2022年, 第32卷, 第8期　刊出日期：2022-08-15

  

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技术综述
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  优化钢铁产业布局 助力高质量发展

  苏步新, 苏长永, 林严

  中国冶金. 2022, 32(8): 1-6.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220525

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  随着供给侧结构性改革的持续深入,中国钢铁产业布局发生了一些积极变化。全球钢铁布局特征可分为资源依托型、市场临近型及沿海港口型3种主流类型。从高质量发展的角度,客观审视目前中国钢铁工业的布局调整,分析中国钢铁布局的历史沿革、动态变化、存在的问题,对钢铁布局过程中其与工艺流程结构、区域容量和兼并重组的关系进行研究。最后,从钢铁产业发展的大趋势、大战略出发,建议加大“北钢南运”步伐,努力将粗钢产量不平衡指数控制在4以下,可一定程度上解决“北钢南运”的历史问题,助力钢铁工业高质量发展。
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  海洋工程用钢的大气腐蚀与耐候钢的发展

  周鲁军, 杨善武

  中国冶金. 2022, 32(8): 7-24.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220180

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  综述了海洋工程用钢的大气腐蚀行为与耐候钢发展方面的研究,特别是近十余年来国内外的相关成果。首先介绍了钢大气腐蚀的电化学模型,并从耐候钢特殊的锈层结构与合金元素作用两方面论述了耐候钢的锈层保护机制;然后分析了环境因素,包括相对湿度与污染物、光照、锈层损伤等,对耐候钢大气腐蚀行为的影响;最后总结了耐候钢的发展历程以及晶粒尺寸与显微组织等非合金因素在耐候钢发展中的作用,可为新型耐候钢的设计与应用提供指导。
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  含钛高炉渣钛富集工艺及钛资源利用

  邓勇, 甄常亮, 李俊国, 曾亚南, 马涛

  中国冶金. 2022, 32(8): 25-31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220124

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  为实现高炉渣中钛的富集和利用,研究了炉渣钛富集的技术手段,分析了炉渣钛资源利用的可能性。结果表明,炉渣中的钛能够以四氯化钛、钛铁合金、钛白、碳化钛形式富集以及选择性析出富集,其中选择性析出富集是一种绿色环保的富集技术。炉渣中钛资源可被用于建筑材料、玻璃材料、功能材料以及肥料,炉渣提钛工艺流程均较为复杂,容易对环境造成污染,并且成本较高。将部分低钛渣直接用于建筑材料或肥料、高钛渣借助选择性析出技术富集后再利用是未来含钛炉渣综合利用研究的重点方向。
专题研究
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  氧化铝对铬质引流砂烧结行为的影响

  邓魏凯, 杨博然, 郭栩萍, 顾芷卉, 邓志银, 朱苗勇

  中国冶金. 2022, 32(8): 32-39.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220196

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  为了揭示氧化铝颗粒在常规铬质引流砂烧结过程中的作用,通过实验室试验研究了不同氧化铝含量对引流砂烧结行为的影响。研究发现,在有无钢液作用下,氧化铝颗粒对常规铬质引流砂烧结的影响趋势基本一致。当添加的质量分数较少时(如不大于5%),氧化铝颗粒不仅不能起到抑制烧结的作用,反而有利于引流砂烧结;当添加质量分数超过一定值后(如不小于10%),氧化铝才有抑制烧结的作用。在常规铝镇静钢生产中,常规铬质引流砂可以获得很好的使用效果,因而不建议在铬质引流砂中额外添加氧化铝颗粒。钢液会显著加速引流砂的烧结,采用氧化铝来抑制高锰高铝钢对引流砂的作用切实可行,但需要足够高的氧化铝含量才能达到效果,后续还有待进一步研究。
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  2 kg试验焦炉炼焦过程传输行为的数值模拟

  仇灏, 刘和平, 张雪红

  中国冶金. 2022, 32(8): 40-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220185

