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钢铁
钢铁

翁宇庆

月刊

0449-749X

gangtiebianjibu@163.com

010-62182345

100081

北京海淀区学院南路76号

钢铁/Journal Iron & SteelCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊创刊于1954年，是由中国科协主管，中国金属学会主办，我国冶金界历史较长的综合性科技期刊，也是反映钢铁工业的科技成就的主要刊物之一，在国内外享有 较高的声誉。其宗旨是面向生产、结合实际，坚持为钢铁工业生产建设服务，报道钢铁工业的科技成就、生产工艺的技术进步、生产工艺的技术进步、品种质量的改善提高、新技术新产品的开发应用、企业经营管理经验和专业理论应用研究等，以提高钢铁行业科技工作者和干部的科技水平，促进钢铁工业的发展。
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    基于CF-PSO-SVM的冷连轧非稳态工作辊弯辊模型优化

    宋君任廷志王奎越王军生...
    78-86页
    查看更多>>摘要：板形质量是冷轧带钢重要的技术质量指标,同时工作辊弯辊是改善冷轧带钢板形质量的最有效的控制手段之一.冷连轧机组在高速稳定的轧制过程中板形控制精度能够达到较高的水平,但在升降速非稳态的轧制过程中板形控制效果非常不理想,这也成为制约冷轧带钢产品质量的不利因素.为了提高冷连轧机在升降速非稳态轧制过程中带钢板形的控制精度,在深入研究了冷连轧弯辊力设定原理的基础上,利用智能算法和包括出入口带钢厚度、机架间口张力、轧制速度、中间辊窜辊、带钢宽度、轧辊倾斜以及轧制力等现场实际轧制大数据样本,提出了一种基于粒子群算法优化支持向量机的工作辊弯辊力预测模型.同时阐明了粒子群优化算法和支持向量机的基本原理,引入压缩因子的概念,提升了粒子群算法参数寻优的效率,选取冷连轧机组五机架为研究对象,利用拉依达准则对轧制数据样本进行处理,通过平均绝对误差、均方差误差和平均绝对误差百分比等评价指标对比预测模型的性能.结果表明,改进的预测模型具有良好的模型预测性能和泛化能力,同时根据实际生产数据样本,回归出基于轧制速度和辊间弹性系数的弯辊力缝补偿模型,并验证了模型的有效性,模型的投入降低了板形控制系统的负荷,改善了非稳态轧制过程中的板形控制精度,产品头尾部的质量合格率提高了 5.1％.

    冷连轧板形控制弯辊力模型粒子群算法支持向量机

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    薄带材轧制的最小可轧厚度理论及数值模拟

    刘晓付伦芦跃峰王涛...
    87-95页
    查看更多>>摘要：智能制造、电子通信等行业向微型化、集成化方向发展要求不断提升精密轧制带材产品质量,提高厚度精度控制是其中关键组成部分,因此,精密带材轧制过程接触变形区理论研究有着极其重要的意义.以Stone轧制力模型为代表的传统薄带材冷轧理论假设轧辊在接触变形区内保持圆弧状轮廓,利用Hitchcock公式求解接触弧长进而求得平均单位压力,并在此基础上建立了 Stone最小可轧厚度理论.在试验及实际生产中很多学者发现有时Stone轧制力计算值与实际值相差甚远,这是由于某些轧制工况下接触变形区内存在中性区,轧辊圆弧状假设不再适用.中性区的存在使轧制力剧烈增大而带材金属延伸变形增加甚微,即轧制难度增大、轧制效率降低.通过对不同厚度薄带材轧制过程进行有限元分析,得到了不同道次压下率下接触变形区轮廓与接触压力分布的变化规律,带材初始厚度越小或道次压下率越大,接触变形区内中性区所占比例越大,接触压力分布趋于椭圆形分布;基于Stone轧制力公式建立了考虑轧制效率的薄带材最小可轧厚度模型,对于一定初始厚度与Stone最小可轧厚度比值,根据轧制工艺参数可计算接触变形区内恰好不存在中性区时的临界道次压下率,以此临界道次压下率为依据可确定高效轧制厚度范围及Stone轧制力模型的适用条件,为精密薄带材轧制生产过程提供理论指导.

