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中国冶金
2024年 34卷 1期
刊出日期 2024-01-15
冶金科技英才
冶金科学技术奖
有色冶金
技术综述
专题研究
生产技术
节能环保
技术综述
1
周明顺, 田勇, 赵东明, 蒋益, 卢兴福, 赵鸿波, 贾福智, 柳明旭
铁矿烧结系统漏风治理技术及评估综述
在“以风为纲”的铁矿烧结过程中,漏风对烧结生产带来严重的不利影响,如增大主抽风机的功耗、降低烧结生产质量和产量、加速设备失效、加大环保治理难度等。从分析烧结机漏风的部位出发,介绍了烧结机漏风率测定方法,指出应将静态流量法和烟气成分分析法相结合来综合评估烧结系统的漏风率;综合整理和分析了烧结机漏风治理关键技术,重点分析了以负压吸附式端部密封技术为代表的烧结机综合密封技术;总结归纳了国内外钢铁企业针对烧结机漏风所采取的有效措施及效果,为烧结机漏风治理提供参考和借鉴。
2024 Vol. 34 (1): 1-9 [
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专题研究
10
李兴旺, 刘桐, 张俊杰, 贾来辉, 雷杰, 龙红明
预处理褐铁矿零膨润土成球机理
为了拓宽球团原料范围、降低生产成本,采用湿式球磨工艺,将价格相对低廉的褐铁矿粉矿预处理后用于球团生产,结果表明,由于爆裂温度低于300 ℃、成品球强度低于1 300 N/P,褐铁矿预处理后无法直接用于球团生产;以25%湿式球磨15 min的褐铁矿搭配75%磁铁精矿,在零膨润土的情况下,生球落下强度达到4.1次(0.5 m),爆裂温度420 ℃,成品球团强度2 445 N/P。对预处理褐铁矿零膨润土成球机理展开的研究表明,预处理后褐铁矿的静态成球指数和比表面积是实现零膨润土造球的关键参数,湿式球磨15 min后褐铁矿比表面积达到1 591.10 cm
2
/g,静态成球指数达到1.42;由于结合水和原生Fe
2
O
3
再结晶需要更高的温度,褐铁矿单独成球后的球团抗压强度整体较低;与磁铁精矿搭配后,磁铁矿焙烧时氧化放热有利于Fe
2
O
3
再结晶,形成了较完整的赤铁矿连晶,大量的渣相形成并填充在缝隙中,球团抗压强度增加;但当褐铁矿配比大于25%时,球团内的孔洞逐渐增多,氧化放热逐渐减少,且球团内的液相生成量减少28%,球团抗压强度降低。综合而言,褐铁矿经湿式球磨15 min、配比25%为最优工艺参数。本研究可为球团生产降低膨润土用量、提高球团品位、降低生产成本提供重要参考。
2024 Vol. 34 (1): 10-17 [
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106
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18
陈双平, 吕明, 郝翊杰, 邢相栋, 张朝晖, 朱青德
基于环境温度的转炉旋流氧枪射流分析
为探究旋流氧枪自由射流特性,建立了0°、6°、12°和18°旋流氧枪自由射流几何模型,分析了不同旋流氧枪炼钢温度下的旋流特性、射流速度和动压分布。发现与0°旋流氧枪相比,6°、12°和18°旋流氧枪射流速度和动压衰减较快,且旋流角越大,射流衰减越快。而6°旋流氧枪与12°和18°旋流氧枪相比,射流速度和动压衰减较慢,在保证合适冲击深度和冲击面积的同时,使熔池产生一定的旋转运动。基于此,建立了6°旋流氧枪和转炉气-渣-金多相流几何模型,分析了环境温度变化对6°旋流氧枪冲击特性和熔池速度分布的影响,发现环境温度从300 K升高到1 873 K,冲击半径从1.25 m增至1.78 m,而冲击深度仅从0.119 m增至0.132 m。环境温度升高,钢液面处高速区面积增大,死区和低速区面积减小;在熔池较浅处,环境温度升高,熔池死区面积减小,高速区面积增大,以熔池深度0.3 m为例,环境温度从300 K升高到1 873 K,死区面积由0.41 m
2
减小至0.17 m
2
,高速区面积由9.35 m
2
增至9.76 m
2
;在熔池深处,底吹射流起主导作用,环境温度对熔池速度分布影响较小,不同速度区域面积相差较小。研究结果可以为旋流氧枪工业应用提供理论指导。
