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中国冶金
2022年 32卷 3期
刊出日期 2022-03-15

冶金科技英才
冶金科学技术奖
技术综述
专题研究
生产技术
节能环保
装备技术
   
技术综述
1 张亮亮, 周阳, 刘世锋, 杨鑫, 王岩
模具钢增材制造及其性能的研究进展
随形冷却模具一般具有复杂的异形流道,能够大大提高冷却效率和产品的表面质量,但是其加工难度非常大。增材制造是一种通过逐层累加实现构件成形的技术,其优势是能实现材料的内部复杂结构。粉末的制备是增材制造的基础也是关键步骤,粉末质量的高低一定程度上决定了增材件的好坏,常见的模具钢粉末制备方法有气雾化法和等离子旋转电极雾化法。增材制造时材料将会经历快速熔化和快速凝固的过程,同时还要经受层间热循环的作用,其组织和微观结构严重偏离平衡凝固时的组织和结构。模具钢增材体的抗拉强度和屈服强度一般高于铸造态母材、低于轧制态或固溶时效态母材,其塑性一般难以达到使用要求。从粉末制备和典型模具钢增材工艺、组织和性能进行综述,以期给增材制造模具钢的深入研究提供借鉴。
2022 Vol. 32 (3): 1-8 [摘要] ( 63 ) [HTML 1KB] [PDF 16071KB] ( 424 )
9 周景一, 朱立光, 孙立根, 肖鹏程, 王博, 齐艳飞
Nb微合金化汽车用TWIP钢的研究进展
汽车是日常生活中主要交通工具之一,其用钢质量的优劣直接关系到汽车本身及乘坐人员的安全,因此研发高性能汽车用钢至关重要。微合金化是有效改善汽车用钢性能的手段之一,微合金元素铌可细化晶粒,提高材料的强韧性及氢致延迟断裂性能,备受研究者的青睐。总结了微合金元素铌对汽车用TWIP钢组织的影响,综述了铌对汽车TWIP钢力学性能、耐磨性能及抗氢致延迟断裂性能等的作用及相应机制,并提出了现阶段铌微合金化汽车用TWIP钢研究过程中存在的问题,为后续低成本、高效地发挥铌元素在高强度汽车钢中的应用提供参考依据。
2022 Vol. 32 (3): 9-16 [摘要] ( 55 ) [HTML 0KB] [PDF 10072KB] ( 329 )
17 谢利奎, 王睿, 闫志杰, 康燕, 于志强, 李怡宏
界面活性元素对低碳钢连铸过程水口结瘤的影响
水口结瘤问题是低碳钢、超低碳钢连铸过程中亟需解决的关键问题之一,其直接影响铸坯质量及生产过程顺行。从水口结瘤机理的角度出发,介绍了界面活性元素的基本含义及当前的研究方向,总结了常见的界面活性元素,并比较了连铸中界面活性元素对两相间润湿性及夹杂物形态、尺寸、分布的影响,分析了界面活性元素对水口结瘤的影响机制,对预测实际生产中钢液的不同活性元素对润湿性、夹杂物及结瘤产物的交互影响有一定的指导意义。结合本团队的研究,展望了界面活性元素未来的研究方向。
2022 Vol. 32 (3): 17-26 [摘要] ( 55 ) [HTML 0KB] [PDF 4745KB] ( 386 )
专题研究
27 郝素菊, 高一策, 蒋武锋, 孙天昊, 张玉柱, 薄荷
碳包覆不同形貌纳米铁氧化物的还原分析
为了抑制铁矿粉在还原过程中铁晶须的生长,采用水热炭化法对球状、棒状2种不同形貌的纳米氧化铁进行了碳包覆,并用热重法对碳包覆铁氧化物的还原行为进行了研究。同时,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析了铁氧化物、碳包覆铁氧化物还原后样品的形貌。结果表明,与普通铁矿粉相比,纳米氧化铁还原温度大幅降低;升温速率越小,越有利于析炭反应在氧化铁表面进行;球状氧化铁比棒状氧化铁还原过程中更易生成须状物,碳包覆可以有效抑制氧化铁还原过程中须状物的产生。
2022 Vol. 32 (3): 27-33 [摘要] ( 58 ) [HTML 0KB] [PDF 16440KB] ( 262 )
34 詹欣林, 成国光, 申文君, 李尧, 刘俊江, 郑宏光
SCM420连铸坯热送过程MnS-AlN复合相的析出行为
