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中国冶金
2022年 32卷 6期
刊出日期 2022-06-15
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
技术综述
2
宋志刚, 丰涵, 吴晓涵, 何建国, 李国平, 张彦睿
中国双相不锈钢的发展及研究进展
结合中国双相不锈钢发展的特点,从技术进步、产量增加、应用拓展、发展趋势等方面阐述其发展情况。跟随国际发展趋势,中国双相不锈钢经历了从第1代到第3代及经济型双相不锈钢的发展历程,特超级双相不锈钢的开发及应用也在积极探索中。中国双相不锈钢研发虽然起步晚,但在发展初期就与国际同步确立N合金化的现代双相不锈钢发展方向。中国双相不锈钢从业者一贯注重工艺改进和技术进步,在组织控制及性能提升、热塑性和析出相等多方面的研究及进步,特别是近年来在双相不锈钢组织及性能平衡调控、低温冲击韧性研究及提升性能方面的进展,将有力支撑中国双相不锈钢产量的增长及应用的拓展。伴随技术及市场形势的发展,中国双相不锈钢产量在2015—2021年得到快速增长,其中2021年的产量达到24.06万t。可以预见,中国双相不锈钢将在质量、产量、品种、应用等多方面得到进一步的发展。
2022 Vol. 32 (6): 2-14 [
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15
刘世锋, 魏钢, 王岩, 周健, 马党参, 迟宏宵
增材制造17-4PH马氏体不锈钢研究进展
17-4PH马氏体不锈钢具有高强高韧以及耐腐蚀等优异性能,在航空航天、核能和民用工业等领域得到广泛的应用。增材制造技术通过离散堆积的制备方法,能够实现复杂异形零部件的成形,满足装备迭代的需求。综述了国内外增材制造17-4PH的研究成果,针对增材制造微小熔池、快速熔凝、复杂热历史冶金特点,介绍影响增材制造17-4PH试样致密度的因素,阐述其相构成、微观组织和力学性能,简述后处理对17-4PH力学性能的影响规律,最后对增材制造17-4PH的发展进行展望。
2022 Vol. 32 (6): 15-25 [
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26
赵金龙, 林鸿亮, 杨春光, 杨柯
含铜抗菌不锈钢的应用研究现状
含铜(Cu)抗菌不锈钢是一类结构/功能一体化金属新材料,目前已经具备稳定的工业规模生产能力。为应对日常生活、医疗领域和海洋工程装备领域所遇到的细菌微生物污染问题,已经开发出适用于相应领域的多种含Cu抗菌不锈钢新材料。为了探索新阶段含Cu抗菌不锈钢的研发方向,综合介绍了含Cu抗菌不锈钢关键性能的研究进展及在多领域的应用现状,并分析了时代发展给该领域所带来的新的问题与挑战。
2022 Vol. 32 (6): 26-41 [
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42
刘振宝, 梁剑雄, 杨哲, 王晓辉, 孙永庆, 王长军, 杨志勇
高强度不锈钢应用及研究进展
高强度不锈钢因其优异的综合性能及成熟的生产工艺,已成为航空、航天、海洋、石化工程等高端制造业领域的重要材料。系统回溯高强度不锈钢的发展及应用历程,总结此类钢的强韧化机理及最新研究进展,并详细梳理了影响该钢的氢陷阱行为及氢脆抗力的主要因素。结合现有研究成果,提出了采用多种类纳米级第二相颗粒复合析出强化突破高强度不锈钢强韧性匹配极限的思路;通过调控钢中析出相及逆转变奥氏体的交互析出行为,提高后者的机械、化学稳定性,使其作为钢中裂纹及可扩散氢的双重“陷阱”,从而提高钢的裂纹及氢脆抗力。最后指出未来新型高强度不锈钢的研发须重点关注以材料基因算法、人工神经网络、机器学习为代表的“人工智能化”合金设计理念。
2022 Vol. 32 (6): 42-53 [
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54
