2024年, 第34卷, 第4期 刊出日期:2024-04-15
  

  • 全选
    |
    技术综述
  • 王艺帆, 郄亚娜, 张淑会, 朱建秋, 刘然, 纪恒
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    高炉生产能耗高、CO2排放量大,在国家“双碳”背景下,稳定顺行是高炉节能减排的重要前提。高炉软熔带的形状、厚度、位置决定着炉内煤气流的二次分布,对高炉顺行起决定性作用。含铁炉料的软熔滴落性能试验在一定的负载和还原条件下模拟高炉内渣铁形成过程,是目前表征高炉软熔带矿石软化熔融过程的最直接手段。综述了高炉炉料软熔滴落性能的研究现状及影响因素,指出改善炉内矿石还原条件及炉料造渣过程是优化炉料软熔滴落性能与软熔带分布的根本。在不影响高炉炉渣性能的前提下,适当调整炉料化学成分、调整炉料结构、增加球团矿比例、向焦炭中添加CaO等碱性物质以及使用富氢气体还原等均能改善矿石在高炉内的还原条件,优化软熔滴落性能。高炉富氢冶炼是未来高炉发展的重要方向,对高炉炼铁节能减排及高炉顺行具有重要意义。
  • 蔡伟, 吴巍, 杨利彬, 林路
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    转炉炼钢工序通过设备机械化、控制程序化实现了生产过程的部分自动化操作。将生产工艺技术与机理分析、检测技术和信息技术等进行深度融合是提升钢铁行业整体创新能力和产品竞争力的有力手段,转炉冶炼过程自动控制技术的规范化、自动化、智能化和集成化是必然发展趋势。概述了转炉炼钢自动控制技术的国内外发展状况,对转炉自动控制系统、冶炼过程计算模型、冶炼终点碳温控制和预测模型及炉渣泡沫化预测模型的应用情况进行了梳理,着重总结了上述技术的应用现状和发展方向,并展望了转炉自动化炼钢发展途径及前景,为后续转炉炼钢自动化技术提升提供参考。
  • 王海宾, 傅超, 狄增文, 王建忠, 李娜, 蒋波
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    随着国家高速公路、铁路等公共设施逐渐扩展,对钢绞线力学性能的要求也在不断提高,目前应用普遍的1 860 MPa级预应力钢绞线已无法满足使用要求。使用超高强钢绞线具有高效、节能、经济、低碳等优势。国内诸多钢铁企业正在尝试开发2 000 MPa级以上超高强预应力钢绞线,但由于缺乏对钢绞线产品明确的组织性能控制目标,无法同时兼顾其各项性能,而且无法进行批量生产和投入使用。综述了超高强预应力钢绞线的发展趋势,从珠光体片层的晶界强化、铁素体内的位错强化、渗碳体溶解的固溶强化等方面深入探讨了其强化机理;提出高碳钢原料盘条的成分设计优化和组织调控方向,可为超高强预应力钢绞线最终组织性能的保证奠定基础;而控制钢绞线深加工过程中拉拔模具角度、拉拔变形量分配、稳定化处理温度与张力等参数,可以进一步改善其组织性能;最后针对超高强钢绞线研究及产业化过程中的瓶颈问题进行总结,围绕未来钢绞线产品综合性能提高的迫切需求,提出超高强钢绞线开发的发展趋势,旨在为2 000 MPa级以上超高强预应力钢绞线的产业化提供方向。
  • 专题研究
  • 邱勇虎, 罗果萍, 任杰, 郝帅, 柴轶凡
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    通过改变磁铁矿球团中含铁黏结剂的配比(0%、4%和8%),进行了球团氧化的动力学研究。首先利用TG-DTG-DSC分析确定了磁铁矿粉氧化的温度范围为240.1~1 029.7 ℃,其后在温度400~1 000 ℃和时间0~15 min内对球团进行了等温氧化动力学试验。根据反应过程中球团FeO含量随氧化时间的变化数据,分析了球团氧化度的变化规律以及含铁黏结剂对球团氧化度的影响。