为了研究SCM420连铸大方坯不同热送条件下铸坯表层MnS-AlN复合相的析出特征及形成机理,利用冷场发射电镜对MnS-AlN的三维形貌与分布特征进行了观察,对钢中AlN析出热力学、不同形核机制下的析出动力学特征进行了理论计算,分析了不同形貌MnS-AlN基底MnS的当量直径D与AlN相对析出量指标A的关系,最后得出了热送过程中3种形貌MnS-AlN的形成机理。研究结果表明,两相区热送条件下铸坯表层MnS-AlN的形貌有胚芽状(TypeⅠ)、长方体棒状(TypeⅡ)和六棱板状(TypeⅢ)3种;高温热送条件下铸坯表层MnS-AlN的形貌有胚芽状(TypeⅠ)和六棱板状(TypeⅢ)2种,大部分MnS-AlN位于晶界附近,少部分位于晶内。TypeⅠ、TypeⅡ、TypeⅢ 3类MnS-AlN的基底MnS平均当量直径D依次递减,AlN相对析出量指标A依次递增。不同热送条件下,相同类型MnS-AlN的基底MnS尺寸以及AlN相对析出量指标A值相差不大。在热送过程中最先形成TypeⅠ类MnS-AlN,随后AlN在小尺寸的TypeⅠ类MnS-AlN上析出长大形成TypeⅡ和TypeⅢ类MnS-AlN。
2022 Vol. 32 (3): 34-42 [摘要] ( 30 ) [HTML 0KB] [PDF 12801KB] ( 375 )
43 毛建辉, 张玉贤, 魏小华, 刘文军
6061Al/Al2O3金属基复合材料组织和性能
以6061Al作为基质材料,利用液体冶金的搅拌铸造技术及挤压法制备Al2O3颗粒增强的金属基复合材料,选取6061Al添加3种质量分数为5%、10%和15%的Al2O3为研究对象,以改善6061Al/Al2O3复合材料的力学性能。通过SEM分析表明,Al2O3颗粒在6061Al金属基体中的分布相当均匀;由X射线衍射试验结果显示,复合材料中只有6061Al和Al2O3,且不会影响结晶性及6061Al的组织结构型态。试验结果表明,随着Al2O3添加量增加至15%,6061Al/Al2O3复合材料的硬度和抗拉强度均有较大提高,但伸长率略有下降,由于材料孔隙率的提升,致密度下降,从而引起材料的硬度略微下降;分析磨损量与Al2O3添加量及磨损率与滑动距离的关系,结果显示商用6061Al的磨损率最大,而6061Al/Al2O3(15%)复合材料的磨损量最小,并且磨损率最低,这是由于在6061Al中加入Al2O3颗粒,Al2O3颗粒的存在可以减少磨粒对基体的犁削作用,有效提高基体的耐磨性。深入探讨Al2O3颗粒增强的金属基复合材料,发现颗粒增强体以很细的粉末(一般在20 μm以下)加入到金属基中起到提高硬度、强度和耐磨性的作用;然而,Al2O3添加量越来越大时,其对6061Al系列材料的硬度、强度和耐磨耗性等性能将起到负面作用。
2022 Vol. 32 (3): 43-48 [摘要] ( 60 ) [HTML 0KB] [PDF 4351KB] ( 309 )
49 季德静, 杨维宇, 崔博
16 mm极限厚度规格700L汽车大梁钢低温冲击韧性优化
强韧性合理匹配一直是16 mm极限厚度规格700L汽车大梁钢热轧卷板的研究难点,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪等对16 mm极限厚度规格700L汽车大梁钢显微组织、夹杂物、冲击断口形貌进行检测,分析影响试验钢-20 ℃低温冲击韧性的主要因素。结果表明,试验钢-20 ℃低温冲击吸收功偏低的主要原因为钢中存在大量长度为2~8 μm的(Nb,Ti)(N,C)夹杂物,板厚1/2处铁素体晶粒不均匀且存在珠光体偏析带。通过降低钢中氮质量分数、提高热轧中间坯厚度等措施,降低液析(Nb,Ti)(N,C)的质量分数,细化板厚1/2处铁素体晶粒尺寸,使极限厚度规格700L汽车大梁钢热轧卷板的低温冲击韧性得到显著改善。
2022 Vol. 32 (3): 49-54 [摘要] ( 34 ) [HTML 0KB] [PDF 9866KB] ( 228 )
55 王建宏, 魏守征, 饶文姬, 李志勇, 张英乔
CA-MIG热源处理下钛/铝异质合金界面显微组织特性