李兵兵, 郎宇平, 陈海涛, 屈华鹏, 冯翰秋, 田志凌
超级奥氏体不锈钢的发展
日益增长的工业需求推动着超级奥氏体不锈钢的研发,以研发时间为序阐述超级奥氏体不锈钢3个发展阶段。第1个阶段主要是为解决硫酸介质环境的耐腐蚀性而开发的不锈钢;第2个阶段是在第1阶段研发钢的基础上添加质量分数约为0.2%的N元素、并将Mo元素质量分数增加到约6%而研发的几种耐腐蚀性能良好的超级奥氏体不锈钢;第3个阶段是在6%Mo钢的基础上将Cr、Mo、N含量都进行较大幅度的提高,其中Mo元素质量分数增加到约7%,N元素质量分数控制在0.5%左右,并加入适量Mn元素而研发出耐腐蚀性优异的超级奥氏体不锈钢。阐述了超级奥氏体不锈钢研发过程中的2个重要技术,即炉外精炼与氮合金化技术,并展望了超级奥氏体不锈钢的未来发展及推广应用。
2022 Vol. 32 (6): 54-60 [
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专题研究
61
陈其为, 包汉生, 杨钢, 吴明华, 蔡珑, 杨丽霞
连铸TP347H钢坯中Nb的偏析现象分析
采用连铸工艺生产的TP347H钢坯存在Nb偏析现象,偏析严重时,经热连轧后的管坯在斜轧穿孔时易产生内壁开裂,导致钢管成材率和综合性能降低。针对偏析现象,通过热力学计算和试验相结合的方法研究含Nb析出相的析出行为,分析影响连铸钢坯Nb偏析的主要因素和一次MX相(碳氮化铌)析出物的特征。结果表明,采用连铸工艺生产的TP347H钢成分优化应以C、Nb元素含量为主;连铸TP347H钢坯Nb的偏析现象存在于钢坯中心区域,导致了钢坯边缘与中心区域的一次MX相析出物形貌、尺寸的差别。
2022 Vol. 32 (6): 61-70 [
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71
马帅, 李阳, 姜周华, 孙萌, 陈常勇, 刘航
Ce对440C不锈轴承钢夹杂物演变的影响
为探究稀土Ce对440C不锈轴承钢中夹杂物的改性作用,利用实验室MoSi
2
电阻炉对440C不锈轴承钢进行稀土Ce处理,采用OM、SEM等系统分析了Ce的添加对440C不锈轴承钢脱氧及夹杂物演变的影响。结果表明,随着Ce加入量的增加,其收得率逐渐升高。Ce的加入使钢中TO质量分数由0.002 5%降低至0.001 2%。未加入Ce的钢中夹杂物主要为Al
2
O
3
、MnS以及镁铝尖晶石;加入质量分数为0.011 5%的Ce后,夹杂物被改性为以Ce-Al-O为主的夹杂物;当Ce的添加量达到0.036 4%时,夹杂物被完全改性为Ce-O-S夹杂物。适量的Ce可以降低夹杂物尺寸及面积比例,但过量加入会使夹杂物尺寸变大。在本试验条件下,当Ce质量分数为0.011 5%时,钢中夹杂物细小弥散效果最明显。以上结论可为Ce在高碳铬不锈轴承钢中的应用提供参考。
2022 Vol. 32 (6): 71-78 [
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79
马明玉, 周娜, 龚坚, 吕宝锋, 牛涛, 关建东
Ce和W对444铁素体不锈钢耐点蚀性的影响
采用浸泡失重法和电化学方法研究Ce和W对铁素体不锈钢在含Cl
-
溶液中耐点蚀性能的影响,并通过恒电位极化法测定不同Ce和W含量的铁素体不锈钢临界点蚀温度(CPT)。结果表明,W和Ce都可显著抑制铁素体不锈钢在FeCl
3
溶液中的腐蚀溶解,且含W的不锈钢蚀坑坑底有W元素富集。Ce和W的添加提高了不锈钢在5%NaCl溶液中的临界点蚀温度,并且当W的质量分数达到1%时,可以显著增强蚀坑的再钝化能力。添加Ce和W可提高不锈钢的点蚀电位,降低腐蚀电流密度,提高不锈钢的耐点蚀性能。不同成分的铁素体不锈钢在中性氯溶液中都表现出稳定的钝态,而Ce和W的添加可以提高钝化膜的稳定性,扩大钝化区范围。
2022 Vol. 32 (6): 79-86 [
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87
刘晓, 童为硕, 赵良群, 陈雷, 刘浏