分别采用0级、1级和2级基元反应级数的f(C)-t图(C为质量分数,t为时间)对试验数据进行了拟合。结果表明,球团氧化反应符合1级反应的动力学规律,并确定了不同含铁黏结剂配比条件下反应的速率常数k。最后根据未反应核收缩模型和Arrhenius方程计算了反应的活化能,并判断了反应的限制性环节。研究显示,在低温段(400~700 ℃),含铁黏结剂配比为0%、4%和8%时,氧化反应的活化能依次为23.40、20.83、20.73 kJ/mol,表明含铁黏结剂可以加速球团的氧化进程,原因在于黏结剂结晶水的析出增加了球团内部的孔隙率,使气体O2与磁铁矿的接触更加充分,球团氧化速率更快;但含铁黏结剂配比由4%增加到8%时,球团氧化速率增加幅度较小,原因在于黏结剂中结晶水的分解和扩散影响了球团的氧化。在高温段(800~1 000 ℃),不同含铁黏结剂的反应活化能依次为43.37、35.16、35.98 kJ/mol,呈先降后升的趋势,表明过量的含铁黏结剂反而不利于氧化反应的进行。研究结果对优化含铁黏结剂配比、改善球团矿质量和指导球团矿生产具有重要意义。
  • 兰臣臣, 邵建男, 张淑会, 卢建光, 刘然, 吕庆
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    高炉富氢冶炼后焦炭的气化反应行为发生了较大变化,改变了渣-焦界面润湿性,这对高炉的透气、透液性有着重要影响。利用渣-焦界面接触角测定试验研究了不同条件对渣-焦界面润湿性的影响规律,利用激光共聚焦显微镜对焦炭表面的三维形貌进行表征并分析了渣-焦界面作用机理。结果表明,随着焦炭与H2O反应时间的增加,焦炭表面孔隙率逐渐增大,熔渣在焦炭表面的润湿驱动力增强,使熔渣与焦炭表面的接触角、界面张力和界面反应速率均随之降低,界面黏附功增大,熔渣在焦炭表面的润湿性改善。随着熔渣碱度的降低以及w(FeO)的增大,熔渣与焦炭表面的接触角和界面张力降低,界面反应速率和界面黏附功增加,熔渣在焦炭表面的润湿性改善;碱度在1.1~1.3变化时渣-焦界面润湿性变化幅度相对较小,w(FeO)由5%增加至10%时润湿性改善最明显;熔渣碱度降低以及w(FeO)增大均使熔渣对焦炭表面的溶蚀作用增加,使焦炭表面孔隙率和孔隙深度均明显增大,大气孔增多,熔渣对焦炭的黏附作用增强,不利于高炉生产。
  • 鄢宇灿, 谷雨, 贾雷, 赵朋, 李明宇, 杨树峰
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    由于高温合金铸锭由外向内凝固的原因,铸锭不同部位的冷却条件存在差异。当铸锭尺寸增大时,铸锭内部元素偏析情况加剧并产生粗大的析出相。为合理控制GH3536合金电渣重熔(ESR)铸锭内碳化物分布,为铸锭大型化发展提供理论基础,研究了铸锭不同部位元素偏析及碳化物的演变过程。结合实际工业生产情况,在实验室条件下采取定向凝固试验和MeltFlow-ESR有限元数值模拟等方法,研究了冷却速率和碳化物形貌及二次枝晶间距之间的关系。结果表明,凝固过程中Mo、W、Cr元素的偏析是碳化物形成的重要原因;随着冷却速率的提高,二次枝晶间距与碳化物面积分数均降低,较低的冷却速率使枝晶间距增大,易于形成M6C/M23C6复合型碳化物;其中一次枝晶间距λ1与冷却速率Rcλ1=396.78G-0.5Rc-0.25的正比例关系(G为凝固界面前沿的温度梯度),二次枝晶间距λ2与冷却速率呈λ2=102.74Rc-0.36的指数关系。对比工业铸锭生产情况与实际模拟结果发现,所得试验结果与数值模拟结果对应良好;进一步研究发现,熔化速率为230 kg/h时有利于获得均匀致密的凝固组织。
  • 肖丽俊, 梁尚东, 黄冬建, 魏光旭, 杨成成, 肖紫轩, 朱正海