2024 Vol. 34 (1): 18-26 [
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27
薛辉, 高锦国, 赵朋, 李楠, 刘威, 杨树峰
返回料添加比例对高温合金夹杂物析出行为的影响
为实现高返回比高温合金洁净化冶炼,研究不同返回料添加比例对高温合金冶炼过程夹杂物演变规律的影响,并结合热力学计算讨论夹杂物析出行为和生成机理。结果表明,返回料添加对高温合金夹杂物种类无明显影响,但对夹杂物数量和尺寸分布影响较大。随返回料比例从0%增加至60%,夹杂物数量密度由19.30个/mm
2
增加至30.74个/mm
2
,其中以氧化物为核心的碳氮化物复合夹杂由4.47个/mm
2
增加至10.11个/mm
2
,大尺寸(粒径大于5 μm)夹杂物所占比例由8.7%增加到13.9%。热力学计算结果表明,MgO·Al
2
O
3
夹杂物的理论形核半径随熔体中氧活度的增加而减小,且该夹杂物与TiN夹杂物的晶格错配度较低。添加返回料相比全新料会引入更多的杂质元素,导致MgO·Al
2
O
3
夹杂物形核率显著上升,并促进了TiN、Ti(C,N)夹杂物的非均匀形核。形核动力学计算结果表明,返回料添加比例增大,体系中氮的浓度增大,TiN夹杂物更早析出,且析出尺寸也逐渐增大。研究结果可为高温合金低成本生产和洁净化冶炼提供必要的理论基础和数据支撑。
2024 Vol. 34 (1): 27-35 [
摘要
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36
苑一波, 杨利彬, 赵进宣, 汪成义
20CrMnTiH齿轮钢在BOF-LF-RH-CC流程中的夹杂物演变
某厂生产的20CrMnTiH齿轮钢在冶炼过程中产生大量的CaS类夹杂物,影响了铸坯质量。为研究20CrMnTiH齿轮钢氧化物夹杂的演变规律,提出合理的钙处理工艺,以减少CaS类夹杂物的析出,对某厂BOF-LF-RH-CC流程生产的20CrMnTiH齿轮钢进行精炼全过程的取样,并通过电镜、夹杂物自动扫描分析系统结合热力学计算,研究了氧化物夹杂的演变规律及机理。研究结果表明,在LF精炼后期的喂硫线工序,钢液存在二次氧化现象;精炼过程氧化物夹杂的演变规律为,纯Al
2
O
3
夹杂物→镁铝尖晶石和部分Al
2
O
3
-MgO-CaO复合夹杂物→钙处理后转变为Al
2
O
3
-MgO-CaO和Al
2
O
3
-CaO复合夹杂物→喂硫线后产生大量Al
2
O
3
-MgO-CaO-CaS和Al
2
O
3
-CaO-CaS类复合夹杂物。通过试验及热力学计算发现,现阶段的钙处理过程中钙含量略低于12CaO·7Al
2
O
3
(C
12
A
7
)的析出条件。为将Al
2
O
3
夹杂物尽可能变性成C
12
A
7
夹杂物,达到理想的钙处理效果,同时节约成本,钙处理过程所需钙质量分数应控制在0.002 26%~0.003 00%。喂硫线之后的钢液成分很容易满足CaS夹杂物的析出条件,生产过程应延长喂钙线与喂硫线之间的时间,在钙含量降低后再喂入硫线,后序可将喂硫线工序移至RH精炼中,以减少CaS夹杂物的生成。本研究为工业生产过程中提高含硫齿轮钢的洁净度提供了理论基础。
2024 Vol. 34 (1): 36-43 [
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44
王博, 莫超群, 李书恒, 孙立根, 韩毅华, 朱立光
Q345板坯表面横裂纹热轧过程演变行为
在连铸生产过程中,由于化学元素、温度、机械应力等多方面因素影响,铸坯不可避免会产生表面横裂纹。轧制过程中,铸坯表面横裂纹会进一步放大影响到后续轧材的表面质量,甚至导致产品报废。为此,针对Q345钢表面横裂纹热轧过程演变行为展开研究,在铸坯表面预制“V”形裂纹进行实验室热轧试验,并建立相应轧制模型,通过试验验证模型正确性。采用现场板坯轧制工艺建立Q345钢表面不同宽度(1、2、3 mm)横裂纹轧制模型,分析不同宽度裂纹热轧过程演变特性。结果表明,宽度1 mm裂纹轧制过程出现了表面贴合的现象,而宽度2、3 mm裂纹两侧逐渐展开最后暴露到轧材表面;通过分析裂纹尺寸及高宽比变化可以发现,轧制过程不同宽度裂纹的展开宽度呈线性增加,轧制结束后,1、2、3 mm宽度裂纹展开宽度分别达到了30、32、34 mm,而裂纹深度在轧制初期减小明显,后几个道次减小量不大;不同宽度裂纹高宽比变化趋势与裂纹深度变化趋势相同,轧制初期变化量较大,轧制后几个道次高宽比趋近于0。研究结果可为优化轧制生产工艺提供理论参考。