NaCl+HCl溶液中Ce对双相不锈钢腐蚀行为的影响
为了研究酸性NaCl溶液中双相不锈钢的耐腐蚀性能,以含微量稀土Ce的UNS S31803双相不锈钢为研究对象,采用电化学阳极极化和交流阻抗相结合的方法测试其在NaCl + HCl混合溶液中的耐腐蚀性能。利用扫描电镜(SEM)观测腐蚀后的形貌特征,采用电子探针(EPMA)检测合金元素与杂质元素的分布特征,分析Ce元素的加入对双相不锈钢电化学腐蚀行为的影响机制。结果表明,钢中存在两相的选择性腐蚀并伴有局部点蚀,其中铁素体相是腐蚀较严重的相;阳极极化测试与交流阻抗测试结果相吻合,Ce拓宽了试验钢的钝化区间;Ce通过净化钢液、降低S和P元素在相界的偏聚及使Cr、Ni和Mo等合金元素在两相中的分布更均匀等作用,提高了钢的耐腐蚀性能。
2022 Vol. 32 (6): 87-93 [
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94
谢胜涛, 邵书东, 亓海燕, 王俊海
稀土元素对430铁素体不锈钢组织和性能的影响
对常规430铁素体不锈钢进行了稀土微合金化改进,最终开发出高品质430RE铁素体不锈钢冷轧退火带钢,并研究了稀土微合金化对430不锈钢的力学性能、深冲性能、抗皱性能、显微组织和织构的影响。通过稀土微合金化,430不锈钢中尺寸较粗大的CaO·SiO
2
和Al
2
O
3
·CaO夹杂物,大多转变为430RE不锈钢中尺寸较细小、分布密度较高的富含稀土元素的夹杂物。与采用基本相同热轧、冷轧和退火工艺的430不锈钢相比,430RE热轧板和冷轧退火板的强度水平均有所降低、塑性水平均明显升高;430RE生产过程中的宏观织构演变表现出更强的高塑性应变比(
r
值)γ-织构组分形成趋势,这使得430RE冷轧退火板的深冲性更优;430RE冷轧退火组织中沿轧向偏聚、低
r
值取向晶粒簇减少,这使得430RE冷轧退火板的抗皱性更优。
2022 Vol. 32 (6): 94-100 [
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101
付金柱, 武敏, 李国平, 刘春来, 段秀峰
超纯铁素体不锈钢425组织性能研究与评价
425不锈钢是一种针对汽车排气系统冷端开发的资源节约型超纯铁素体不锈钢,其中铬元素的质量分数为15%,采用铌钛双元素进行碳、氮的稳定化控制。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、万能电子试验机以及电化学工作站等,研究880~1 000 ℃退火后425不锈钢显微组织和拉伸性能的演变规律,并与409和439不锈钢进行成形性及耐腐蚀性能的对比研究。结果表明,退火温度为960 ℃时,425不锈钢具有最佳的显微组织和拉伸性能组合,其成形性能与439、409相当,点腐蚀速率略大于439、明显低于409,点蚀电位介于409和439之间。总体来说,超纯铁素体不锈钢425具有良好的塑性、成形性和耐腐蚀性能,是汽车排气系统冷端应用的理想材料。
2022 Vol. 32 (6): 101-107 [
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108
蒋一, 石显云, 江来珠, 孔庆毛, 姜美雪, 郑兰贞
电梯用含氮节镍奥氏体不锈钢QN1701的组织和性能
借助Thermo-Calc热力学相图计算软件,开发了用于电梯的含氮节镍奥氏体不锈钢QN1701(12Cr17Mn7Ni2Cu2N),以代替443(019Cr21CuTi)超纯铁素体不锈钢。通过OM、SEM和电化学工作站等方法研究了QN1701和443不锈钢的组织及性能。N原子起着间隙固溶和细晶强化的作用,使QN1701不锈钢的屈服强度提高至400 MPa以上,达到443不锈钢的1.32倍。QN1701不锈钢的点蚀电位为241 mV,低于443不锈钢的289 mV,但其点蚀速率为9.10 g/(m
2
·h),低于443不锈钢的14.58 g/(m
2