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    Ti微合金钢在连铸过程中常常会产生粗大TiN析出物导致水口蓄流等问题,而脉冲电流会影响TiN粒子的尺寸大小。建立脉冲电流作用下静态钢液中TiN粒子长大的动力学模型,通过试验数据对模型进行修正,并基于模型探讨电流强度和冷却速率对钢中TiN粒子尺寸的影响。结果表明,相同温度下,钢液中TiN粒子尺寸随电流增大而减小;相同电流下,TiN粒子尺寸随钢液降温过程的进行逐渐减小,降温时间越久其尺寸越小。脉冲电流可有效抑制钢中TiN粒子的长大,且电流强度越大、通电时间越久,抑制效果越好。模型计算结果与试验数据基本吻合,验证了模型的有效性。研究结果为通过脉冲电流实现钢中TiN析出物尺寸的控制提供了理论基础。
  • 陆晓杰, 李健, 陆恒昌, 杨边疆, 徐德祥, 董瀚
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    为了探究稀土对HRB400E钢中非金属夹杂物的影响,采用扫描电镜(SEM)、夹杂物自动分析系统(OTS)对不加稀土连铸坯(S质量分数0.023%,O质量分数0.006%)和加稀土连铸坯(S质量分数0.027%,O质量分数0.011%,La+Ce质量分数0.020 6%)中的夹杂物进行了对比分析。结果表明,加入稀土后硫化锰类(MnS)夹杂物数量所占比例约70%,变化不大,主要改性了二氧化硅-硫化锰类(SiO2-MnS)、硅酸盐类(Silicate)和硅酸盐-硫化锰类(Silicate-MnS)夹杂物,使其比例分别从18.46%下降到2.86%, 5.54%下降到0.40%和4.00%下降到1.15%,并生成了稀土复合氧化物-硫化锰类(REO-Oxide-MnS)、稀土复合氧化物类(REO-Oxide)等稀土夹杂物,所占比例分别为15.78%和5.88%。加入稀土后粒径为[1,10] μm夹杂物密度上升,粒径大于10 μm的夹杂物密度下降,夹杂物总体密度从154个/mm2上升到170个/mm2,平均尺寸从2.52 μm略微上升到2.63 μm,变化不明显。稀土的添加将最大尺寸夹杂物出现的位置从距内弧1/4处转移到中心,连铸坯上MnS和Silicate-MnS密度从边部到中心减少的趋势没有改变, 而SiO2-MnS、Silicate类夹杂物密度的变化趋势由从边部到中心减少变为增加,生成的稀土夹杂物密度从边部到中心先增加后减少。研究结果为利用稀土调控钢中夹杂物提供了依据。
  • 任喜强, 王程昊, 齐艳飞, 李运刚, 吴志杰
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    在“双碳”战略目标背景下,通过降低汽车重量来实现减少汽车尾气排放量,有助于该目标的早日实现。为此,研究者们将研究重心聚焦于高强度低密度汽车用钢的研发中。虽然高强度Fe-Mn-Al-C奥氏体轻质钢具有优异的综合性能及显著的减重效果,且在汽车行业备受关注,发展前景非常明朗,但是该钢的屈服强度和抗氢脆断裂性能仍需要进一步提升。通过在Fe-Mn-Al-C奥氏体轻质钢中添加Cu元素可以改善上述问题。为研究含Cu奥氏体轻质钢的高温变形行为,采用Gleeble-3500热模拟试验机对锻态Fe-28Mn-10Al-1C-3Cu奥氏体轻质钢进行了单向热压缩试验,其中应变速率为0.01~10 s-1,变形温度为850~1 100 ℃,应变量为0.6,通过试验得到了Fe-28Mn-10Al-1C-3Cu奥氏体轻质钢的流变行为。结果表明,在相同应变速率下,应力随变形温度的升高而降低;在相同变形温度下,应力随应变速率的增加而增加。根据所得真应力-应变曲线并结合Arrhenius模型和Zener-Hollomon模型,构建了Fe-28Mn-10Al-1C-3Cu奥氏体轻质钢的热变形本构方程。基于动态材料模型及Prasad塑性失稳准则计算出了轻质钢的能量耗散图和流变失稳图,并将两者叠加绘制了轻质钢的热加工图,确定了轻质钢适宜的热加工工艺区域,即区域I为应变速率0.01~0.08 s-1、变形温度975~1 025 ℃,区域II为应变速率0.01~0.76 s-1、变形温度1 050~1 100 ℃。上述研究结果可为含Cu奥氏体轻质钢热加工工艺参数确定及热加工工艺处理提供一定的理论指导。