采用Al-Si5焊丝进行TC4钛/1060铝异质结构的CA-MIG连接,采用SEM、EDS等显微分析手段对不同热输入下所获接头的Ti/Al界面显微组织特点、界面附近元素分布进行分析,研究Ti/Al界面特性随热源热输入变化的演变规律。结果表明,CA-MIG热源热输入对Ti/Al界面显微组织具有显著影响。当热源热输入低于0.91 kJ/cm时,钛与铝基焊缝之间仅形成了一层界面反应层。当热源热输入处于0.91~1.55 kJ/cm时,钛与焊缝之间形成了两种Ti/Al界面,一种为单层结构的齿状Ti(Al,Si)3;另一种由α-Ti(Al,Si)均匀层、Ti5Si3纳米颗粒+Ti(Al,Si)3混合层、齿状Ti(Al,Si)3层3层结构组成。当热源热输入超过1.55 kJ/cm后,除了上述两种Ti/Al界面外,局部微区钛合金发生熔化,与铝基焊缝之间形成了成分复杂的熔合区,熔合区内存在大量的裂纹缺陷。
2022 Vol. 32 (3): 55-60 [摘要] ( 54 ) [HTML 0KB] [PDF 8259KB] ( 233 )
生产技术
61 曾宇, 姜喆, 张建良, 张楠, 滕海鹏, 王广伟
大喷煤条件下鞍钢高炉喷吹煤粉的炉内利用率
为了探究目前大喷煤条件下煤粉喷入高炉后在炉内的利用情况,对鞍钢高炉除尘灰进行收集、取样和测试;同时采用岩相分析手段观察分析高炉炉尘中未燃煤粉、焦炭和矿物质灰渣的组成及微观形貌,定量计算出除尘灰中不同含碳物质的质量分数。结果表明,整体来看,鞍钢4座3 200 m3级别的大高炉喷吹煤粉在炉内的利用率要低于其余4座小高炉,说明高炉在提高煤比的同时,还需重点关注煤粉的燃尽率。通过调节各项操作参数来提高煤粉在高炉内的利用率,可节约生产成本并保证高炉的顺行稳产。
2022 Vol. 32 (3): 61-67 [摘要] ( 44 ) [HTML 0KB] [PDF 7187KB] ( 310 )
68 邸航, 杜屏, 王永红, 张国良
2 680 m3高炉使用非主流块矿的稳产降本实践
某企业2 680 m3高炉炉料结构为“75%高碱度厂烧+7%酸性外球+18%天然块矿”,为了降低高炉原料成本,选取不同非主流块矿与当前高炉使用的主流P块、N块进行了多种冶金性能检测,结果证明R块相较于P块、N块,矿石结构紧密,具有较好的抗热裂性能,同时还兼顾较高的还原性能。综合炉料的熔滴特性表明,配加R块后,料柱的软融区间降低25 ℃,但由于R块高铝的属性,导致渣系中极易形成高熔点渣相,降低炉渣流动性,料柱最大压差ΔPmax增加4.6 kPa。实际生产中,2 680 m3高炉配加R块后,仍可以实现稳产顺行并取得了较好的经济效益。
2022 Vol. 32 (3): 68-72 [摘要] ( 27 ) [HTML 0KB] [PDF 4015KB] ( 303 )
73 崔园园, 杨彬, 钟凯, 邵俊宁
高炉炭砖侵蚀机理分析
首钢迁钢2号高炉开炉2年后炉缸便发生水温差异常升高现象,长期被迫加钛护炉,控制冶炼强度。研究炭砖的侵蚀是探索炉缸侵蚀的关键。通过化学成分分析、SEM和EDS等手段,研究2号高炉炉缸炭砖异常侵蚀状态和机理。结果表明,13号风口下方象脚区炭砖主要受铁、钾、硫等侵蚀,其中铁的侵蚀深度最深;20号风口下方象脚区炭砖除受铁、钾和硫侵蚀外,受锌侵蚀也较为严重,但锌的侵蚀深度小于铁、钾和硫的侵蚀深度;出铁口区炭砖主要受锌和硫侵蚀,该区炭砖附近存在串气现象,炭砖表层有裂纹,裂纹处主要为锌和硫。炭砖芯部存在混料不均现象,其将导致碳砖随着炉缸温度和压力的变化而产生裂纹。
2022 Vol. 32 (3): 73-79 [摘要] ( 53 ) [HTML 0KB] [PDF 13995KB] ( 344 )
80 王建武, 王宁, 杨树峰
基于数值模拟的镍基高温合金电渣重熔工艺优化