2024 Vol. 34 (1): 44-52 [
摘要
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53
王飞
轧制温度对新型Fe-Mn-Al-C系低密度钢腐蚀行为的影响
为探究不同轧制温度对低密度钢在海洋环境下腐蚀性能的影响,以自主设计的Fe-30Mn-10Al-1.57C-0.3Si-0.6Ti低密度钢为研究对象,将其在不同温度下进行热轧处理,并设置对比材料40Cr,利用全浸失重试验、电化学试验、SEM以及XPS等测试方法对该低密度钢耐蚀性能进行研究。结果表明,随着轧制温度上升,低密度钢的失重量下降,腐蚀电位由-0.691 V升高至-0.392 V,自腐蚀电流密度由10
-5.533
A/cm
2
降低至10
-6.780
A/cm
2
,表明其耐蚀性随轧制温度升高而提高。这主要是由于低密度钢中Cr和Al的存在,导致样品表面形成一层氧化膜,阻止了腐蚀介质对材料基体的腐蚀。此外,经热轧制变形处理后的低密度钢样品由于铁素体含量减少而导致电偶反应减弱。上述结果丰富了Fe-Mn-Al-C系低密度钢的相关研究,为其在工业上的应用提供了理论基础。
2024 Vol. 34 (1): 53-60 [
摘要
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61
侯晓英, 刘万春, 王军, 丁明凯, 初林, 王业勤
超高强复相钢组织调控及强塑性提升机理
通过调控微观组织形貌及各相组织配比,进一步优化超高强复相钢的综合力学性能,并采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、透射电镜(TEM)等表征手段,研究其强塑性提升机理。研究结果表明,在820 ℃的(γ+α)临界区温度退火工艺条件下,显微组织由约37%铁素体、49%贝氏体以及14%残余奥氏体(体积分数)组成,其中铁素体组织以再结晶铁素体和先共析铁素体两种形态存在;贝氏体呈块状;残余奥氏体呈不规则颗粒状,主要分布在铁素体晶界处或铁素体与贝氏体相界面间,其晶粒大小与其周围“贫碳区”BCC晶粒尺寸大致成正比。在910 ℃奥氏体单相区退火时,显微组织由约19%先共析铁素体、61%板条束状贝氏体型铁素体以及厚度在60~130 nm范围的20%片层状残余奥氏体组成,其中贝氏体铁素体以再结晶γ晶粒作为相变的块状基准单元且呈不同位向分布;大角度晶界所占比例达85.4%;基体中V(C,N)第二相粒子为相间析出,析出粒子直径为3~9 nm,平均列间距约31 nm,对材料的强度贡献计算值约为281 MPa。超高强复相钢的综合力学性能与其微观形貌特征、晶体结构和晶体取向、第二相析出粒子、高密度位错以及残余奥氏体的TRIP效应贡献均密切关联,单相奥氏体区退火工艺条件下,复相钢的抗拉强度达到1 226 MPa,同时伸长率和扩孔率分别提高至19.1%和51%,强塑积达到23.42 GPa·%。研究结果可为高强化材料综合性能的提升提供参考。
2024 Vol. 34 (1): 61-71 [
摘要
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72
杨玉环, 褚晓红, 路洪洲, 韩赟, 阳锋, 赵征志
连续退火工艺参数对1 180 MPa级含Nb增强成形性双相钢组织性能的影响
为实现节能减排的目的,汽车车身正朝着轻量化、高质量的方向发展,DH钢因其优良的强塑性能而具有广泛的应用前景。基于实验室模拟连续退火与组织性能表征分析,研究开发了一种综合性能良好的1 180 MPa级含Nb增强成形性双相钢。连续退火试验结果表明,随着退火温度的升高,钢中马氏体、贝氏体含量升高,试验钢的抗拉强度在870 ℃升高至1 200 MPa;退火温度进一步上升时,马氏体回火程度增大且贝氏体含量增加导致钢的强度略微降低。随着过时效温度的升高,试验钢抗拉强度逐渐降低,伸长率在370 ℃升高至16.2%。基于连续退火试验结果与工业生产线特点,实现了DH1180钢的工业试制。所得样品显微组织由铁素体、马氏体、贝氏体、残余奥氏体(