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  为了研究炼焦过程中煤传热传质现象的规律,建立2 kg试验炼焦过程流动、传热及传质过程的数学模型。模型中将装炉煤/焦饼假设为多孔介质,结合水分蒸发冷凝与挥发分析出子模型,模拟了配合煤焦化过程中的传热、水分传递、挥发分析出及荒煤气流动等现象,并分析水分含量对煤层中心温度的影响。结果表明,数学模型可反映试验焦炉炼焦过程中的传输现象。炼焦过程中,焦饼温度会受到烟道回流空气的影响,顶部装炉煤成焦所需时间较长。在水蒸气冷凝的作用下,装炉煤中心水分含量会在焦化过程中逐渐升高,并使装炉煤中心温度达到100 ℃时形成恒温平台。
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  电弧炉短流程冶炼石油套管钢中夹杂物的演变规律

  赵子荣, 郝晓帅, 白雪峰, 孙彦辉, 邓叙燕

  中国冶金. 2022, 32(8): 49-55.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220119

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  为研究石油套管钢(34Mn6)中夹杂物的演变规律,对钙处理效果进行精准化控制,进行全流程取样分析,通过采用SEM-EDS分析夹杂物形貌和成分,同时结合Aspex夹杂物自动分析仪统计夹杂物的数量、成分和尺寸分布。研究结果表明,LF精炼具有较好的脱硫与脱氧能力;钙处理前,由于渣钢反应的进行,夹杂物数量明显减少,夹杂物成分中SiO₂含量增加;经过钙处理后,夹杂物成分发生显著变化,由MgO-Al₂O₃系转变为MgO-Al₂O₃-CaO系和SiO₂-Al₂O₃-CaO系,夹杂物形貌由尖角夹杂向球状夹杂过渡。在铸坯中,夹杂物数量减少,其成分已偏离液相区,向富CaO区域移动。对钙处理进行优化,通过利用热力学软件FactSage进行计算,得出钢液中钙的质量分数稳定在0.001 3%时对夹杂物的改性效果最佳,钢液中的夹杂物控制较好。
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  TiO₂含量对CaO-Al₂O₃-TiO₂基连铸保护渣界面性质的影响

  王杏娟, 王宇, 朱立光, 邸天成, 朴占龙

  中国冶金. 2022, 32(8): 56-61.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220219

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  采用热丝法对不同TiO₂含量的CaO-Al₂O₃-TiO₂基保护渣进行接触角试验,计算出保护渣表面张力和钢渣界面张力,分析TiO₂含量对保护渣接触角、表面张力、界面张力的影响规律。结合拉曼光谱,分析TiO₂在微观结构上对钢渣界面张力的影响机理。研究结果表明,1 723 K温度下,保护渣中TiO₂质量分数为4%~12%时,接触角为15.3°~38.5°,保护渣表面张力为523~541 mN/m;在保护渣TiO₂质量分数为4%~10%和10%~12%时,钢渣界面张力变化量分别为4 mN/m和82 mN/m。TiO₂质量分数为4%~10%时,界面张力基本保持不变,钢渣间界面反应变弱,钢渣易分离,更符合高钛钢连铸生产的需求。随着TiO₂含量的增加,离子半径增加,阴阳离子间距增大,熔体内主要阴离子为TiO₄^4-单体和Ti₂O₄^6-链单元,复合阴离子被排挤到熔体表面,阴阳离子间结合力降低,进一步导致表面张力降低。
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  Ag对抗菌不锈钢组织性能的影响及其析出行为

  莫金强, 冯光宏, 张威, 徐梅

  中国冶金. 2022, 32(8): 62-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220155

