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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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    复合搅拌工艺电弧炉熔池混匀与界面传质特性

    张福君杨树峰刘威孙烨...
    85-98页
    查看更多>>摘要：全废钢电弧炉冶炼过程中缺失C-O反应,加之熔池呈浅碟型,单一搅拌方式搅拌强度低,反应动力学条件差,是制约电弧炉高效冶炼的主要原因之一.为了改善电弧炉冶炼过程熔池内动力学条件、提高冶炼效率,采用物理模拟方法,研究了单一搅拌方式形成的流场特性,在此基础上进一步探究了不同复合搅拌组合条件下熔池混匀与界面传质特性,探究最佳的复合搅拌方式.研究结果表明,氧气射流、侧吹形成的流场相似,主要分布在熔池上部和中上部,复合搅拌不能消除单一搅拌形成的弱搅拌区域;底吹形成的流场可以贯穿整个熔池,但在远离流股中心处和底部仍然存在弱搅拌区域,与射流复合搅拌可以大幅提高搅拌效果,平均混匀时间为53～86 s.在射流和底吹复合搅拌的死区部位添加侧吹喷枪,形成"三元"复合搅拌,可以进一步强化熔池搅拌效果,平均混匀时间为31～ 68 s,远低于"二元"搅拌,但熔池内部混匀效果与钢-渣界面传质效果对搅拌工艺参数要求并不一致,甚至相反.综合在"三元"搅拌条件下的冶金效果,1组和5组综合冶金效果最佳.

    电弧炉水模拟复合搅拌混匀时间传质速率

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    轴承钢大方坯凝固末端特性与中心质量控制

    夏帅康王璞汤群伟李伟涛...
    99-110页
    查看更多>>摘要：连铸流程取代模铸锻造生产高端轴承钢是当前的发展趋势.为了改善GCr15轴承钢200 mm× 240 mm大方坯连铸中常见的中心缩孔和中心偏析问题,借助数值模拟研究连铸坯传热与凝固进程,并通过工业试验调整拉速探究末端电磁搅拌(final electromagnetic stirrer,F-EMS)和轻压下(soft reduction,SR)对连铸内部质量的协同影响机制和效果,通过低倍酸侵观察不同工艺下铸坯的横纵截面缩孔疏松和裂纹情况,通过钻屑取样检测铸坯横截面上碳偏析分布.结果表明,拉速为0.95 m/min时铸坯凝固终点仅为13.0 m,此时提升F-EMS强度且使用轻压下虽然可以改善中心缩孔,但F-EMS也将更多高浓度钢液搅入铸坯中心,由于铸坯中心熔池宽度小,对高浓度溶质的稀释作用小,熔池难以稀释这些钢液从而使得铸坯中心偏析反而加剧.而在F-EMS电流强度为540 A、SR总压下为7 mm的工艺下,拉速提升至1.2和1.4 m/min时,铸坯内弧侧都产生了压下裂纹,且由于GCr15轴承钢连铸凝固两相区较宽,拉速为1.4 m/min时铸坯在铸机上产生裂纹的压下辊处,铸坯内部裂纹敏感区间较白亮带更靠近铸坯表面,最终导致白亮带较压下裂纹更靠近铸坯中心.拉速为1.1 m/min时,虽然中心缩孔得以控制,但中心区域出现负偏析,导致断面均质性无法控制到较高水平.而在拉速为1.0 m/min工况下,F-EMS处的铸坯中心固相率在0.1附近,在合理位置,其2号和3号压下辊处铸坯中心固相率都处于合理的压下区间0.30～0.75,铸坯横截面中心缩孔评级为0.5以内,中心偏析为1.003,碳极差为0.125％,其质量最优.

    GCr15轴承钢末端电磁搅拌轻压下压下裂纹白亮带中心质量

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    热连轧机组轧辊温度场及热辊型

    李子正刘芦轩尹宝良邝霜...
    111-118页
    查看更多>>摘要：针对热连轧机组轧辊温度场无法精准预测引起的辊耗及板形问题.为了实现轧辊温度场与热辊型的精确预报来减少异常辊耗和避免重大生产事故的发生,运用数值解析的有限差分法和轧辊热传导方程建立了适合于热轧轧辊温度场与热辊型模型,在此模型基础上引入热轧机组的轧辊冷却水智能分段冷却控制系统,充分考虑复杂状态下冷却水的存在和冷却水流速对轧辊温度场与热辊型的直接影响.结合热连轧轧制过程中的设备参数及其工艺特点,同时考虑轧制钢卷数量递增对轧辊温度场和热辊型的循环叠加作用,编写程序将理论计算公式、模拟调控模型与现场实际工艺设备参数相结合作为分析的研究对象.首先通过现场轧辊测温设备对工作辊和支撑辊进行温度测量,并将测得的实际温度分布值与模型计算值进行对比分析,得到相近的轧辊温度和轧辊凸度变化趋势以及一致的温度和凸度数值,验证了模型计算的准确性和有效性.随后根据结果进行研究分析,得到了钢卷数量变化对轧辊温度和辊凸度的影响,发现了钢卷数增加对温升的叠加影响,同时发现10卷左右将会完成轧辊温度场的温升稳定,同时分析得出冷却水流速在3种不同速度下的轧辊温度沿辊身方向分布情况.最终实现了对工作辊和支撑辊温度场与热辊型的精确预报,并且为后续利用轧辊温度场与热辊型模型进一步调控轧辊辊温分布奠定模型基础.