  • 生产技术
  • 赵满祥, 刘嘉雯, 贾国利, 王广伟, 余晓波
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    炼铁原料劣化趋势难以改变,含碳球团为低碳冶炼提供了可能。将生物质作为清洁可再生零碳排放碳源、用于制备含碳球团还原剂成为钢铁企业节能降碳生产的发展趋势之一。目前限制含碳球团应用的关键因素是其高温强度较差,研究如何提高含碳球团高温强度具有重要意义。为此,采用大石河粉为含铁原料、生物质热解炭为还原剂,探究成型压力、水分添加量、焙烧制度及黏结剂种类对含碳球团的影响。结果表明,含碳球团强度随着成型压力和水分添加量增加均先升高后降低,以16 MPa成型压力和8%水分添加量为宜。随着还原温度升高,生物质含碳球团强度先降低后升高,由于在900~1 000 ℃温度区间发生晶格畸变,导致体积膨胀,强度最差;后期随着温度升高,金属铁逐渐汇聚成片,强度和金属化率均逐渐升高,1 200 ℃下金属化率可达84.84%。使用膨润土、水玻璃作为黏结剂时,常温强度较差,通过提高两者添加量可在一定程度上提升高温强度,但水玻璃含碱金属钠,不利于高炉顺行;使用标准水泥作为黏结剂时,常温和高温强度均较差,且生产效率较低;使用有机黏结剂CMC常温强度较高,但其在高温下易分解,球团高温强度较差;使用复合黏结剂可以同时获得常温和高温强度,可通过调节配加量满足不同炉窑对炉料的要求。
  • 王振东, 王凯民, 胡志勇, 李林, 朱守欣, 唐海燕
    中国冶金. 2024, 34(4): 106-117.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20230619
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    为提高某钢厂铸机设备利用率和钢产量,将现用6流中间包改造为7流中间包,并通过工业试验对比了改造前后中间包各流钢液温差和铸坯中的夹杂物。结果表明,改造后的中间包不仅提高了生产效率,同时还提高了铸坯质量。以帘线钢为例,7流中间包浇注帘线钢时相比6流中间包各流间的钢液最大温差由平均4.3 ℃降低至3.0 ℃,各流钢液的温度标准差降低了32.4%,这有助于稳定各流浇注过热度和铸坯凝固组织。另外,铸坯中的大型夹杂物含量由平均4.52 mg/10 kg降低到1.62 mg/10 kg,显微夹杂物的平均数密度和各流数密度标准差分别降低了47.6%和87.9%。改造后7流中间包对应的铸坯洁净度和各流一致性均显著提高,表明不同的中间包控流方案设计对钢液洁净度有一定影响,在工业生产中不容忽视。通过对中间包流场的物理模拟解释了以上现象。研究结果可为多流中间包的优化改造提供参考。
  • 郎炜昀, 王建昌, 王伟, 翟俊, 谷宇
    中国冶金. 2024, 34(4): 118-126.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20230715