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  在304L不锈钢的成分基础上,添加不同质量分数(0.072%~0.132%)的Ag,并对其热轧板进行固溶处理和冷轧,发现材料的显微组织均为均匀的奥氏体组织,且随着Ag含量的增加,屈服强度及伸长率变化均不明显。利用OM、SEM和TEM观察不同变形条件下材料中Ag颗粒变化,发现Ag颗粒主要为材料冶炼时未熔入到基体内的Ag,其在基体中弥散分布,呈椭球形或球形;Ag颗粒有2种存在形式,即几纳米到几十纳米的富Ag相、由多个纳米级Ag相团簇聚集在一起形成的几百纳米到几微米的Ag颗粒聚集物。另外,热轧后,富Ag颗粒聚集物沿轧制方向变成带状、棒状,部分分裂为椭球状或球状;进一步冷轧变形后,富Ag颗粒的尺寸减小,且变形量越大,Ag颗粒尺寸越小。
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  Mn-Si-Cr系Q&P钢的准静态、动态力学行为对比

  金玉亮, 徐聪聪, 杨会光, 吴限, 王振强, 高古辉

  中国冶金. 2022, 32(8): 68-74.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220144

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  利用万能试验机和分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对Mn-Si-Cr系Q&P钢分别进行了准静态和动态压缩试验。在应变速率为0.001、0.01、0.1 s^-1和900、1 500、2 200、3 000 s^-1情况下分别得到了准静态和动态压缩真应力-真应变曲线,并利用扫描电子显微镜进行压缩后的显微组织和断口分析,利用X射线衍射仪(XRD)对压缩变形试样进行物相分析。结果表明,准静态和动态压缩变形条件下,试验钢的真应力-真应变曲线均可大致分为弹性变形和塑性变形2个阶段,且没有明显的屈服平台。准静态压缩条件下应变速率强化效果不明显但应变强化效应较显著。动态压缩条件下应变强化效应不明显,但展现出一定的应变速率强化效应。准静态变形后,试样中心区域板条组织倾向沿近水平方向(垂直于压缩方向)定向排布。动态变形后,约有1/3试样发生了断裂,未发生断裂的试样中心出现45°方向剪切带,其附近板条组织发生了“屈曲”。准静态变形后残余奥氏体含量下降明显,而动态压缩试样中,残余奥氏体含量只有略微下降,且块状M/A岛内部出现扭曲变形与开裂,这可能是导致部分试样断裂的诱因。动态压缩破坏试样断口整体呈现45°剪切断裂,一端发生微孔聚集性断裂,另外一端发生剪切断裂。
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  Fe-1C钢离异共析转变行为

  张国宏, 张莉芹, 胡锋, 吴开明

  中国冶金. 2022, 32(8): 75-81.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220171

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  离异共析转变(DET)是高碳钢实现快速球化退火的重要理论依据。为了深入理解离异共析转变机理,采用定量金相方法,通过奥氏体中断淬火和等温转变试验对Fe-1C钢离异共析转变行为进行研究。结果表明,在共析温度以下,Fe-1C钢中离异共析转变与珠光体转变存在竞争, DET相体积分数与奥氏体化后残留的渗碳体粒子间距L_θ以及珠光体片层间距λ有关,DET相体积分数随λ/L_θ值的增加而增大。用基于JMAK方程的离异共析转变动力学模型计算了DET相体积分数随λ/L_θ的变化关系并与试验结果进行了比较拟合,试验测量值与计算拟合曲线吻合较好。λ/L_θ的值越大,离异共析转变时碳原子扩散所需距离相对于珠光体转变越短,就越有利于离异共析转变的发生。
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  铝镇静钢连续退火相变行为与抗应变时效性能

  邓凯, 孟庆格, 郑红星

  中国冶金. 2022, 32(8): 82-88.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220085

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  针对冷轧态低碳铝镇静钢,基于连续升温过程中的物相转变行为解析,开展连续退火过程中两相区保温时间对其物相组织及抗应变时效性能的试验研究。结果表明,试验用低碳铝镇静钢在890 ℃高温保温5 s时,铁素体基体中仍残留有少量珠光体,渗碳体及氮化物析出不明显;延长保温时间至60 s后,铁素体晶粒粗化、珠光体基本消失,碳化物在晶内大量析出,同时析出部分纳米级AlN和Ti(C,N)颗粒。另外,随着保温时间从5 s延长至60 s,平均时效指数由64.1 MPa大幅降至31.5 MPa。本研究可为低碳铝镇静钢连续退火工艺优化提供参考。
生产技术
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  六流T型中间包夹杂物去除行为的数值模拟