·h)。在电梯用研磨拉丝表面状态下,QN1701不锈钢在质量分数为10%NaCl中性盐雾和干湿循环盐雾等加速腐蚀试验中的耐蚀性能均优于443不锈钢。分析发现,443不锈钢添加一定量的Nb、Ti稳定化元素所生成的(Nb,Ti)(C,N)析出相经研磨拉丝处理后,暴露于表面或被拖拽后留下微坑,导致其耐蚀能力急剧下降。综上所述,相较443不锈钢,QN1701不锈钢具有强度更高、伸长率更大和在研磨拉丝表面状态下耐蚀性更好等特点,这对于电梯轻量化设计和长寿命具有重要价值。
2022 Vol. 32 (6): 108-116 [
摘要
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117
赵磊, 颜海涛, 马登德, 申鹏, 李杰, 梁翠峰
新型耐腐蚀加热管用不锈钢组织和性能
电热水器用不锈钢材料主要有310S、840等,在使用过程结垢后,容易造成加热管的腐蚀失效。为了解决此问题,针对加热管的服役环境,在310S成分基础上,添加Mo元素,并优化调整了其他合金成分,开发了新型耐腐蚀加热管用不锈钢新材料。研究了新型加热管不锈钢热轧固溶酸洗态的微观组织、力学性能和耐腐蚀性能,并与310S做了对比。利用Thermo-Calc热力学软件分析了新材料在平衡条件下合金组织随温度的变化规律,在900 ℃左右开始析出σ相,但数量不多。在与310S相同轧制规程和热处理规程条件下,新型材料热轧固溶酸洗态的抗拉强度(
R
m
)、屈服强度(
R
p0.2)、伸长率平均值分别为611 MPa、286 MPa、52.8%,强度整体略高于310S,但差别不大,伸长率略低于310S。新材料晶粒度为5.5级,部分区域7级,晶粒度略大于310S,整体上差别不大。新材料和310S平均点腐蚀速率分别为0.49 g/(m
2
·h)、1.37 g/(m
2
·h),可见新材料的耐点腐蚀性能明显优于310S。
2022 Vol. 32 (6): 117-122 [
摘要
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123
杨晨, 高亚龙, 周际华, 沈红英, 施泓明, 张杰伟
核电用316奥氏体不锈钢钢丝扭转性能分析
针对核电用奥氏体不锈钢钢丝研制过程中存在的单向扭转性能不均匀及异常断裂问题,利用光学显微镜(OM)与扫描电镜(SEM)等手段,对该钢丝的金相组织、单向扭转断口及断口附近表面形貌进行了分析。研究发现,产生单向扭转性能不均匀与异常断裂的主要原因是钢丝表面质量较差及钢丝用钢棒焊接连接处局部过烧。通过将拉拔模具由钨钢模更换为聚晶模、润滑剂由润滑粉更换为水性油等措施,改善了钢丝表面质量;通过适当降低焊接接头处焊接时的热输入,消除了单向扭转时异常断裂的问题。改进后钢丝单向扭转圈数趋于均匀且最大扭转圈数可达169 圈,远高于技术要求值。
2022 Vol. 32 (6): 123-128 [
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129
钟强, 钱炯, 吴静娜, 赵信华, 马蓉丽, 刘正东
表面处理对海洋工程用316L不锈钢耐点蚀性能的影响
316L不锈钢为常用的耐蚀合金材料,然而其在海洋大气环境服役时易遭受点腐蚀而发生失效。通过点腐蚀速率、临界点蚀温度、点蚀电位、极化曲线测试等评价方法,对经过不同表面处理(光亮退火、抛光、酸洗钝化)后的316L不锈钢的耐点蚀性能进行测试分析。结果表明,不同表面处理对316L不锈钢的临界点蚀温度影响不大,但会使点腐蚀速率、点蚀电位有所差异;在测试条件下,抛光及酸洗钝化均可有效提高316L不锈钢的耐点蚀性能,其中酸洗钝化态的耐点蚀性能最好,因此建议对海洋工程用316L不锈钢产品在使用前进行酸洗钝化处理。
2022 Vol. 32 (6): 129-133 [
摘要
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134
张军, 张秀丽, 李造宇, 杨娥
易切削不锈钢1Cr17MoS的硫化物形态对力学性能的影响