φ
(γ)=6.62%)组成,组织中弥散分布着纳米级的(Nb,Ti)C析出相,呈现出优良的强塑性匹配,试验钢的抗拉强度为1 257 MPa,伸长率达到15.6%。DH1180钢的开发与应用为汽车用高强钢提供了更多的可能性。
2024 Vol. 34 (1): 72-80 [
摘要
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37
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生产技术
81
赵进宣, 肖峰, 赵博, 杜一昊, 吴伟, 吴巍
不同型号镁碳砖对抗富钒钢渣侵蚀性能的影响
目前,提钒转炉采用镁碳砖作为炉衬,评估不同型号镁碳砖的侵蚀速率以及损毁机理对提高提钒转炉寿命具有重要的实用价值。在电阻炉条件下,采用静态抗渣方法模拟6种镁碳砖侵蚀情况,探讨镁碳砖抗富钒钢渣侵蚀及其机理。结果表明,MT-C12B、MT-C14A试样受熔渣冲刷、侵蚀后减薄较少,其中MT-C12B试样侵蚀面积所占比例为2.98%,MT-C14A试样侵蚀面积所占比例为2.74%。从试样侵蚀情况显微结构看,MT-C12B试样的脱碳层深度最小,对镁碳砖性能影响较小,为提钒转炉最优选择。6种镁碳砖侵蚀机理基本一致,镁碳砖中的石墨与钢渣中的V
2
O
3
、Cr
2
O
3
、FeO反应生成金属相,造成MgO颗粒的裸露,渣中V
2
O
3
随熔渣进入脱碳层并与在此处的MgO反应,在镁碳砖表面形成含钒尖晶石相(MgV
2
O
4
);另外,液态渣相中的SiO
2
、CaO等与MgO颗粒反应生成新的低熔点液渣相,进而完成方镁石的溶解过程。含钒尖晶石相在镁碳砖表面的生成可以显著增加脱碳层的致密化程度,阻止渣的进一步渗透,因此材料受侵蚀的速率逐渐下降,最终形成较为缓慢的侵蚀过程。研究结果可为提高提钒转炉炉衬寿命提供依据。
2024 Vol. 34 (1): 81-89 [
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90
李建科, 吴一凡, 梁日成, 何杨开, 高文星, 钱亮
65号高碳钢小方坯重压下高拉速工艺应用
高拉速条件下生产高碳硬线钢的核心难点是铸坯内部质量控制问题,小方坯重压下技术可以改善其生产硬线钢的铸坯内部质量。为研究高拉速生产过程中高碳钢小方坯重压下的效果,广西钢铁集团有限公司对165 mm×165 mm断面小方坯65号硬线钢进行了单辊重压下研究。基于大量工程实践和模型计算的研究结果表明,单辊重压下的有效压下区间为中心固相率在0.40~0.79范围内,在合适的压下区间,单辊重压下可以同时改善中心疏松、中心缩孔和中心偏析;在中心固相率小于0.30的位置进行单辊重压下会导致压下裂纹和负偏析,同时对缩孔的改善效果也不佳,并且在凝固后压下,单辊15 mm的压下量并未产生理想的“焊合”缩孔效果;在有效的压下区间内执行单辊重压下,压下量越大,铸坯中心偏析、缩孔改善越明显,但压下量受设备能力限制;通过模型指导和生产实践,最终实现165 mm×165 mm断面高碳硬线钢2.5 m/min以上的稳定生产。
2024 Vol. 34 (1): 90-98 [
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99
李维刚, 石林, 刘玮汲
热连轧带钢厚度缺陷溯源研究及应用
在带钢热连轧生产过程中,终轧厚度精度是体现带钢产品质量的关键指标之一。带钢厚度控制过程涉及多个模型,具有多变量、强耦合、非线性等复杂性,是热连轧带钢L2过程控制精度的最终体现。实际生产中,厚度缺陷时有发生,形成缺陷的原因复杂多样,目前主要依赖事后的人工分析,其难度大、效率低。为此,研发了热连轧带钢厚度缺陷的自动溯源模型,针对轧制完成后出现头部厚度缺陷的带钢产品,识别和分析厚度缺陷的形成机理,追溯和确定导致厚度缺陷的主要原因。融合资深数模专家的分析经验,通过深入挖掘带钢厚度控制背后的模型机理、理顺带钢厚度与各轧制参数之间的耦合关系,建立了热轧带钢厚度缺陷溯源的分析流程,构建了以辊缝模型设定不准、轧制力模型不准、轧制模型参数设定异常为核心的分析模块。最后,将国内某1 780 mm热连轧机组连续3个月生产的带钢数据用于模型性能测试,结果表明,带钢厚度缺陷溯源的准确率达到90.27%,基本满足实际生产需求,实现了热连轧带钢厚度缺陷的自动溯源,大大提高了厚度缺陷溯源的分析效率。
