工艺的优化与制定提供重要参考依据,有助于推动ODS合金在核能等高端领域的工程应用。

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正火温度对热轧态SIMP钢中铁素体的影响机制

张舒展, 宋欣澎, 焦圣轩, 黄礼新, 史显波, 单以银, 严伟

钢铁. 2026, 61(9): 82-89.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260309

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加速器驱动次临界系统散裂靶结构材料长期服役于苛刻的高温、强辐照及腐蚀环境,新型低活化高硅马氏体耐热钢（SIMP钢）因其优异的综合性能成为首选结构材料。工业热轧态SIMP钢在1 000 ℃ 正火后组织中仍存在残余铁素体,这与热力学计算结果不符。为阐明这一现象的机制并优化热处理工艺,利用高温原位激光共聚焦显微镜分别在1 000 ℃和1 050 ℃对热轧态SIMP钢的奥氏体化过程进行了动态原位观察,并借助电子背散射衍射（electron backscatter diffraction,EBSD）以及能量色散谱（energy dispersive spectroscopy,EDS）,系统表征了轧态微观组织中的微观应变分布、局域化学成分配分及碳化物析出行为。结果表明,SIMP 钢在1 000 ℃保温过程中,受热轧初始组织的制约,奥氏体化不完全,冷却后组织中保留了体积分数约为14.6%的残余铁素体。当正火温度提高至1 050 ℃时,样品实现了完全奥氏体化,冷却后获得了理想的全马氏体组织。EBSD结果表明,热轧态组织中存在显著的应变与成分的不均匀。铁素体由于热轧后经历高温回复而呈现极低的内部应变,而周围马氏体基体则由于无扩散切变相变积累了高密度微观应变,这在后续加热时对铁素体向奥氏体的逆相变施加了约束。同时,碳原子在热轧后冷却过程中向马氏体基体配分,使铁素体区域出现贫碳富铬现象,同时,富铬的M₂₃C₆碳化物在1 000 ℃未完全溶解,沿相界面析出并产生钉扎效应,削弱了逆相变的化学驱动力。当温度提高至1 050 ℃时,马氏体更多地释放了累积的应变能,力学约束得以解除;同时碳化物充分溶解,消除了界面钉扎。应变与成分的不均匀性是抑制1 000 ℃正火完全奥氏体化的动力学障碍,工业热轧态 SIMP 钢的实际正火温度不应低于1 050 ℃。

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聚变堆用高强韧低温钢焊接接头组织-性能及变形机制

张天昊, 魏世同, 陆善平

钢铁. 2026, 61(9): 90-102.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260279

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随着中国聚变工程示范堆（China Fusion Engineering Demonstration Reactor,CFEDR）项目的不断推进,点火试验中将产生更大的电磁相互作用,这对线圈低温结构材料（如管内电缆导体,cable-in-condit,conductor,CICC,即铠甲和线圈盒）提出了更高的低温强韧性能要求。CHSN01低温高强韧无磁钢为中国自主研发的高性能钢,具有优异的低温性能,可满足项目要求。但铠甲及线圈盒需要通过焊接成型,目前焊接接头的性能距指标仍有差距。因此,通过成分设计及熔炼、轧制、拉拔等工艺流程,制备了CHSN01不锈钢铠甲配套焊材,使用钨极氩弧（tungsten inert gas,TIG）焊工艺制备了铠甲焊接接头,对接头施加室温冷变形和650 ℃、100 h时效处理以模拟铠甲实际制备过程,使用光学显微镜（optical microscopy,OM）、扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、电子背散射衍射（electron backscatter diffraction,EBSD）技术等手段对焊接接头进行了组织表征,并测试了接头的拉伸等力学性能。结果表明,焊接接头成型良好,热影响区（heat-affected zone,HAZ）组织未发生明显粗化,焊缝为纯奥氏体组织,基本无析出相,存在平均尺度为1 μm的非金属夹杂物,主要成分为Al₂O₃、MnO。此外,焊接接头低温拉伸性能优异,所有拉伸试样均沿焊缝位置断裂,平面焊缝和角焊缝位置在4.2 K下的屈服强度（yield strengths,YS,用R_ea表示）分别达到1 555 MPa 和1 597 MPa,抗拉强度（ultimate tensile strengths,UTS,用R_p表示）分别为1 797 MPa和1 777 MPa,断后伸长率（elongation,EL,用A表示）分别为23%和22%,接近CFEDR项目性能指标（屈服强度1 500 MPa,抗拉强度1 800 MPa,伸长率25%）。低温下拉伸断口处未产生形变诱发马氏体组织,因温度降低导致层错能下降,孪生成为低温下的主要变形机制。

