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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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    热轧带钢多变量耦合下屈曲变形解析

    李文梦匡萃葳陈扬吴豪...
    104-115页
    查看更多>>摘要：对于热轧带钢板形控制技术,热轧过程中的带钢纵向屈曲问题是建立高精度板形控制模型的难点.因此,完善的带钢屈曲生成机理是建立高精度板形控制模型的必要条件,也是板形质量改进研究的重要基础.针对目前热轧带钢生产时产生的纵向屈曲变形问题,进行了详细的解析建模研究.首先,为了后续的建模计算更为简便,依据不同屈曲行为,使用高阶多项式来描述沿带钢横向分布的纵向应力场及复杂的屈曲模态.然后,在已获得多项式形式的纵向应力场及屈曲模态的基础下,通过将弹性薄板小挠度理论与能量驻值原理相结合来建立带钢屈曲模型.同时,为了使结果更为精确,贴合实际热轧带钢生产情况,对于临界屈曲的计算,本文创新性引入了三维瞬态温度场.此外,利用有限元软件ANSYS对纵向屈曲变形行为进行仿真试验,将有限元计算结果和解析计算结果进行误差计算,以验证解析模型的正确性.最后,分析了不均匀的温度场、张应力以及带钢几何尺寸等多因素耦合作用对临界屈曲的影响.该解析模型阐明了热轧带钢生产过程中在多变量耦合作用下形成平直度缺陷(屈曲变形)的内在机理,并且能够快速获得不同屈曲浪形下精准的临界屈曲应力,为热轧带钢的板形控制提供理论依据和数据基础.

    热轧带钢浪形临界应力纵向屈曲

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    G30Cr15Mo1N高氮马氏体钢的连续冷却相变与强化机制

    李波陈豪胡忠会贾忠宁...
    116-124,152页
    查看更多>>摘要：利用Formastor-F2全自动相变仪测量G30Cr15Mo1N钢的CCT曲线,分析在连续冷却转变过程中高氮钢的组织变化和相转变规律,以指导热处理工艺的制定.另外,还通过XRD、SEM、EDS和TEM等分析方法研究了G30Cr15Mo1N钢在不同回火工艺下组织和力学性能演变,分析细晶强化、固溶强化、位错强化和析出强化对G30Cr15Mo1N钢屈服强度的贡献情况.结果表明,试验钢在实际升温中的Ac1和Ac3温度分别为840和870℃,片层珠光体的转变温度区间为600～700℃,珠光体形成的最快冷速为1℃/s.试验钢在较低温度(≤500℃)回火后微观组织为碳氮化物+回火马氏体+残余奥氏体,整体上保持较高的屈服强度和抗拉强度,分别大于 1 750和2 050 MPa,而伸长率低于3%;在600℃回火后马氏体发生回复再结晶,马氏体板条形貌基本消失,并在TEM试验中观察到尺寸在20～80 nm的短棒状Cr2(C,N)析出物,这导致高氮钢的强度大幅度下降而塑性得到充分恢复.在150℃回火时,G30Cr15Mo1N钢的屈服强度主要来源于很高的固溶强化和位错强化,其中固溶强化占主要作用;在500℃回火后,位错强化和固溶强化分别降低83.7和249.3 MPa,而析出强化显著增强并产生二次硬化,其主要来源是较高比例尺寸小于10 nm析出相.而当回火温度高达600℃时,固溶强化、位错强化、第二相强化均大幅度下降,且对屈服强度的贡献较为均衡,共同起到了重要的强化作用.