易切削不锈钢1Cr17MoS中硫化物随冶炼控制方式的差异会呈现不同的形态。采用正常冶炼方式对1Cr17MoS钢进行锻制,硫化物呈细长条形状,长度一般为50～80 μm,长宽比为5～12;夹杂物尺寸为1～5 μm,大部分夹杂物小于3 μm。在冶炼中通过添加微量元素使1Cr17MoS钢经过锻制后的硫化物呈纺锤状、点球状,长度为10～30 μm,长宽比为2～5;夹杂物尺寸为3～20 μm,大部分夹杂物为10～20 μm。通过对不同硫化物形态的1Cr17MoS钢进行纵向和横向拉伸试验,结果表明,2种形态下1Cr17MoS钢的纵向拉伸断口均为韧窝断口,韧窝数量和大小受硫化物数量和宽度的影响,其形态与力学性能没有明显关系;1Cr17MoS的横向拉伸断口以准解理断口为主,还存在部分韧窝断口。传统冶炼方式中,冶炼过程未经过硫化物形态处理,细长条状硫化物破坏了试验钢基体的连续性,加速了横向拉伸的脆性断裂。而经过硫化物形态处理的冶炼方式中,纺锤状和点球状硫化物以韧窝形态出现,保留了试验钢的塑性特征,使其具备较好的横向拉伸性能。
2022 Vol. 32 (6): 134-138 [
摘要
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53
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139
王巍, 张壮, 张力萍, 段才锋, 尚广浩, 张家泉
节镍型奥氏体不锈钢轧板表面脱皮缺陷特征与成因
节镍型奥氏体不锈钢热轧板和冷轧板常见的表面脱皮缺陷对后续产品合格率有着极大的影响。采用金相显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射等手段,观察并分析该脱皮缺陷处的宏观形貌、微观组织及元素成分,探究脱皮缺陷的形成原因。结果表明,热轧板脱皮缺陷表面及纵截面存在明显的嵌入型Cr、Mn金属氧化物,其化学组成与其常见氧化铁皮高度一致。此外,在热轧板脱皮缺陷纵截面EBSD扫描中发现有残余铁素体组织,轧制过程中该处两相组织热塑性差异可能导致微裂纹产生及后续高温氧化,从而表现为热轧板常见的氧化型脱皮缺陷。冷轧板脱皮缺陷来源于热轧板的隐性缺陷,其异常成分与中间包覆盖剂、结晶器保护渣等外来夹杂物基本一致,这些夹杂物在浇注过程卷入铸坯内部且多在冷轧过程得以暴露,并表现为夹杂型脱皮缺陷,形貌上包括直线型脱皮和剥落型脱皮。通过改进连铸中间包与浸入式水口工艺,可有效降低这类不锈钢轧材表面的脱皮缺陷比例。
2022 Vol. 32 (6): 139-146 [
摘要
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211
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生产技术
147
冯翰秋, 郎宇平, 屈华鹏, 陈海涛
含Nb不锈钢中厚板中间裂纹分层原因分析及控制
针对含Nb不锈钢热轧中厚板出现的中间裂纹分层以及力学性能不合问题,通过金相观察、扫描电镜、相分析和力学性能检测等手段对中间裂纹分层以及力学性能不合原因进行研究。结果表明,Mo、Nb在凝固过程中偏析严重、形成σ相和Z相(CrNbN)是产生热轧中厚板中间裂纹分层以及力学性能不合的主要原因。通过降低Nb含量,优化热处理制度,降低钢液过热度,确定合理冷却制度,添加电磁搅拌工艺,可以有效地减小中间裂纹分层的发生并提高低温冲击韧性。
2022 Vol. 32 (6): 147-154 [
摘要
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77
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155
赵斌, 吴伟, 吴巍, 张娜, 褚晓锐
不锈钢喷粉吹氧法铁水脱磷工艺
为了满足生产超低磷钢的预脱磷要求,对不锈钢铁水脱磷工艺进行介绍。在45 t钢包中进行石灰喷粉+吹氧的工业试验,结果表明,在铁水脱硅期达到预期效果(铁水
w