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钒钛磁铁矿熔分钛渣基础物性及工艺矿物学

李晨辉, 杜培培, 鲍继伟, 任倩倩, 田铁磊, 龙跃, 李兰杰, 赵素兴

钢铁. 2026, 61(9): 103-114.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260210

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探明钒钛磁铁矿熔分钛渣基础物性与工艺矿物学特征,是实现钛资源高效回收利用的重要前提。本文以铁精矿、钛精矿、磁铁矿为原料,经造球、焙烧、氢基还原及高温熔分,制备出TiO₂品位（质量分数）为39.91%的钒钛磁铁矿熔分钛渣。采用FactSage 7.0热力学模拟、熔点熔速测定、自动矿物参数分析系统（mineral liberation analyser,MLA）、扫描电镜-能谱仪（scanning electron microscopy-energy dispersive spectroscopy,SEM-EDS）及矿物自动定量分析系统（automated mineral identification and characterization system,AMICS）等手段,系统研究其冷却析晶行为、熔化性能及工艺矿物学特征,揭示含钛矿物的赋存、嵌布及解离规律,为该类熔分钛渣中钛资源的高效回收提供理论支撑。结果表明,黑钛石为1 380 ℃高温优先析晶相,最大析晶量达51.257 g,是渣中核心含钛物相;硅酸盐脉石在1 190~1 220 ℃中低温区集中析晶,易与黑钛石形成共晶及包裹连生关系,这为调控冷却制度、优化矿物分离工艺提供了热力学依据。该熔分钛渣流动温度达1 426 ℃,熔化区间跨度422 ℃,表现出高熔化性温度、宽熔化区间特征,渣体不易熔化且软化过程平缓、高温流动性差,这主要是由体系高TiO₂、低CaO的成分特征决定的。钛元素主要富集于长条状晶粒内部,其中75.51%（质量分数）赋存于铁黑钛石中;硅、钙、铝元素则主要富集于铝硅酸盐脉石相中,两者呈显著的元素分离特征;镁、铁元素在渣中呈全域均匀弥散分布。含钛矿物与脉石以贯穿、包裹、毗邻、弥散4种形式嵌布,其中包裹共生与细粒弥散是制约解离的主要形式。黑钛石单体解离度仅43.09%,与玻璃相形成稳定“包裹-共生”复合结构,这是其解离难度大的核心原因。针对该特征,阶段磨矿-分级选别为适配预处理工艺,该工艺可在避免细粒过粉碎的前提下逐步解离包裹态钛矿物,从而为钛资源高效回收提供支撑。

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LF精炼对节镍不锈钢中夹杂物的影响

李耀强, 佘春洁, 李永武, 谌智勇, 梁正伟, 高勇, 雷明钢, 张立峰

钢铁. 2026, 61(9): 115-127.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260057