    薄带材轧制Stone轧制力模型最小可轧厚度接触变形区轧制效率

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    冷却速率对Ti-Zr处理钢针状铁素体转变的影响

    姚浩张立峰任强任英...
    96-103,121页
    查看更多>>摘要：大线能量焊接技术在低合金钢中的广泛使用降低了低合金钢的低温韧性,向低合金钢中添加适量的钛、锆元素可以促进针状铁素体形核,细化晶粒组织从而提高低合金钢的低温韧性.为了研究Ti-Zr处理钢中针状铁素体转变机理,使用25 kg真空感应炉中熔炼试验所需钢种,向低合金钢中添加了 0.04％钛元素和0.014％锆元素;利用高温激光共聚焦显微镜原位观察了冷却速率对针状铁素体转变行为的变化;使用扫描电镜观察了 Ti-Zr处理钢中的夹杂物成分和针状铁素体在夹杂物表面形核,使用光学显微镜观察不同冷速下的微观组织变化差异.试验发现,随着冷却速率从1增加至10℃/s,侧板铁素体的开始转变温度从770.2降低至632.4℃,针状铁素体的开始转变温度从731.5降低至612.6℃,针状铁素体的面积分数从47.91％增加至68.04％,针状铁素体与侧板铁素体的面积分数比值从1.34增加至3.54,针状铁素体与侧板铁素体的开始转变温度与结束转变温度差的比值从0.52增加至0.83,针状铁素体与侧板铁素体的面积分数之比与其转变温度区间之比存在正比例关系;不同冷却速率下,Ti-Zr处理钢中的主要夹杂物为ZrO2-TiN-MnS,并且ZrO2-TiN-MnS夹杂物可以有效促进针状铁素体形核;一方面是因为生成的贫锰区增加了铁素体转变驱动功;另一方面是因为ZrO2-TiN-MnS夹杂物与铁素体有良好的晶格匹配关系降低了针状铁素体在夹杂物表面形核的界面能.

    Ti-Zr处理钢冷却速率针状铁素体高温共聚焦转变温度

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    热基镀锌双相钢的组织性能与表面质量

    邹英韩赟刘华赛李研...
    104-111页
    查看更多>>摘要：为了解决汽车用热轧和酸洗双相钢存在的耐蚀性不足问题,开发了一种热基镀锌铁素体贝氏体双相钢.利用扫描电镜、透射电镜、拉伸试验机和成形试验机等设备,研究了工艺参数对铁素体贝氏体双相钢组织性能的影响,并评价了最优退火工艺下双相钢的表面质量.结果表明,热轧钢板的显微组织主要由铁素体和贝氏体组成,贝氏体体积分数为13.3％.当在620～700℃之间均热时,贝氏体分解形成渗碳体,随均热温度由620升高至700℃,贝氏体体积分数由10.1％下降至6.6％;均热温度在740℃及以上时,渗碳体消失,随均热温度由740℃升高至820℃,贝氏体体积分数由17.2％下降至10.7％.在冷却及镀锌过程中,试验钢中析出纳米级NbC或(Nb,Ti)C复合粒子.随均热温度升高,试验钢屈服和抗拉强度先升高后降低,断后伸长率和扩孔率先降低后升高.均热温度对力学性能和扩孔率的影响,主要是基于对渗碳体形成、贝氏体体积分数及组织硬度差的影响.在780℃均热时,可获得屈服强度520 MPa、抗拉强度606 MPa、断后伸长率22％的优异力学性能.此外,试验钢的局部成形性能同样优异,扩孔率达到107％,180°横纵向折弯的最小相对弯曲半径为0.采用预氧化和炉内加湿相结合工艺,提高了钢板可镀性.进行热轧小凸度、酸洗及镀锌光整大轧制力控制,有助于获得较高镀层厚度均匀性.

    双相钢热基镀锌显微组织析出相扩孔率

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    40Cr10Si2Mo钢的热变形模型及动态再结晶行为

    王庆娟王钦仁杜忠泽何泽恩...
    112-121页
    查看更多>>摘要：为了优化马氏体耐热钢40Cr10Si2Mo的热轧生产工艺参数,建立线棒材轧制数字化设计及智能化系统数据库,在Gleeble-3500热模拟机上对马氏体耐热钢40Cr10Si2Mo进行单道次热压缩试验,研究了该钢在温度为900～1 100℃、应变速率为0.1～20 s-1条件下的应变补偿本构方程及动态再结晶行为,为探索塑性变形行为和组织优化提供理论依据.结果表明,应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增加而增加.温度和应变速率对热变形抗力(真应力)的影响主要取决于在塑性变形过程中,金属内部发生的加工硬化与动态回复、再结晶等软化机制交互作用的结果.建立了双曲正弦(Arrhenius)本构模型.对比发现所建立的本构模型预测值与试验值相关系数R2为0.983 97,平均相对误差(AARE)为4.531％.采用对σ-ε曲线进行4次多项式拟合并求导的方法,分析了 40Cr10Si2Mo钢的软化过程以及不同温度和应变速率下动态再结晶的临界条件.阐述了动态再结晶的临界条件与lnZ(Zener-Hollomon参数)值的关系.发现40Cr10Si2Mo钢在lnZ值小于63时,动态再结晶的临界应变随lnZ值的增大而增大.在lnZ值大于63时,动态再结晶的临界应变随lnZ值的增大变化不明显.对比了40Cr10Si2Mo钢的微观组织,发现在1 100℃/0.1 s-1条件下晶粒发生了相互吞食合并,部分再结晶晶粒没有长大,最终导致混晶组织出现.然而增加应变速率有助于动态再结晶晶粒的细化.