    热连轧温度场热辊型有限差分法冷却水

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    PMO对高速钢枝晶组织及碳化物的影响

    刘海宁陈杨珉陈湘茹李莉娟...
    119-128,156页
    查看更多>>摘要：脉冲磁致振荡(Pulse Magneto-oscillation,简称PMO)是上海大学先进凝固技术中心原创的凝固均质化技术,该技术成功已应用于多家冶金企业数十种特殊钢生产,在改善铸坯质量方面取得了理想效果.高速工具钢(简称高速钢)作为一种高合金钢,其铸态组织中树枝晶组织及共晶碳化物发达,宏观偏析严重,不仅影响了其质量和性能,同时制约了该类钢种采用连铸工艺生产.为了探究PMO改善高速钢凝固组织的可行性,采用双电源真空感应熔炼装置,研究PMO对其枝晶组织、共晶碳化物的影响.研究结果表明,在PMO作用下,高速钢铸态组织中粗大的柱状晶组织转变为全等轴晶组织,并且共晶碳化物网交汇区及共晶碳化物颗粒平均尺寸大幅度减小,碳化物分布均匀性得到显著改善.PMO对4个钢种的共晶碳化物网交汇处尺寸有明显细化作用,以M2高速钢共晶碳化物网交汇处尺寸细化程度为例,1/8D、1/4D和1/2D(D为铸坯径向直径)处的碳化物交汇处的平均尺寸较未施加PMO处理的铸锭依次减小48.5％、47.1％和43.4％;同时,PMO可以进一步细化共晶碳化物颗粒尺寸,以M2Al高速钢为例,1/8D、1/4D和1/2D处的共晶碳化物颗粒平均尺寸依次减小49.1％、54.5％、40.2％.研究结果为提高高速钢铸态质量提供了一种新思路及新方法,并有助于高速钢实现连铸和避免高速钢大变形量压力加工过程中产生开裂现象,为改善高速钢连铸过程中遇到的心部碳化物聚集、粗大碳化物等问题提供了一种新的方向.

    PMO高速钢凝固铸态组织枝晶组织共晶碳化物

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    固溶温度对Fe-30Mn-8Al-0.8C低密度钢组织及力学性能的影响

    张琪沈逸平陈光辉薛正良...
    129-138页
    查看更多>>摘要：为了研究900～1 100 ℃不同固溶温度处理后Fe-30Mn-8Al-0.8C(质量分数,％)低密度钢的组织演变规律和力学性能,采用O M、EBSD和XRD对奥氏体晶粒的长大行为进行了分析,采用Sallars模型拟合了不同固溶温度和时间处理后的奥氏体晶粒尺寸,建立了奥氏体长大模型.采用拉伸试验机和硬度计测试试验钢的力学性能,根据拉伸试验和显微硬度试验结果,分析了试验钢的微观组织与力学性能的关系.结果表明,试验钢在900 ℃固溶处理90 min后基体组织为奥氏体,但仍存在未溶的κ-碳化物,在其他固溶温度处理后的试样碳化物完全溶解,组织均为奥氏体单相.随着固溶温度的升高,奥氏体晶粒尺寸增大,对奥氏体晶粒长大行为进行拟合分析,给出了固溶温度、保温时间与奥氏体晶粒尺寸关系模型.随着固溶温度升高,伸长率、屈服强度和抗拉强度逐渐降低,由于900 ℃试样中存在未被完全固溶的κ-碳化物导致试样提前断裂,因此在900 ℃固溶处理的试样的伸长率略低于950 ℃试样.试验钢在950 ℃固溶处理90 min后可获得最佳的强度和塑性配合,强塑积可达44.3 GPa·％.随着固溶温度升高,加工硬化率降低,导致抗拉强度的加工硬化项降低.根据Hall-Petch关系,给出了试验钢屈服强度和晶粒尺寸的关系方程,结合奥氏体晶粒长大模型,可以预测固溶态高锰高铝Fe-30Mn-8Al-0.8C奥氏体低密度钢的力学性能.