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    为探究连铸非稳态对不锈钢大型夹杂物的影响,采用热轧超声探伤法研究了结晶器液面波动下430不锈钢连铸坯中大型夹杂物类型、来源、尺寸、数量、在铸坯中分布以及对冷轧板表面质量的影响等。结果表明,大型夹杂物主要包括4种类型,其中41.3%来源于结晶器水口结瘤物,38.7%为保护渣卷渣物,13.3%为精炼渣卷渣物,6.7%为内生夹杂物。水口结瘤物型夹杂物、精炼渣卷渣物和内生夹杂物一般在钢液出结晶器水口之前就已产生,主要集中在铸坯厚度方向距内弧面1/3到1/4处以及靠近窄面附近,保护渣卷渣物在结晶器内产生,存在某一区域聚集的情况。水口结瘤物型夹杂物属于脆性夹杂,且尺寸大,对冷轧板表面质量危害最大,因此应关注和减少连浇过程[Al]、[Mg]、[Ti]、[Ca]等残余活泼元素含量和钢水温度的波动,避免水口结瘤物结构变化产生大型夹杂物。通过热轧探伤法可获取连铸坯中大型夹杂物类型、尺寸、分布等信息,根据夹杂物变形特征可直观判断其危害性,但其准确度易受其他因素影响。
  • 马涛, 李佳祺, 徐鹏飞, 张宏博, 冯汉坤, 李运刚
    中国冶金. 2024, 34(4): 127-137.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20230677
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    为探究Nb合金化对Fe-28Mn-10Al-C低密度钢显微组织和耐腐蚀性能的影响规律及作用机理,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段观察了Nb质量分数分别为0、0.3%、0.5%的试验钢微观显微组织和析出相特点;通过电化学极化测试与浸泡腐蚀法研究了Nb含量对试验钢在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性能的影响,并观察分析了腐蚀后的形貌特征及元素分布规律。结果表明,Nb合金化后的Fe-28Mn-10Al-C-xNb低密度钢中沿奥氏体晶界析出了fcc-NbC第二相,随着Nb质量分数由0增加至0.5%,试验钢中奥氏体晶粒尺寸由39.49 μm减小到13.67 μm,腐蚀电流密度由6.17×10-6 A/cm2降低到6.31 ×10-7 A/cm2;在72 h的腐蚀周期内,腐蚀失重由5.750 mg/mm2降至4.625 mg/mm2,表明Nb合金化细化了奥氏体晶粒尺寸,增强了电化学极化过程中试验钢表面稳定性,降低了电化学腐蚀速率,试验钢的耐腐蚀性能得到改善。经浸泡腐蚀后,试验钢表面生成氧化膜,且氧化膜与金属(O/M)界面处以Al氧化物为主;与不含Nb试验钢相比,加Nb试验钢O/M界面Al氧化物的偏聚更为明显,表明Nb能够促进腐蚀过程中试验钢表面Al氧化膜的形成,降低试验钢的腐蚀速率。通过试验研究所获得的数据和结论,可为进一步改善Fe-Mn-Al-C系低密度钢耐腐蚀性能提供理论依据与研究基础。
  • 刘再旺, 刘广会, 曹荣华, 杨利斌
    中国冶金. 2024, 34(4): 138-144.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240020
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    为了探索碳含量对超低碳钢力学性能的影响,在实验室冶炼了3种碳质量分数分别为0.002%、0.005%、0.008%的超低碳钢,将其轧制成热轧板,并分析碳含量和热轧卷取温度对钢板的力学性能、显微组织和第二相析出的影响。结果表明,随着碳质量分数由0.002%增加至0.008%,钢的屈服强度、抗拉强度明显增加,断后伸长率降低;随着碳含量的升高,580 ℃卷取时的强度变化比730 ℃卷取时的更显著。试验钢晶粒尺寸由碳质量分数为0.002%、卷取温度为730 ℃时的22 μm减小至碳质量分数为0.008%、卷取温度为580 ℃时的11 μm,第二相TiC粒子平均尺寸半径由碳质量分数为0.002%、卷取温度为730 ℃的35 nm减小至碳质量分数为0.008%、卷取温度为580 ℃时的10 nm。在碳质量分数为0.008%、卷取温度为730 ℃时,钢板的屈服强度达到230 MPa以上,计算得出其细晶强化值为64.5 MPa、析出强化值为56.8 MPa。工业生产数据显示,碳质量分数为0.008%时,超低碳钢的力学性能水平可满足高强IF钢的标准要求。