    高氮马氏体钢连续冷却转变回火显微组织强化机制

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    钙含量对H11模具钢冲击功的影响机理

    董君伟李吉航田家龙姜周华...
    125-133,160页
    查看更多>>摘要：冲击功是评价H11模具钢服役性能的重要特征之一.针对国内某钢厂生产的H11模具钢出现冲击功波动较大的现象,结合微观组织分析、夹杂物表征及对比分析和热力学理论计算,探究了导致H11具钢冲击功波动的主要原因和Ca对MgO·Al2O3夹杂物的转变机理.研究结果表明,大尺寸的Ds类夹杂物是导致H11模具钢冲击功较低且波动较大的主要因素(试验钢室温无缺口冲击吸收功平均值由(327±3.4)J降低至(233±26.1)J),确定了钢中的Ca含量是导致D/Ds类夹杂物超标的主要原因.结合商业热力学软件FactSage 8.2计算结果可知,当试验钢中Ca质量分数较低(<0.000 5%)时,H11模具钢中夹杂物以高熔点MgO·Al2O3 类夹杂物为主,此类夹杂物不容易聚合长大;但当试验钢中Ca质量分数较高(0.000 9%)时,由于Ca对MgO·Al2O3夹杂物的改性作用导致钢中夹杂物以容易聚合长大的低熔点CaO-MgO-Al2O3类夹杂物为主,但是此类夹杂物很难从钢液中去除,导致了H11模具钢中Ds类夹杂物超标.同时发现,在冲击载荷作用下,大尺寸夹杂物(>10 μm)会首先从基体中脱粘并引起微裂纹,微孔周围内应力的局部集中导致了裂纹萌生和裂纹扩展,进而降低了试验钢的冲击吸收功.最后,提出通过优化冶炼工艺过程降低Ca含量是解决H11模具钢中大尺寸夹杂物超标问题的主要攻关方向.

    H11模具钢冲击功非金属夹杂物裂纹萌生Ca处理

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    选区激光熔化构建17-4PH钢残余奥氏体梯度分布

    王岩田丰硕谢信亮韩李雄...
    134-144,184页
    查看更多>>摘要：马氏体沉淀硬化(17-4PH)钢广泛应用于压缩机叶轮、水翼等具有复杂结构的过流部件.选区激光熔化(selective laser melting,SLM)作为一种新兴的近净成形技术,其逐点逐层的扫描堆叠制造方式有助于通过拓扑设计优化零部件结构和实现复杂形状零部件的一体成形.采用"交叉双向式"和"双向式"两种扫描策略交替打印17-4PH钢,探究选区激光熔化构筑17-4PH钢中的残余奥氏体梯度分布方法.研究结果表明,通过调控扫描策略,改变了热量输入和散失方式,可以在17-4PH钢中实现残余奥氏体含量梯度分布.交叉双向扫描策略可有效细化马氏体晶粒,马氏体晶粒的大小与构建高度相关,残余奥氏体晶粒的大小与扫描模式和构建高度关系不大.交叉双向扫描形成的细小马氏体会对周围奥氏体产生附加应力,提高残余奥氏体稳定性,导致试样底部奥氏体较多.双向扫描冷却速度快,过冷度较大,马氏体转变的驱动力增大,消除相稳定,造成顶部马氏体较多,残余奥氏体少.随着堆积层数的升高,组织的冷却速度由慢变快,马氏体的转变程度增加,残余奥氏体含量减少.实现了17-4PH钢中奥氏体梯度组织的控制,这种梯度组织的制备为优化材料性能和实现多功能应用提供了新的途径.

    选区激光熔化17-4PH钢奥氏体马氏体梯度组织显微硬度

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    铜合金化对Fe-18Mn-0.6C TWIP钢低温韧性的影响