利用MeltFlow软件对镍基高温合金电渣重熔过程进行数值模拟计算,探究了电渣重熔过程中温度场、流场、熔池形貌及微观组织的分布特点,通过工业试验验证模拟的准确性,定量分析熔速对熔炼过程的影响规律,提出了一种改善铸锭凝固质量的工艺优化方法。结果表明,渣池内的温度相对较高且分布均匀,熔池形貌近似“V”型。铸锭一次枝晶间距从中心到边缘沿径向逐渐减小,而二次枝晶间距没有明显差别。对比试验数据,数值模拟结果误差较小,可以准确预测镍基高温合金电渣重熔过程中的熔池形貌和枝晶间距。随着熔化速率的减小,金属熔池深度降低,ESR铸锭二次枝晶间距逐渐减小,且宏观偏析程度得到改善,黑斑产生概率逐渐降低。控制熔化速率由0.47 kg/min降低至0.45 kg/min,有利于获得凝固质量较好的镍基高温合金电渣重熔铸锭。
2022 Vol. 32 (3): 80-86 [摘要] ( 52 ) [HTML 0KB] [PDF 6371KB] ( 292 )
87 庄清云
GOR冶炼321不锈钢的工业试验
为研究GOR脱碳和脱氮及硅铁、铝锭复合脱氧对冶炼321不锈钢的影响,分析了GOR冶炼321不锈钢的工业试验,主要就利用GOR冶炼美标321不锈钢的工艺过程和相关消耗指标进行了讨论,重点研究了GOR冶炼321不锈钢的基本冶金原理,并根据冶炼实绩分析了脱碳保铬、脱氧脱硫及脱气效果。结果表明GOR具备冶炼低碳、低氮300系不锈钢品种的条件,通过氩氧比的调节可将钢水中的碳、氮质量分数均控制在0.015%以内,通过合适的脱氧操作可将钢水中的全氧和硫质量分数控制在0.003%以内,可为后续LF钛线处理创造良好条件。
2022 Vol. 32 (3): 87-91 [摘要] ( 29 ) [HTML 0KB] [PDF 779KB] ( 284 )
92 吴晨辉, 李阳, 谢鑫, 吴国荣, 曾建华
板坯连铸过程凝固传热数值计算与工艺优化
连铸过程铸坯凝固传热规律与铸坯质量、连铸过程顺行密切相关。针对某厂连铸板坯凝固传热过程开展数值计算研究,结果表明,在二冷6~8区及空冷区开始阶段存在较明显的回温趋势,且坯壳温度较高,8区末铸坯宽面中心温度达到约1 032 ℃。此外,轻压下系统热跟踪模型计算凝固终点位置较靠前,压下区间有待优化。针对上述问题,将二冷水量由0.42 L/kg增加至0.56 L/kg,动态轻压下区间铸坯中心固相率fs=0.3~0.7优化为fs=0.5~1.0。工艺优化后,铸坯内裂纹得到改善,中心碳偏析指数由1.23降低至1.09。
2022 Vol. 32 (3): 92-98 [摘要] ( 56 ) [HTML 0KB] [PDF 3020KB] ( 354 )
99 祝志祥, 陈保安, 党朋, 杨长龙, 郑洋, 多俊龙
架空导线用特强预应力钢芯制备与性能表征
随着以新能源为主体的新型电力系统逐步构建,架空输电线路对大规模清洁能源的大容量、安全高效输送能力的提升成为电力行业关注的热点。基于优化成分的高碳钢盘条以及适配的加工工艺,制备出抗拉强度大于2 100 MPa、伸长率不小于4.8%、锌铝合金镀层质量不低于320 g/m2的特高强度预应力镀锌铝钢线。绞合制成的预应力钢芯1 000 h应力松弛率为4.178%。在此基础上开展了特强高导预应力钢芯软铝增容导线的设计研制,为该新型增容导线产品的国产化开发与工程应用提供了技术支撑。
2022 Vol. 32 (3): 99-105 [摘要] ( 55 ) [HTML 0KB] [PDF 4904KB] ( 225 )
节能环保
106 张玉婷, 郑琪, 潘仕文, 韩永辉, 赵风清
钢渣-矿渣-钡渣基胶凝材料水化过程强化
针对钢渣(SS)-矿渣(GBFS)-钡渣(BS)复合胶凝材料水化硬化慢的问题,提出一种活性激发-晶种强化的方法,以加速水化硬化过程。通过正交试验设计得到活性激发剂配比(质量分数)为煅烧脱硫石膏11%、铝酸钙3%、元明粉0.75%。利用含该激发剂的胶凝材料快速预水化制备复合晶种,能够显著促进胶凝材料水化结晶过程,提高早期强度,改善低温应用性能。复合晶种掺加量(质量分数)为4%时,胶凝材料的3 d和28 d抗压强度分别由25.5、39.1 MPa提高到29.8、42.5 MPa。利用XRD、FT-IR以及SEM对胶凝材料水化产物进行分析,结果表明水化产物主要包括钙矾石(AFt)、水化硅酸钙(C-S-H)以及水化铝酸钙(C-A-H)等,晶种的使用促进了 AFt和C-S-H的生成,对AFt的促进作用尤为明显。