  祝航航, 王敏, 姚骋, 包燕平

  中国冶金. 2022, 32(8): 89-97.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220047

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  以41 t圆坯连铸中间包为研究对象,运用ANSYS软件,结合流动模型、拉格朗日离散相模型模拟钢液流动和夹杂物行为。通过用户自定义函数为中间包钢渣界面的边界条件设置了一种新的判定标准,即根据夹杂物的受力情况判定夹杂物上浮去除或进入钢液。通过数值模拟计算中间包出口处夹杂物数密度,并与工业试验结果对比,发现新的判定标准较传统的捕捉(trap)边界条件具有更高的计算精度。基于上述模型计算了稳态浇铸过程中间包内不同粒径氧化铝夹杂物的上浮时间、上浮位置及去除率。上述结果为更好地研究中间包内夹杂物行为提供了支撑。
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  电磁搅拌对石油管用圆坯内部质量的改善

  陈禹, 宋春林, 贾宁波, 王晓良, 刘军周, 张孟昀

  中国冶金. 2022, 32(8): 98-104.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220190

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  针对P110级石油管用圆坯27Mn2Cr钢连铸坯凝固组织差、中心缩孔严重等缺陷,结合实际生产工艺进行分析,发现不适宜的电磁搅拌工艺及与拉速匹配性差是引起上述问题的主要原因。因此,对结晶器和末端电搅强度进行测量及优化,同时建立?220 mm规格圆坯凝固传热模型,以确定合理的连铸机拉速。通过分析表明,拉速由1.30 m/min提高至1.70 m/min并搭配合理的电搅工艺,铸坯中心等轴晶所占比例由16%提高至25%,中心缩孔消失;同时铸坯内部碳偏析指数范围由0.938~1.062缩小至0.951~1.038,改善了石油套管用圆坯的内部质量。
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  控轧控冷工艺对高强度锚杆钢组织和性能的影响

  张晋源, 齐治畔, 刘鹏, 宋青松, 寻懋年, 韩培德

  中国冶金. 2022, 32(8): 105-110.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220128

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  随着矿井深度的增加,对锚杆支护强韧性的要求越来越高,为了应对这一情况,需要研发出更高强度的锚杆钢。利用锚杆钢研究了轧制工艺、冷却工艺与珠光体、铁素体相比例,析出相析出行为及力学性能的关系。研究结果表明,在中轧后、精轧前采用适当水冷+回复段处理的复合工艺可使晶粒更细小、组织更均匀。对超高强度锚杆钢进行热压缩变形试验,由热模拟试验结果确定相转变温度为A_c1=737 ℃、A_c3=886 ℃。最终筛选出入精轧温度为810 ℃、回复段温度为800 ℃时,可获得的晶粒尺寸达4 μm,珠光体体积分数为66.8%,铁素体体积分数为33.2%,珠光体片层间距达200 nm;另外调整V、Cr、N等析出以提高锚杆钢的强韧性,较低的回复温度有利于细小、弥散、V(C/N)析出相的析出,V(C/N)的析出可进一步改善锚杆钢的力学性能。由该控轧控冷工艺轧制的锚杆钢屈服强度为780 MPa、抗拉强度为930 MPa、硬度为291HV、伸长率为20%。
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  退火温度对S700MC强化效果的影响

  李秋寒, 郭子峰, 郭佳, 尼兴, 张衍, 吕宝锋

  中国冶金. 2022, 32(8): 111-116.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220430

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  采用退火试验,结合光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和显微硬度计等设备,研究了不同退火温度对S700MC强化效果的影响。结果表明,退火处理能够显著影响碳化物形貌及变形区补充析出的细小铌和钛复合相的尺寸及分布。随着退火温度升高,碳化物及变形区补充析出的铌和钛复合相细化,弥散度提高,试样厚度方向上各检测位置的维氏硬度增大,强化效果显著;当退火温度升高至570 ℃时,碳化物及变形区补充析出的铌和钛复合相粗化,强化效果下降;而当退火温度为510 ℃ 时强化效果最佳。
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  锌铝镁钢板表面黑点缺陷原因分析与控制