    40Cr10Si2Mo钢本构方程动态回复动态再结晶临界应变

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    Ce-La合金化处理对取向硅钢夹杂物特征的影响

    解晓辉刘玉龙李光强陈新元...
    122-134页
    查看更多>>摘要：为了研究稀土处理对取向硅钢中夹杂物特征的影响,借助FE-SEM/EDS和图像分析软件分析了稀土处理前后热轧取向硅钢夹杂物的成分、形貌、尺寸和数量并解明了影响机理.研究结果表明,未添加稀土的试验钢中,典型的夹杂物为形貌不规则的MnS-AlN复合夹杂物以及片状或条状的A1N夹杂物;添加稀土后,夹杂物则以球状或椭球状的CeS-LaS、CeS-LaS-AlN、Ce2O2S-La2O2S复合夹杂物和A1N夹杂物为主.稀土处理有效改善了夹杂物形貌,特别是大尺寸氮硫化物的形貌特征,未检测到MnS类夹杂物.尽管加入较多的稀土后夹杂物数量增加,大于5 μm夹杂物的平均尺寸增大量明显(增大0.89 μm),但整体夹杂物的平均尺寸仅增大了 0.40 μm.由于稀土的脱硫作用,且稀土硫化物与A1N晶格常数差异大,钢中氮硫化物的数量密度和面积分数降低.稀土降低了 A1N在钢中的平衡溶度积,使A1N夹杂物提前析出,导致A1N夹杂物数量增多,且先析出的A1N出现一定程度的长大.稀土对MnS在凝固前沿的析出有抑制作用,有利于热轧和常化过程析出更多用作抑制剂的MnS和A1N.在充分脱氧的取向硅钢中适当降低钢中酸溶铝含量,调整稀土在钢中的用量,在不增加钢中大尺寸夹杂物含量的前提下,发挥MnS、AlN抑制剂作用和Ce-La合金化作用.此外,通过稀土处理控制钢中夹杂物形貌特征,将有望达到改善钢的热轧组织和轧制加工性能的目的.

    取向硅钢Ce-La合金化夹杂物A1N偏析模型

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    铈和铌改性对DP780双相钢焊缝冲击性能的影响

    赵瑾玥郭永环闫勃
    135-140,159页
    查看更多>>摘要：双相钢中铁素体马氏体两相性能差异会导致焊接接头软化,在使用过程中温度较低时,冲击功下降,使材料由韧性状态变为脆性状态.为研究铈和铌添加量对改善DP780焊缝低温脆性的问题,利用低温冲击试验与拉伸试验,开展了不同铈和铌添加量对DP780焊缝的力学性能的研究.利用金相显微镜、SEM等方法阐明了试验钢在添加不同铈和铌后的焊缝组织与形貌变化.结果表明,在-40℃时,无铈和铌添加时组织中出现部分残余奥氏体,焊缝冲击功为0.465 J,解理台阶面出现大量河流花样,属于脆性断裂;随铈与铌质量分数变化,焊缝冲击功与铈和铌的添加量呈现非线性关系.当铈与铌占熔敷金属质量分数分别为0.35％和0.15％时焊缝的综合性能最佳,冲击功达到3.9 J,熔敷金属组织晶界紧密,撕裂棱周围出现韧窝,呈混合断裂特征.试验研究表明,加入的适量的铈与铌,焊缝中形成的稀土化合物可增加断裂变形阻力与消耗能量,从而有效阻碍裂纹的扩展,显著提高DP780的低温冲击韧性而不会大幅降低其抗拉强度,保证双相钢焊接质量.但铈与铌影响焊缝性能无固定函数关系可循且试验样本量少,无法精确到任意添加量探究.在后续研究中可引入算法对DP780焊缝力学性能进行预测,在生产之前建立模型,寻找最佳铈和铌添加量,提高安全性能.