    齐程伟董福涛张文文代鑫...
    145-152页
    查看更多>>摘要：TWIP(twinning induced plasticity)具有高强塑性、高抗冲击韧性和高低温性能等优点.目前市场应用较多的是以Fe-18Mn-0.6C为基的TWIP钢.高性能TWIP钢的工业化生产和推广可实现中国钢铁产业品种规格齐全化和推广高附加值钢铁材料.通过一定的合金化设计进一步提升其低温/超低温强韧性,可成为能源储存及运输用钢的有效替代钢材.在Fe-18Mn-0.6C TWIP钢中加入了不同含量的Cu合金元素,通过拉伸试验和室温到低温/超低温冲击试验,结合OM、XRD、SEM和EBSD等表征,研究了Cu合金对热轧TWIP钢微观组织和力学性能的影响,特别针对Cu合金化对低温/超低温冲击韧性的提升作用.结果表明,试验采用的热轧TWIP钢为单一奥氏体组织,Cu合金对TWIP钢有明显的晶粒细化效果,同时又增加了晶界取向差的均匀性.未添加Cu的TWIP钢因其平均晶粒尺寸更大,表现出更高的应变强化效果,强塑性更高.Cu合金对TWIP钢冲击韧性的提升较为明显.随着Cu合金元素含量的增加,TWIP钢的冲击功逐渐增大;室温下含2.9%Cu(质量分数)的TWIP钢冲击功达到375 J.随冲击温度的降低,不含Cu的TWIP钢冲击韧性下降明显;而含Cu的TWIP钢在-180℃的超低温下冲击功仍然保持在200 J以上.这与Cu的合金化增加SFE、减少低温下SFE的下降、抑制ε-马氏体相变和提高低温下固溶强化效果有关.TWIP钢即使在低温下仍然可以保持韧性断裂特征,仅有不含Cu的TWIP钢在-180℃的超低温冲击后局部出现了少量脆性断裂形貌.

    TWIP钢Cu合金力学性能冲击韧性断口形貌

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    弛豫时间对EH47特厚止裂钢组织与性能的影响

    肖大恒李骞高擎周文浩...
    153-160页
    查看更多>>摘要：采用拉伸、冲击、无塑性转变(NDT)温度落锤等力学性能测试方法和光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射等显微组织分析手段,研究了EH47钢轧后弛豫60、180和360 s对特厚钢组织性能的影响.结果表明,弛豫时间为60 s和180 s的试验钢1/4厚度(t/4)处屈服和抗拉强度相差不大,分别为518、538 MPa和641、655 MPa,而弛豫时间为360 s时,试验钢t/4屈服和抗拉强度明显降低,分别为474 MPa和553 MPa.试验钢t/4低温韧性和表面P-2型NDT落锤性能随弛豫时间从60 s增加至360 s呈先降低后增加趋势.弛豫60、180和360 s的试验钢t/4处-40℃冲击功分别为248、78和340 J,钢板表面-50℃P-2型NDT落锤性能分别为无开裂、开裂和无开裂.显微组织表征结果表明,弛豫时间对试验钢表面至t/4位置的显微组织具有显著影响.弛豫时间为60 s时,试验钢表面为板条贝氏体,t/4位置为针状铁素体加贝氏体;弛豫180 s时表面为贝氏体和呈网状分布铁素体,t/4位置为少量准多边形铁素体加贝氏体;弛豫360 s时表面为多边形铁素体加少量贝氏体,t/4为准多边形铁素体加针状铁素体.进一步研究表明,弛豫时间为180 s的试验钢,由于沿晶界分布的网状铁素体的存在,在低温落锤冲击时,应变主要集中在晶界铁素体中,从而形成孔洞,这种网状分布铁素体中的孔洞很容易串联形成裂纹而开裂.

    止裂钢EH47特厚板弛豫无塑性转变多相组织

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    基于最薄弱环节理论的局部失效概率预测方法

    孙振铎吕松峰李伟庞彬...
    161-171页
    查看更多>>摘要：为了计算表面强化钢的疲劳极限和局部失效概率,基于渗碳CrMn钢、渗碳CrNiW钢和渗氮CrNiW钢,设计了1种光滑试样和2种缺口试样,开展3种钢材的超高周疲劳试验.使用扫描电子显微镜对疲劳断口进行观察,分析3种钢材的S-N曲线并确定其失效模式.在高应力状态下,试样主要发生由表面加工缺陷与表面夹杂诱发的表面失效,在低应力状态下,试样主要发生由内部夹杂、不均匀基体组织及碎化区诱发的内部失效.使用纳米压痕法对 3 种钢材由表及里的微观硬度进行测定,渗碳CrMn钢、渗碳CrNiW钢的渗碳层深度分别为 500 μm与900 μm,渗氮CrNiW钢的渗氮层深度为280 μm.基于最薄弱环节理论构建了表面强化钢的局部失效概率预测模型,采用建立有限元模型的方法对局部等效应力进行计算,优化表面-内部局部失效概率计算模型的参数计算方法,并对3种钢材的疲劳极限和局部失效概率进行计算.结果表明,模型所计算的疲劳极限和试验结果较为吻合,两者的最大误差为5.37%.该模型计算出的表面局部失效概率和试验结果较为接近,计算的内部局部失效概率和试验结果偏差较小.