2024 Vol. 34 (1): 99-108 [
摘要
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57
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109
陈焕德, 周云, 张宇, 麻晗
轧制工艺对铬钼系螺纹钢组织和性能的影响
为解决铬钼系螺纹钢轧制工艺参数设定问题,借助高温共聚焦显微镜、Gleeble热模拟试验机、金相显微镜、拉伸试验机及维氏硬度计等设备,结合小尺寸样品拉伸试验,研究了加热温度、变形温度、上冷床温度和冷速等轧制工艺参数对铬钼系螺纹钢组织和力学性能的影响。分析了试验钢过冷奥氏体连续冷却相变行为,测定了试验钢连续冷却转变(CCT)曲线,并在工业生产线上完成了直径20 mm的铬钼系螺纹钢试制。结果表明,试验钢过冷奥氏体连续冷却过程中,主要发生铁素体和贝氏体相变,随着冷速的增大,铁素体含量减少,贝氏体含量增大,硬度值增大;轧制工艺参数影响螺纹钢组织类型、晶粒大小及所占比例,进而影响螺纹钢的强度和塑性;当加热温度为1 150~1 200 ℃、变形温度为(1 020±10) ℃、上冷床温度为850~900 ℃、冷速为1 ℃/s时,试制钢筋的组织为铁素体+贝氏体,其中铁素体所占比例为48.56%,平均粒径为18.34 μm,屈服强度大于430 MPa,抗拉强度大于630 MPa,断后伸长率大于20%,强塑积大于12 GPa·%。试验结果为铬钼系耐蚀钢筋的产业化提供了数据支撑。
2024 Vol. 34 (1): 109-115 [
摘要
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45
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116
魏宝民, 王孝建, 白振华
热镀铝锌机组产品力学性能预报技术
针对热镀铝锌机组产品力学性能超差的问题,在对产品力学性能影响参数进行重要度分析和数据样本聚类分析的基础上,建立热镀铝锌机组产品力学性能BP神经网络预报模型,实现带钢屈服强度、抗拉强度与断后伸长率等力学性能参数在统计学意义上的计算。基于平整轧制机理模型,以变形抗力为桥梁,根据平整轧制过程中实时轧制力数据模型,反算出带钢出口处变形抗力的波动情况,以此对由BP神经网络模型预报得到的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率进行修正,进一步形成了一套神经网络模型与物理冶金模型相结合的热镀产品力学性能预报技术。将此技术应用到了某钢厂热镀铝锌机组生产现场,为该机组生产工艺的制定提供了理论依据。
2024 Vol. 34 (1): 116-123 [
摘要
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44
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有色冶金
124
王钦, 谷惠东, 汪刘伟, 周慧玲, 王加俊, 王小京
OSP和Im-Sn镀层对Sn10Sb焊点微观结构和高速剪切性能的影响
Sn10Sb合金具有优良的热疲劳性能和相对较高的断裂强度,在对耐热疲劳有要求的细分市场中已得到广泛应用,但其焊点在不同焊盘镀层下的高速剪切性能仍缺少研究。为此,研究了有机可焊防护剂(OSP)和化学沉锡(Im-Sn)两种镀层对Sn10Sb(Sb的质量分数为10%)焊点在1 000 mm/s剪切速率下力学性能的影响。研究结果表明,相比于Sn10Sb块体合金,20~40 μm的Sn-Sb化合物均匀分散在β-Sn基体中,而焊点由于熔化和凝固过程中热场不均匀导致Sn-Sb化合物大部分偏聚在表面上、少数聚集在其内部和界面,通过Ansys有限元模拟焊点升降温过程中的热场不均匀分布对该现象进行了解释。此外,利用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱仪(EDS)对焊点进行观察,发现两种镀层的焊点都由β-Sn基体、SnSb化合物和Cu