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节镍不锈钢具备良好的成本优势,钢中夹杂物是影响其产品质量的关键因素。本文通过工业试验对节镍不锈钢的生产流程进行了研究,分析不锈钢冶炼过程中夹杂物数量、尺寸和成分的变化,重点分析钢包精炼炉（ladle furnace,LF）精炼过程对节镍不锈钢冶炼过程钢中夹杂物的影响。结果表明,不锈钢冶炼过程中夹杂物主要为CaO-SiO₂和SiO₂-MnO,夹杂物数密度、最大直径、平均直径及面积分数整体下降,冶炼过程中会出现约35 μm的大尺寸夹杂物,然后逐渐被去除,最终夹杂物平均直径为5 μm。LF进站夹杂物平均直径、最大直径和面积分数增加,随着LF精炼过程的进行,夹杂物数密度、平均直径、最大直径和面积分数逐渐降低。比较氩氧脱碳炉（argon‑oxygen decarburization,AOD）-LF-中间包工艺与AOD-中间包工艺,由于AOD冶炼情况较好,LF精炼仍有助于进一步优化钢液成分并促进大尺寸夹杂物去除,但对夹杂物数密度及平均尺寸等整体统计指标的改善幅度相对有限,经过LF精炼与不经过LF精炼的炉次冶炼结果差异不大。最后,基于FactSage宏命令建立了动力学计算模型,对LF精炼过程中钢渣反应进行了模拟,计算了钢渣反应过程中钢液成分、渣成分、夹杂物成分的变化。计算结果显示,随着LF过程的进行,钢液中TAl质量分数从0.003%降低到0.002%,TO质量分数则从0.004%下降到0.001 8%;渣成分基本稳定,CaO质量分数稳定为60%,Al₂O₃质量分数稳定为2%,SiO₂质量分数稳定为35%,MnO质量分数稳定为2%;夹杂物中以CaO为主要组分,从47.3%降低到38.5%;Al₂O₃质量分数较低且略有上升,计算值为20%,略高于实测值的10%;MnO质量分数为20%左右,整体趋势略有增加;SiO₂质量分数为20%左右。故建立的动力学模型可有效预测LF精炼过程成分变化,指导夹杂物控制。

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基于缺口效应的二十辊轧机背衬轴承外圈疲劳损伤模型

王文奇, 张建涛, 周新福, 崔晓辉, 白振华

钢铁. 2026, 61(9): 128-139.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20250695

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二十辊轧机是高精度金属材料轧制的核心设备,背衬轴承作为其承载与传动的关键部件,需成组安装于芯轴上,以构成支撑辊。某钢厂二十辊轧机的背衬轴承外圈频繁出现裂纹、剥落等失效问题,导致全新轴承仅能使用1个月左右,平均使用5次,推高了备件成本与运维压力,严重制约了生产效率和产品质量稳定性。现有关于金属疲劳和轧辊疲劳的研究多基于试验、模拟和传统经典唯象理论等手段,能够用于工程实践并实际指导二十辊轧机背衬轴承维护的成果较为有限。针对上述问题,本研究充分结合该钢厂二十辊轧机的设备结构特性与实际轧制工艺参数,开展背衬轴承外圈疲劳层计算模型的研究。首先,通过辊系弹性变形模型求解各辊间接触力,并进一步考虑二中间辊与支撑辊接触区域的缺口效应,建立背衬轴承受载修正计算模型,从而确保承载计算与现场实际工况高度契合;其次,基于Herz弹性接触理论和Mindlin理论计算法向接触应力与剪切应力,耦合计算轴承接触区域的应力场分布,明确缺陷萌生的应力诱因;最后,基于损伤力学理论,建立适用于该类轴承的疲劳损伤层累积计算模型,通过材料基本力学试验与现场历史失效检测数据的回归分析,完成模型关键参数的现场标定,并在新辊上机试验中开展验证。结果表明,模型可准确预测轴承疲劳寿命,预测值与实测值偏差小于5%。该技术的成功开发有助于现场对背衬轴承使用状态的精准把控,有效优化换辊时机,避免过早更换造成浪费,或过晚更换引发故障,从而降低轴承损耗,最终实现提升机组生产效率、降低运维成本、保障产品质量稳定性的综合效益。

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工业热轧316L不锈钢-碳钢复合盘螺钢筋圆孔料型变形规律

梁高震, 钱学海, 张彬彬, 向勇, 谭建平

钢铁. 2026, 61(9): 140-154.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260056

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不锈钢-碳钢复合盘螺钢筋,简称复合盘螺,具有高强度、高韧性和耐腐蚀等优良性能,应用前景广阔。但目前其热轧过程仍存在双金属变形规律不清晰及覆层不均匀的问题。本文选取316L不锈钢无缝管和HRB400E碳钢圆棒分别为覆层和基体材料,采用净界面无氧化技术组坯,开展工业热轧ϕ12 mm复合盘螺钢筋试验,获取粗轧（P6）、中轧（P12）、预精轧（P18）圆孔料型和成品（finished product,FP）。测定FP无明显屈服,极限拉伸强度（ultimate tensile strength,UTS,用Rm表示）、断后伸长率（A）和弹性模量（E）均值分别为716.7 MPa、27.84%和188 GPa。采用机器视觉技术对P6、P12和P18样品进行分析,总压下率（R_tot）分别为52.63%、79.26%和88.53%,覆层均值Fd¯减薄率分别为50.67%、75.33%和87.33%。不锈钢覆层与芯部碳钢的变形差异呈现先增大后减小的趋势。P6、P12和P18样品的不锈钢面积分数分别为15.27%、17.31%和16.88%,不锈钢所占比例先提升后下降。发现复合盘螺在中轧和精轧过程中双金属并非等比例同步变形,该发现为热轧双金属异步变形规律提供了关键的支撑数据。