    渗碳CrMn钢渗碳CrNiW钢渗氮CrNiW钢表面-内部失效失效概率预测模型

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    碳基多污染物净化工艺SO2、HCl的迁移及转化规律

    叶恒棣李俊杰倪桂虎孔镇...
    172-184页
    查看更多>>摘要：多污染物烟气碳基法净化工艺中,SO2与HCl的吸附、迁移和转化是对净化装置能否高效、安全、稳定运行的重要影响因素.以碳基法烟气净化工艺为研究对象,通过BET、XRD、FTIR和XPS等表征方法,研究了SO2和HCl在活性炭表面的竞争吸附规律,分析了不同吸附工艺中SO2、HCl的迁移与转化行为,核算了SO2在全流程中的物质流.研究结果表明,SO2和HCl在活性炭上的竞争吸附导致HCl在逆流活性炭工艺系统中存在富集现象,有可能影响脱硫脱硝装置的稳定运行.在碳基法侧向分层错流净化工艺中,活性炭料层分为前、中、后室,前室活性炭主要吸附SO2并快速移出塔体,带走吸附热量;中室活性炭下料速度较慢,用于吸附低浓度SO2和HCl;后室活性炭下料速度最慢,主要吸附HCl并直接排出塔体,不与高硫烟气再接触而发生氯化氢挤出效应,消除了SO2吸附热积聚及HCl富集现象.在碳基法侧向分层错流净化实际工程中检测烟气出口SO2 和HCl质量浓度(标准态)分别为4.4、2.4 mg/m3,脱SO2和脱HCl效率分别达到了99.3%和95.4%,实现了系统的高效稳定运行;同时该系统中SO2和HCl在"吸附-解吸-制酸"全流程工序中物质流保持平衡,并通过后续制酸和酸性废水提盐实现了硫元素和氯元素的资源化利用.

    活性炭SO2HCl竞争吸附迁移及转化烟气

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    利用高炉熔渣处理不锈钢酸洗污泥

    马叙叙顾宝澍宿珀诚王宁...
    185-193页
    查看更多>>摘要：不锈钢酸洗污泥是在不锈钢生产过程中对不锈钢进行酸洗与钝化处理产生的副产物,属于危险废物.提出了利用高温高炉熔渣处理不锈钢酸洗污泥的技术思路,有望实现不锈钢酸洗污泥的资源化利用.采用半球法测定不同配比酸洗污泥加入高炉渣中的熔点,结合FactSage绘制相图分析熔点变化的原因,并将制备的高炉渣微粉与425硅酸盐水泥按照一定比例掺混制备胶砂砌块.结果表明,熔渣熔点随着污泥配比增加而升高.随着不锈钢酸洗污泥配比的增加,熔渣CaO含量减少,导致熔渣熔点升高.不锈钢酸洗污泥中CaSO4等无机盐对高炉渣微粉制备过程起到了无机助磨作用.当不锈钢酸洗污泥掺加比例由0提高至5%时,高炉渣微粉的比表面积从379.70 m2/kg提高至415.28 m2/kg,胶砂砌块的7 d活性指数从79.45%提高至89.94%,28 d活性指数从94.64%提高至99.96%,均达到了S95矿渣微粉的要求.最后,以容积为1 680 m3的高炉为例,提出了利用高炉熔渣处理不锈钢酸洗污泥工业应用的初步设计,并进行了热量平衡计算.在考虑热损失和保证高炉渣不发生结壳现象的条件下,高炉熔渣富余的热量可以处理11.28%的不锈钢酸洗污泥,这为不锈钢酸洗污泥的工业应用提供了技术指导.

    不锈钢酸洗污泥高炉熔渣热力学计算高炉渣微粉胶砂砌块

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