2022 Vol. 32 (3): 106-111 [摘要] ( 42 ) [HTML 0KB] [PDF 2664KB] ( 349 )
112 蒋佳君, 李建立, 朱仁林, 余岳, 朱航宇
冷却速率对KR脱硫渣中硫析出行为的影响
KR脱硫渣中主要成分(CaO)为转炉冶炼的优质造渣原料,通过氧化性气氛将渣中硫脱除后可将其用于转炉冶炼。但由于炉渣冷却制度不同,渣中硫的析出行为和赋存状态会发生变化,对炉渣氧化脱硫效果产生影响。基于此,以合成渣的形式探究冷速对KR脱硫渣中硫析出行为的影响,旨在明确KR脱硫渣中硫赋存状态及析出行为与冷却速率的关系,为后续通过氧化性气氛有效脱除KR脱硫渣中的硫提供理论参照,实现KR脱硫渣在转炉冶炼工艺的综合利用。采用热力学数据库FactSage8.1对炉渣的凝固过程进行模拟,采用SEM-EDS和XRD对玻璃管内冷却(快速冷却)、坩埚内冷却(中等冷却速率)以及随炉冷却(较慢冷却)渣样进行分析、检测,采用Image-ProPlus6.0对炉渣中CaS颗粒平均面积进行统计。试验结果表明,在合成渣中含有弥散分布的硫和CaS颗粒形式存在的硫。玻璃管内快速冷却渣样的硫主要弥散分布在炉渣基质相中,少量以CaS相的形式析出。坩埚内和炉内冷却渣样中硫主要以CaS颗粒形式赋存,少量硫弥散分布在基质中。随着冷却速率降低,炉渣中弥散分布的硫含量逐渐减少而CaS相析出量逐渐增加,且析出的CaS颗粒平均面积逐渐增大。
2022 Vol. 32 (3): 112-118 [摘要] ( 29 ) [HTML 0KB] [PDF 8333KB] ( 259 )
装备技术
119 陈思墨, 周浩宇, 朱蓉甲, 李谦, 刘前, 王业峰
烧结热风循环罩数值模拟与结构优化
为解决热风分布不均与罩内回流的问题,以首钢京唐500 m2烧结机热风循环系统的热风循环罩为研究对象,应用计算流体力学方法对其进行分析和优化。对热风循环罩原结构的流场数值模拟结果表明,热风从水平方向进入罩内后集中在来流方向远端一侧,来流方向近端一侧出现低速回流区,罩内热风分布严重不均,进入料面热风的最大速度达到了6.36 m/s,热风速度的方差达到了3.27。针对原结构缺陷,研究了进气口、导流板和整流花板的结构特征,提出了最优改进方案,即将原有方形进气口改进为扩散型进气口、原有单一垂直方向导流板改进为垂直和水平方向的低阻型导流板并新增整流花板及导流筒。改进后的流场仿真结果表明,进入料面热风的最大速度为2.82 m/s,热风速度的方差为0.30,相比原结构分别降低了55.7%和90.8%,使得水平来流热风能垂直进入料面,消除了热风偏向和低速回流问题,并为热风或烟气循环系统与燃气喷加系统在烧结机上的耦合使用创造了条件。
2022 Vol. 32 (3): 119-124 [摘要] ( 37 ) [HTML 0KB] [PDF 5897KB] ( 301 )
冶金科技英才
125 吴国荣
吴国荣
2022 Vol. 32 (3): 125-125 [摘要] ( 46 ) [HTML 1KB] [PDF 795KB] ( 320 )
126 邓想涛
邓想涛
2022 Vol. 32 (3): 126-126 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 748KB] ( 277 )
冶金科学技术奖
127
环境友好型搪瓷用钢关键技术研究及应用
2022 Vol. 32 (3): 127-127 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 636KB] ( 275 )
128
秘铁高纯铁精矿选矿技术及伴生铜铅锌综合利用
2022 Vol. 32 (3): 128-128 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 635KB] ( 258 )
 

 

 
 
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