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SUS304不锈钢在NaCl溶液中的电化学溶解特性及应用

王璟, 王景昊, 任忠凯, 李文赟, 赵雪霞

钢铁. 2026, 61(9): 155-168.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260330

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SUS304不锈钢带主要通过轧制成形工艺制备,但当材料厚度减薄至微米级时,其面临减薄难度大和表面粗糙度高等问题。电解加工可作为轧制成形的后续工序,实现材料的进一步减薄并提升表面质量。目前,NaNO₃溶液是该工艺的常用电解液,但其属于易制爆管控化学品。相比之下,NaCl溶液作为电解加工领域的传统电解液,不属于管制化学品,在工业生产中的使用与处置限制较少。因此,提出用NaCl溶液替代NaNO₃溶液,用于SUS304不锈钢带轧制后续的电解加工工艺。本研究系统分析了SUS304不锈钢在NaCl溶液中的电化学溶解特性。电化学测试结果表明,SUS304在流动NaCl溶液中无明显钝化区,开路电位值E_ocp约为-0.265 V （vs.SCE,即相对于饱和甘汞电极的电位）。电解加工试验表明,SUS304不锈钢表面先出现局部点蚀,随后扩展至整个表面,最终形成均匀的蜂窝状微坑结构。试验还发现,当电流密度低于10 A/cm²时,SUS304不锈钢表面的电流效率随电流密度增加而上升;当电流密度不低于10 A/cm²时,电流效率趋于稳定,约为95%,且高电流密度条件下材料表面更平滑。基于上述研究结果,建立了SUS304不锈钢在NaCl溶液中的电化学溶解模型。最后,开展了SUS304不锈钢薄带的电解加工试验。与初始试样相比,电解加工后其表面粗糙度S_a和S_z值（S_a为评定区域内所有测点高度绝对值的算术平均值,S_z为评定区域内最高点与最低点的差值）分别降低了约36.3%和47.7%。本文结果证实环保型NaCl溶液可作为轧后SUS304不锈钢带电解加工的电解液,实现SUS304不锈钢薄带的高质量制造。

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球化退火处理对35B冷镦钢显微组织及力学性能的影响

韩书栋, 马晓丽, 许荣, 王钦仁, 韩晓宇, 安得仁, 张伟, 胡楠

钢铁. 2026, 61(9): 169-178.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260086

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为优化35B冷镦钢的热处理工艺,缩短热处理时间,本文以35B冷镦钢为研究对象,系统研究了双相区加热温度和亚温区保温时间对其显微组织及力学性能的影响。通过JMatPro计算得出35B钢在平衡状态的组织转变曲线,得到A₁（相变开始温度）为715 ℃,A₃（相变终了温度）为795 ℃。将试样分别加热到双相区735、745、755、765 ℃,保温0.5 h后炉冷至亚温区685 ℃,再分别保温2、4、6 h,随后炉冷至室温。结果表明,随着加热温度的升高以及保温时间的延长,组织中的渗碳体先由片层状转变为粒状;当加热温度过高或保温时间过长时,渗碳体会进一步长大并粗化,有再次形成层片状的趋势。亚温区保温2 h时,组织主要为未完全熔断的片层珠光体,并伴有少量细小球状渗碳体颗粒;保温4 h时的球化率最高,但其球化颗粒的平均尺寸偏大,达到0.66 μm,不利于冷镦钢的力学性能;当保温时间进一步增加至6 h时,碳化物聚集长大,片层结构粗化,形成粗片状珠光体组织。从冷镦成形和服役性能的全过程考虑,最佳的球化退火工艺为在755 ℃加热0.5 h后炉冷至685 ℃保温2 h。该工艺下组织为未完全熔断的层片状珠光体与细小弥散球状渗碳体的复合结构,实现了强度与塑性的良好匹配。此时显微硬度达到154.97HV,屈强比降低至0.65,断面收缩率提高至67%,满足冷镦成形要求。同时,该工艺可以大幅缩短球化退火工艺的时间,提高生产效率。