  张鹏, 梅淑文, 张启富, 孙力, 于程福, 曹宏玮

  中国冶金. 2022, 32(8): 117-123.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220209

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  针对厚镀层锌铝镁产品出现的黑点缺陷,使用光学显微镜、激光共聚焦显微镜、扫描电镜、能谱、微区XRD对缺陷进行分析。结果表明,黑点位置富含共晶相,这是由于局部缺少凸出的先析出富锌相、共晶组织对光反射的特点以及镁化合物在空气中的氧化,导致其目视为黑色。使用中性盐雾试验对黑点样品及正常样品进行测试,并对其耐蚀机理进行了分析。结合现场工艺,通过优化冷却制度,增加镀层在凝固时的过冷度,抑制共晶相的局部富集,使该问题得到解决。
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  辊形配置对辊间接触压力与板形调控影响分析

  尚飞, 李申光, 李艳琳

  中国冶金. 2022, 32(8): 124-135.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220053

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  为系统分析不同辊形配置下辊间接触压力分布形式与板形调控特性,以某1 800 mm热轧生产线使用的2种典型辊形配置为研究对象,建立对应的辊系有限元模型,计算不同带钢规格与调控手段下辊间接触压力分布形式,分析得出常规凸度支撑辊对应的辊间接触压力分布形式与CVC工作辊辊形呈现出明显的对应性,且压力分布形式受轧制规格与调控手段的影响明显小于CVC支撑辊。利用接触压力峰值和不均匀度表述辊间接触压力分布特征,将不同规格与调控手段对辊间接触压力分布特征的影响进行量化处理,得到更为具体的不同参量在整个变化范围内对分布特征的整体影响趋势。同时还对2种辊形配置下不同辊间接触压力对轧机板形调控特性影响进行分析,得出CVC支撑辊对应辊形配置的弯辊力与窜辊位置在板形调控能力上均强于常规凸度支撑辊辊形配置,而不同辊形配置对辊缝形状的影响表现出较为明显的差异,引入辊间接触压力边中比得到调控特性与辊间接触压力之间的具体关系,并结合现场的实际生产数据对仿真分析结果进行验证,研究结果可为现场辊形配置与板形调控提供较好的理论基础和生产指导。
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  基于Autoform的汽车门背板成形仿真分析

  魏绍东, 朱浩, 肖宝亮, 吕博, 陈炜煊, 桑贺

  中国冶金. 2022, 32(8): 136-140.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220411

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  基于Autoform有限元仿真分析软件,对汽车门背板冲压过程中孔边缘冲压开裂原因进行分析,孔边缘减薄率较大是引起汽车门背板孔边缘冲压开裂的原因。为此,分别调整压边圈冲程、孔半径、孔间距和孔向上偏移量,分析其对冲压过程中孔边缘减薄率的影响。结果表明,增加或减小压边圈冲程、减小孔半径、增加孔间距和孔向上偏移量均有利于汽车门背板孔边缘减薄率的改善;调整孔半径和压边圈冲程对汽车门背板孔边缘减薄率影响较大,而调整孔间距和孔向上偏移量对孔边缘减薄率影响较小。结合现场实际情况,将孔半径由40 mm调整为30 mm,试冲压后汽车门背板孔边缘冲压开裂问题得到有效解决。
冶金科技英才
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  陈林恒

  中国冶金. 2022, 32(8): 141-141.

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  刘世锋

  中国冶金. 2022, 32(8): 142-142.

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冶金科学技术奖
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  超高强度耐久型桥梁缆索绿色高效成套技术研究与应用

  中国冶金. 2022, 32(8): 143-143.

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  高性能特种金属线材制品关键技术集成创新与产业化

  中国冶金. 2022, 32(8): 144-144.

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