    DP780CeO2铌冲击性能断口形貌

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    钢铁炉窑协同处置冶金及市政难处理固废技术路线

    叶恒棣李谦魏进超周浩宇...
    141-147页
    查看更多>>摘要：无害化和资源化仍然是当前固废处置的重要方向,尤其在当前全力实现"碳达峰、碳中和"目标的大背景下,"以废代碳"还是降低碳排放的重要途径.针对当前固废处置出现的处置成本高、资源化利用不充分、邻避效应严重的现状,提出了利用钢铁炉窑,特别是烧结球团工序协同处置冶金及市政难处理多源固废的思路,提出了建立多源固废物质属性、能源属性、毒害属性多维识别指标体系与最佳处置路径的生态化适配原则;基于钢铁工业窑炉特性及固废属性,构建了火法/湿法预处理耦合热工制度优化的冶炼主工艺协同处置固废的技术路线,及基于北斗-物联网的区域性固废协同处置智慧平台,为冶金及市政固废生态化协同处置提供方向指导和技术参考.

    固废协同处置技术路线资源化生态化适配智慧处置平台

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    含锌粉尘协同处置含铬尘泥的碳热还原试验

    陈卓郑睿琦堵伟桐居殿春...
    148-159页
    查看更多>>摘要：为实现钢铁行业的绿色循环发展,钢铁厂对含锌粉尘和含铬废水的处置利用均应满足环保和资源高效利用等要求.以某钢铁企业的含锌粉尘和含铬尘泥2种固废为例进行碳热还原协同处置研究,采用FactSage热力学软件平衡计算,分析碳热还原过程中的潜在反应和气-液-固相变化;通过模拟转底炉工艺,在实验室进行碳热还原试验,研究不同原料配比和还原温度对碳热还原效果的影响规律,采用XRD和SEM-EDS对反应后金属化球团的物相组成及形貌进行研究;综合热力学分析与试验研究阐明含锌粉尘协同处置含铬尘泥的碳热还原机理.研究结果表明,铁酸锌和铬铁矿可以有效分解为铁氧化物和铬氧化物,随着温度升高,铁氧化物的还原过程遵循逐级还原规律,最终被还原为金属铁;相较于铁氧化物,铬氧化物在更高温度下还原为金属铬.试验结果与热力学计算趋势一致,控制碳热还原时间为60 min,含铬尘泥和含锌粉尘干基质量比为1 ∶ 4,还原温度为1 300℃,能够达到较佳的还原效果.采用多种固废协同处置方式,不仅可以解决粉尘大量堆积的问题,而且能够提取含锌粉尘和含铬尘泥中有价金属元素,制备成金属化球团;该方法也可为含铬废水无害化处置提供新途径,实现资源化综合利用,提高企业经济效益.

    含锌粉尘含铬尘泥协同处置碳热还原热力学

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    镀锌机组带钢C翘缺陷综合治理技术的开发

    钱胜顾清李学通白振华...
    160-168页
    查看更多>>摘要：为了研究带钢热镀产品C翘板形缺陷导致其镀层不均匀性严重问题,优化热镀锌机组连退工艺过程,开发带钢C翘缺陷综合治理技术.首先考虑热镀锌连退过程的设备与其工艺特点,分析C翘板形发生机理,明火烧嘴状态、辐射管状态、风机状态、带钢重力、上游工艺段遗传板形等影响因素,使得带钢表面各处存温度差异性较大,致使带钢横向残留塑性变形在其厚度方向分布均匀,当其超过其临界失稳条件而发生C翘.然后,从系统学的观点出发建立兼顾C翘缺陷影响因素的连退炉系统函数,考虑到连退炉多变量耦合、复杂非线性特点,以工艺段为单位将连退过程划分子系统,以各工艺段板形翘曲最小为目标,基于带钢C翘预报模型分别建立加热段温度优化目标函数、均热段温度优化目标函数、冷却段冷却风机状态优化目标函数,并以各工艺段目标函数相叠加的形式建立系统函数.得出了连退过程各工艺段工艺参数综合优化方法,制定其工艺优化流程,并形成加热段温度优化设定技术、均热段温度优化设定技术、冷却段冷却风机状态优化设定技术等关键技术.最后,将该综合治理技术应用于国内型钢铁机组取得良好效果.结果表明,典型规格带钢在连退过程各工艺参数优化前后对比,其最大翘曲量由17.0 mm降至5.9 mm;该类型带钢的镀层厚度生产统计数据显示,带钢C翘板形改善后,带钢上下表面平均镀层厚度降至用户要求的范围内.

    热镀锌C翘缺陷连退炉系统函数优化目标函数优化设定技术

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