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现代钢铁厂总图设计与炼铁-炼钢界面技术优化

张福明, 陈艳波, 张梦哲, 沙远洋, 尚国普

钢铁. 2026, 61(9): 179-187.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260134

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本文基于冶金流程工程学理论,系统阐述了工艺总图布置在现代钢铁制造流程中的重要地位。科学合理的工艺总图布置,是实现“三流”高效协同、构建流程网络节点的物理基础,也是实现界面技术优化的前提。工艺总图布置决定了工序界面衔接的时-空距离,从根本上预设了物质流与能量流的运行效率。炼铁-炼钢界面作为全流程的物质流与能量流交汇枢纽和核心,其技术的优化,是构建高效低耗绿色制造体系的重要途径。本文围绕铁水运输工艺及装备,介绍了首钢京唐研发的“一罐到底”关键技术。对首钢迁钢与首钢京唐2种不同类型的铁水运输工艺进行了对比研究,生产实践表明,基于紧凑型总图布局的“一罐到底”模式,通过优化运输路径与技术装备,显著降低了铁水运输过程的温降与等待时间,实现了高炉-转炉之间高效化-准连续化生产,改变了传统鱼雷罐车的周转模式,有效提升了铁素物质流的运行效率,显著降低了能量耗散。研究结果表明,炼铁-炼钢界面技术的优化与持续创新,对提高生产效率、降低工序能耗、实现钢铁厂绿色化与智能化发展具有重要意义。工艺总图布局与界面技术的协同优化,是实现钢铁制造流程高效率、高质量、低成本、绿色低碳发展的重要基础。

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挤压传动下硅钢生产涂辊三维接触特征分析与试验

王兴东, 郭湛, 王雄奎, 杨鹏飞, 刘怀广, 吴宗武

钢铁. 2026, 61(9): 188-203.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20260113

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带刻槽的两辊挤压式涂覆工艺在硅钢产业应用广泛,但普遍存在涂层双线条、漏涂线条等表面缺陷。为提高带钢涂覆均匀度,深入研究涂辊挤压传动中刻槽变形行为及其与涂层缺陷的关联机制,基于辊涂机结构原理,建立了无流体情况下涂辊-亚克力板挤压传动三维有限元模型,设计搭建了涂辊挤压传动变形视觉检测试验平台,运用图像处理算法获得不同载荷与板速工况下的刻槽特征变形量,提出了刻槽三维接触变形特征表示方法,与仿真试验结果对比验证了有限元方法的准确性。在此基础上,系统研究了工况参数与结构参数对刻槽变形的影响规律,揭示了除流体外涂层缺陷产生的物理机制。研究表明,涂辊受载后沿轴向从中间到端部,凸台宽度非线性增长、刻槽流道横截面积线性减小,这种轴向不均匀分布是导致涂层“中间厚、两边薄”的结构诱因;中间刻槽受橡胶三维约束形成“）（”形轮廓,端部因边界约束丧失与摩擦耦合作用形成“S”形扭曲,导致流道容积剧减、截面畸变,这是引发“漏涂线条”的关键因素。载荷增加会加剧刻槽变形的轴向不均匀性;随着螺距增大,凸台宽度增加11.542%~20.886%,刻槽流道横截面积减少20.270%~28.031%,端部相对中间凸台宽度增大3.458%~3.109%,刻槽流道横截面积减少6.070%~2.084%,增加螺距可提高刻槽变形轴向均匀性,但会加快刻槽磨损速度。板速变化对刻槽变形影响极小。工业实际工况下,大螺距涂辊刻槽变形轴向均匀性最优。通过合理组合载荷、板速与螺距,可有效抑制刻槽变形导致的涂层缺陷,提高双辊挤压式涂覆的涂层均匀度和生产效率。

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2026年, 第61卷, 第9期　刊出日期：2026-09-15

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