6
Sn
5
化合物组成。相比于Sn10Sb/OSP焊点,由于Sn10Sb/Im-Sn焊点基体内部有更多的SnSb化合物形成且界面处的Cu
6
Sn
5
层更薄,使得Sn10Sb/Im-Sn焊点的剪切强度更高但是塑性变差,导致其剪切能更低。该研究为了解Sn10Sb焊点的高速变形和断裂提供了理论支撑。
2024 Vol. 34 (1): 124-131 [
摘要
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54
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节能环保
132
刘春磊, 刘香君, 孙佐霖, 郭文涛, 刘芳, 赵增武
钢渣基浆料黏度对多孔吸声材料结构与性能的影响
钢渣和粉煤灰等资源的高效利用是目前中国资源利用领域的研究焦点。用废弃物制备多孔吸声材料是一种具有高附加值的利用途径。以钢渣和高铝粉煤灰为原料,采用有机泡沫浸渍法制备多孔吸声材料。通过内柱体旋转法研究固相含量和增稠剂与浆料黏度的关系,以及对烧结后样品的显微形貌、吸声性能和力学性能的影响。结果表明,在低剪切速率下,随着固相含量和增稠剂含量增加,浆料的黏度逐渐上升;随着剪切速率增加,浆料黏度逐渐降低,并在达到一定剪切速率后保持稳定,但剪切应力逐渐增大。随着固相含量的增加,样品的抗压强度和抗折强度呈现上升的趋势,孔径和孔隙率则逐渐下降,且吸声性能呈现出先升高后降低的趋势。通过制备黏度低且固相含量高的浆料,可以提升样品的吸声性能和力学性能。通过制备样品的最优工艺(经1 160 ℃烧结1 h)制得样品的主晶相为钙长石,样品的体积密度为573.98 kg/m
3
、抗压强度为1.0 MPa、平均吸声系数为0.47。
2024 Vol. 34 (1): 132-139 [
摘要
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56
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冶金科技英才
140
臧喜民
2024 Vol. 34 (1): 140-140 [
摘要
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40
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82
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141
谭玉叶
2024 Vol. 34 (1): 141-141 [
摘要
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29
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77
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冶金科学技术奖
142
第三代超大输量低温高压管线用钢关键技术开发及产业化
2024 Vol. 34 (1): 142-142 [
摘要
] (
44
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30
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143
中国宝武工业互联网平台研究与开发
2024 Vol. 34 (1): 143-143 [
摘要
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43
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