    低密度钢固溶处理奥氏体晶粒长大力学性能

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    含稀土Ce的Fe-Mn-Al轻质高强钢的热力学计算及组织性能

    胡志强张昊轩赵家琛崔磊...
    139-146页
    查看更多>>摘要：为了掌握含稀土 Ce的Fe-Mn-Al轻质高强钢相组成及组织性能特点,进而提高其综合力学性能,采用热力学计算和试验相结合的方法,研究含稀土 Ce的Fe-Mn-Al轻质高强钢的相组成、微观组织和典型力学性能,分析900～1 100 ℃固溶处理工艺对其组织性能的影响规律.研究结果表明,试验钢在600～1 200 ℃时的相组成主要包括铁素体、奥氏体、κ碳化物、Ce2C3和NbC等;当温度高于865 ℃时,碳化物几乎全部溶于基体,奥氏体单相区存在于温度865～915 ℃,当温度超过915 ℃时,高温铁素体开始从奥氏体中析出,高温铁素体含量随温度的升高而逐渐升高,915～1 200 ℃温度区间是奥氏体和铁素体的两相区.热锻试验钢中奥氏体体积分数约为86.4％,只有少量带状铁素体沿奥氏体晶界分布,奥氏体晶粒约为28 μm,内部含有大量孪晶.固溶处理后,铁素体含量增加、晶粒开始粗化,大部分带状组织铁素体破碎分离,呈小颗粒状沿奥氏体晶界分布,奥氏体内部有大量孪晶,试验钢抗拉强度显著降低,塑性明显提高.固溶温度为1 000 ℃时,试验钢的抗拉强度为889.6 MPa,断后伸长率为47.1％,强塑积达到最大(42.08 GPa·％),这一方面是由于铁素体含量增加使得试验钢的塑性显著提高,另一方面奥氏体和铁素体组织两相组织分布均匀,且晶粒细小,匀细小的晶粒有利于强塑性的提高,因此相较于900 ℃固溶条件下,试验钢的抗拉强度没有明显下降,而塑性约为原来的2倍.

    轻质高强钢固溶处理微观组织热力学计算抗拉强度

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    拉速对30Cr13连铸板坯中碳化物尺寸和分布的影响

    张静赵璇李实张立峰...
    147-156页
    查看更多>>摘要：30Cr13是一种优秀的刀具用马氏体不锈钢,连铸技术的发展使其生产效率大大提高.拉速是连续铸钢过程中一个重要的工艺参数和技术指标,当连铸拉速不适当时,极易形成大量分布不均匀的碳化物,而碳化物的尺寸和分布是影响连铸板坯质量的关键因素.以30Cr13连铸板坯为研究对象,利用电镜、光镜、X射线衍射技术等,对拉速为0.75、0.80和0.85 m/min的连铸板坯中不同凝固组织处碳化物的形状、尺寸和类型进行了分析统计.结合凝固组织形貌研究了拉速对30Cr13连铸板坯中碳化物的影响,总结了拉速对碳化物影响的规律.研究表明,碳化物的主要形状为簇状、块状和条状,主要组成元素为铁、铬和碳,并确定了碳化物的主要类型为(Fe,Cr)7C3和(Fe,Cr)23C6.发现"白亮带"处无碳化物存在,在"白亮带"之间的试样中出现了大量碳化物,连铸板坯中心处碳化物最多.拉速对碳化物的形状、类型和存在位置影响较小,而对碳化物的数量、尺寸影响较大.随着拉速的增大,碳化物总面积占比和数密度先减小再增大,在拉速为0.8 m/min时连铸板坯中碳化物面积占比和数密度最低,这一变化与不同拉速下碳偏析指数偏离正常值的程度趋势相同.随着拉速的增大,小尺寸碳化物占比逐渐增大,大尺寸碳化物占比几乎为0.采用0.80 m/min的拉速可以很好地控制连铸板坯中碳化物的尺寸分布,改善连铸板坯的质量.

    连铸板坯凝固组织拉速碳化物尺寸分布

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    温度对2507钢在模拟烟气脱硫冷凝液中点蚀行为的影响