  • 关建辉, 曲锦波, 丁美良, 罗咪
    中国冶金. 2024, 34(4): 145-152.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20230676
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    高碳钢65Mn由于碳含量高、硬度大,在热轧生产中易出现边部开裂缺陷。为彻底解决高碳钢65Mn边裂问题,采用断口分析、金相组织观察、硬度检测等方法,分析了热轧高碳钢65Mn边裂缺陷的成因,并通过热模拟试验,研究了不同冷却速率对65Mn钢相变过程的影响。结果表明,冷却速率显著影响65Mn钢相变过程,当冷却速率大于25 ℃/s时会发生马氏体相变。在热轧生产过程中,带钢边部过冷形成马氏体,马氏体硬度高,变形能力差,在卷取张力作用下,边部易产生开裂缺陷。通过减弱层流冷却强度、提高卷取温度和减少边部侧喷水等措施可有效改善带钢边部过冷问题,从而避免边裂缺陷的产生,并改善其组织和硬度均匀性。
  • 装备技术
  • 梁治国, 闫松涛, 张卫冬, 任学冲, 金莹, 陆永浩
    中国冶金. 2024, 34(4): 153-160.
    https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240114
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
    当前中国钢铁行业主要面临去产能、调结构的压力,把产品向产业应用端下游延伸,将极大提升产品附加值。钢铁高端新产品的开发应用,需要解决技术研发和产品验证等诸多难题,目前中国多数钢铁企业尚不具备面向终端应用场景的产品服役性能评价能力。重点分析了钢铁企业在新产品开发过程中如何通过产品的终端应用导向来提升附加值,指出解决新产品开发的关键核心问题是产品在新材料、新工艺、新功能、新结构等方面的应用中应以终端用户需求为导向,对标国际同类型产品,重点开展国产化开发,根据产品实际工况制订针对性的试验研究和数据积累策略;通过对新产品服役性能和寿命的精准评价,有效加速高端新产品的研发优化迭代,为其能够快速应用以及参与国际市场竞争提供权威的“上岗证”。结合北京科技大学牵头建设的国家重大科技基础设施“重大工程材料服役安全研究评价设施(MSAF)”在服务支撑国产高铁、风电装备、船舶制造等关键核心部件测试评价的具体案例,剖析了制约钢铁行业高质量发展特别是产业延伸向高附加值领域扩展的瓶颈问题及应对策略路径,为促进钢铁产业高质量创新发展提供了新的理论和实施建议。
  • 冶金科技英才
  • 李开华
    中国冶金. 2024, 34(4): 161-161.
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
  • 杨佳欣
    中国冶金. 2024, 34(4): 162-162.
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
  • 冶金科学技术奖
  • 中国冶金. 2024, 34(4): 163-163.
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏
  • 中国冶金. 2024, 34(4): 164-164.
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) XML 附件   可视化   收藏