([Si])≤0.1%)后,铁水脱磷期可实现平均脱磷率大于88%。根据试验数据,分别回归出脱硅期和脱磷期的脱磷率、磷分配比的计算公式。通过添加萤石能够获得较好的铁水脱磷效果,随着铁水硅含量变化,铁水温度、吨钢耗氧量、石灰消耗量、炉渣碱度的增加,铁水的脱磷率明显增加。炉渣
w
((TFe))的增加对铁水脱磷率的影响不显著。研究认为,目前采用的石灰喷粉+吹氧冶炼进行铁水脱磷处理是行之有效的不锈钢铁水脱磷方法。
2022 Vol. 32 (6): 155-162 [
摘要
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53
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163
谭庆丰, 陈德利, 闫占东, 贾红帅, 韩志远, 王玉辉
EAF+LF+VOD/VHD冶炼超级双相不锈钢工艺实践
介绍了抚钢超级双相不锈钢冶炼工艺流程,进行了VOD炉真空吹氧去碳、包底吹氮、二次造渣及喂线处理生产实践。研究表明,通过设定合理的吹氧、吹氮工艺,实现了低碳含量、准确氮含量的控制。通过在还原过程中调整合适的炉渣碱度,对钢液进行喂线处理,强化脱硫脱氧,从而改性夹杂物形貌,以确保钢液精准的化学成分及良好的纯净度控制,为热加工创造有利条件。
2022 Vol. 32 (6): 163-167 [
摘要
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97
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168
陈连运, 周民, 陈莹卷, 谭光耀, 马靳江
模块化精轧技术在不锈钢高线中的应用
采用数值分析、有限元分析、实验室试验等方法研究了高速线材精轧变形宽展影响因素及宽展模型、模块化精轧机耦合刚度及刚度模型、高速轧制时咬钢速降控制策略。针对某不锈钢高速线材生产线精轧机组长期存在的稳定性差、收放料型不准确导致的产品尺寸精度波动大的问题进行升级改造,通过高适应性孔型系统、高刚度模块化高速轧机、高速轧制速降控制技术实现了模块化精轧技术在不锈钢高线中的应用。针对爬坡段易划伤问题,将滑动摩擦式爬坡导槽优化为滚动摩擦式三辊导槽,并将精轧前侧活套调整为立活套。改造后生产结果表明,模块精轧机运行稳定,锥箱振动值小于2.8 mm/s,精轧机组出口料型尺寸精度较改造前提高20%以上,最终产品尺寸精度及表面质量均得到了明显改善。
2022 Vol. 32 (6): 168-174 [
摘要
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67
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185
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冶金科技英才
175
姜鑫
2022 Vol. 32 (6): 175-175 [
摘要
] (
50
) [
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176
董安平
2022 Vol. 32 (6): 176-176 [
摘要
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41
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冶金科学技术奖
177
倾斜矿体分区崩落安全高效开采关键技术与应用
2022 Vol. 32 (6): 177-177 [
摘要
] (
28
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178
极寒环境用高强韧易焊接海洋装备用钢关键技术创新及工程应用
2022 Vol. 32 (6): 178-178 [
摘要
] (
32
) [
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