    惠朋博邹德宁李雨浓李苗苗...
    157-163页
    查看更多>>摘要：超级双相不锈钢(SDSS)因优异的耐蚀性和卓越的力学性能以及性价比高等优势,在烟气脱硫领域具有广阔的应用前景.以2507 SDSS为研究对象,利用金相显微镜、扫描电子显微镜及电化学工作站等手段,对其在不同温度(20、40、60、80 ℃)烟气脱硫冷凝液中的点蚀行为进行深入研究.结果表明,当溶液温度为40 ℃时,试验钢的自腐蚀电位(Ecorr)为-0.078 V,自腐蚀电流密度(icorr)为5.09 mA/cm2,点蚀电位(Epit)为0.956 V,阻抗谱半径最大,电荷转移电阻(Rct)为54 200 Ω/cm2,频率为0.01 Hz的阻抗模值|Z|f=0.01 Hz为52 036 Ω,其耐蚀性最好.当溶液温度从20 ℃升高到80 ℃时,试样的Ecorr、Epit先增大后减小,icorr先减小后增大,电化学阻抗谱半径先增大后减小,Rct先增大后减小,腐蚀后点蚀坑数量先减少后增多,耐点蚀性能呈现先升高后降低的规律.分析认为这是温度对电化学过程的2个相反作用(氧含量降低的阻滞效果和离子活性增强的促进效果)的综合影响结果.当温度低于或处于40 ℃时,溶解氧的质量浓度减少,Cl-的活性、反应能力较弱,氧含量降低的阻滞效果占主导作用.随温度升高,2507 SDSS耐点蚀性能提升.当温度高于40 ℃时,过高的温度会增强腐蚀性卤素离子的活性及其反应能力,Cl-活性增强的促进效果占主导作用.随温度升高,2507 SDSS耐点蚀能力降低.

    超级双相不锈钢烟气脱硫温度电化学点蚀电位

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    含铁尘泥球团成型用复合黏结剂开发及应用

    任晓健周荣宝杨涛马磊...
    164-172页
    查看更多>>摘要：转底炉直接还原工艺具有有价元素收得率高、杂质脱除程度高的优势,成为钢铁企业含铁尘泥处理技术发展的趋势之一.但由于含铁尘泥成球性能差,导致制备出的含铁尘泥球团强度低,易粉化,严重制约了转底炉工艺的绿色高效生产.选择优良的黏结剂是改善球团原料性能和提高球团矿产质量的重要手段.通过有机黏结剂和膨润土搭配制备出复合黏结剂,探究了复合黏结剂对球团冷态性能和还原性能的影响.研究表明,复合黏结剂球团表现出优异的生球性能,其中CB2-3组(3％膨润土+0.5％黏结剂B)的生球落下强度及抗压强度分别达到8.5次/0.5 m和78 N/P,这是由于有机黏结剂含有丰富的—OH、—COO—等含氧基团,改善了含铁尘泥表面的亲水性,强化了膨润土与尘泥颗粒间的连接.黏结剂C在干燥过程会形成网状结构,促进尘泥颗粒间相互靠近,这是CB3组(3％膨润土+2％黏结剂C)干球强度提升的重要因素.同时,有机组分的增加有助于铁、锌氧化物的还原反应,主要原因是有机组分高温下热解,在球团内部形成微小孔隙,加快了燃料的热解和还原产物的扩散,促进还原反应的正向进行,但生成的过量孔隙会导致球团强度下降.工业试验表明,相较于现场使用的复合黏结剂YG-1,添加CB2-3和CB3后,可明显提高含铁尘泥球团的产质量指标,同时黏结剂成本由140元/t分别降至115元/t和120元/t,达到提质降本的效果.

    黏结剂含铁尘泥膨润土工业试验脱锌率

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    富氧燃烧条件对加热炉传热特性影响

    陈德敏李宁刘骁赵义博...
    173-184页
    查看更多>>摘要：富氧燃烧具有提高理论燃烧温度、降低过剩空气系数和增强烟气辐射能力等优点,成为工业炉窑领域研究的热点,但目前轧钢加热炉内富氧燃烧位置及氧气体积分数变化对炉内流动和传热过程影响规律尚不明确.建立了加热炉炉内流动、富氧燃烧和传热数学模型,并在案例加热炉进行了应用,利用测试数据验证了模型的准确性后,分析了富氧燃烧分别位于预加热段、加热一段和加热二段时,炉内温度场、速度场和钢坯传热过程的变化规律,得到了富氧燃烧的最佳位置.其次,分析了固定富氧燃烧位置,氧气体积分数从21％变化到49％时,加热炉烟气热损失、炉膛热效率和节能率的变化规律,得出此种条件下氧气体积分数最佳范围.结果表明氧气体积分数固定时,预加热段、加热一段和加热二段分别实施富氧燃烧,热流密度变化最明显的炉内位置分别出现在17～25、17～34和29～44 m,这些位置平均热流密度增加值分别为4.95、7.42和7.95 kW/m2.富氧燃烧位置分别位于预加热段、加热一段和加热二段,氧气体积分数为21％～37％时,氧气体积分数每增加1％,烟气损失分别下降0.25％、0.55％和0.72％,炉膛热效率分别提高0.13％、0.3％和0.39％,节能率分别提高0.2％、0.99％和1.09％,而氧气体积分数为37％～49％时,即使在加热二段实施富氧燃烧,烟气损失、炉膛热效率和节能率变化也并不明显.通过上述分析可以看出,轧钢加热炉中,热负荷较大的加热段实施富氧燃烧,且氧气体积分数为21％～37％时节能效果最明显.

    加热炉富氧燃烧氧气体积分数炉膛热效率节能率

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