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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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    变厚度轧制平面形状预测控制多段条元法

    杨实禹刘宏民王东城王国栋...
    94-103页
    查看更多>>摘要：纵向变厚度轧制是实现轧制产品轻量化、低损耗的有效技术手段.与常规轧制不同,纵向变厚度轧制过程中辊缝连续变化,导致轧制力、摩擦力、变形区长度等重要轧制参数随之改变,形成了非稳定的轧制状态,使轧后平面形状预测与控制更加困难.为解决变厚度轧制过程的平面形状预测难题,提出一种多阶段稳态化处理方法,将变厚度轧制区沿纵向划分为多个轧制阶段,各阶段近似为稳定轧制状态,使变厚度轧制平面形状预测问题转化为多阶段等厚稳定轧制的平面形状预测问题.再将各稳定轧制阶段沿横向划分为多个条元,根据条元变分法原理,将各条元节线的横向位移作为待定参数列出变形区内形变功率函数,根据能量趋小原理和变分法计算得到各条元节线轧制出口横向位移函数.再通过对各稳态轧制阶段整体进行变分计算,可得到条元节线轧后横向位移值.提出以条元边界的中点为平面形状特征点,将边部条元的特征点按稳态轧制阶段的划分顺序进行排列,可组成边部平面形状特征数列,实现对轧件边部形状的预测.基于金属体积不变原理,根据各条元的宽展和厚度可计算得出各条元的轧后纵向延伸值.将各阶段条元的纵向延伸按顺序排列并进行求和,得到各同位条元纵向长度.根据变形区内前后滑区金属流动特性,将变厚度轧制的轧后条元纵向长度分布转化为端部平面形状特征数列,实现轧件端部平面形状的预测.通过试验验证了此方法的正确性与可行性.

    轧制变厚度平面形状条元变分法纵向长度差

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    Mo对Nb-V-N微合金钢复合碳氮化物析出行为的影响

    侯蹬云张婧辛文彬赵志博...
    104-116页
    查看更多>>摘要：钢中微合金碳氮化物的析出行为与其强度直接相关,为揭示Nb-V-Mo-N四元微合金钢中MX(M为Nb、V、Mo,X为C、N)复合碳氮化物的析出规律,通过Thermo-Calc热力学计算软件分析了平衡条件下不同Mo含量微合金钢的析出热力学相图,MX第二相在奥氏体和铁素体基体相中的析出驱动力、界面能及合金元素在奥氏体中的固溶规律,并利用场发射扫描电镜、透射电镜及电子探针研究了非平衡条件下试验钢中MX碳氮化物的析出特征.结果表明,0Mo钢中MX碳氮化物主要有FCC_A1#1富Nb高温析出相和FCC_A1#2富V中温析出相,0.26Mo和0.50Mo钢则在此基础上增加了MC_ETA即(V,Mo)C低温析出相;当Mo质量分数由 0 增加到 0.50%时,FCC_A1#1和FCC_A1#2相的析出温度和最大析出量变化不明显,但有利于MC_ETA相析出.非平衡条件下,高温奥氏体区析出的富Nb-MX亚微米颗粒能够在钉扎晶界的同时,异质形核诱导针状铁素体形成;中温(奥氏体+铁素体)两相区相间析出和低温铁素体区任意析出的富V-MX纳米颗粒可与位错相互作用,有效阻碍其运动.此外,0Mo试验钢的室温组织由块状铁素体和珠光体组成,当Mo质量分数由0增加到0.26%时,钢中块状铁素体和珠光体所占比例减少,但促进了针状铁素体和少量贝氏体形成,当Mo质量分数进一步增加到0.50%时,铁素体占比明显减少而贝氏体增多;铁素体晶粒尺寸由(10.2±0.42)µm不断细化至(6.7±0.42)µm.试验钢的显微硬度由(223±13.8)HV0.1逐渐增大至(318±19.9)HV0.1,屈服强度和抗拉强度分别由(496±5.3)MPa和(618±9.7)MPa提高至(554±6.7)MPa和(823±13.3)MPa.通过发挥Nb-V-Mo-N四元微合金体系中各合金元素的协同作用,优化MX碳氮化物的析出,有利于提升工程结构用钢的强度.

    Nb-V-Mo-N微合金体系工程结构用钢MX复合碳氮化物显微组织力学性能

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    停冷温度对含Nb高强耐候钢组织性能的影响

    史根豪王恩睿张志强孙毅...
    117-124页
    查看更多>>摘要：高强耐候钢凭借其高强、耐候、轻量化的优势在结构钢中发挥着重要的作用,现阶段高强耐候钢通常采用高Ti的成分设计,但Ti含量过高不可避免地产生含Ti夹杂物从而恶化性能,因此这种高Ti含量的高强钢需要通过适当降Ti增Nb、优化控冷来弥补性能的缺失.针对不同停冷工艺下含Nb高强耐候钢,利用金相显微镜、扫描电镜及背散射电子衍射进行了微观组织表征,并测定了拉伸、冲击性能,分析了停冷温度对含Nb高强耐候钢微观组织和力学性能的影响.结果表明,在575～650℃的停冷温度范围内,各试验钢组织均为铁素体和粒状贝氏体.随着停冷温度的降低,铁素体的形貌由块状逐渐转变为针状,M/A组元的含量逐渐减少,平均晶粒尺寸细化.同时,屈服强度、抗拉强度、屈强比和冲击功均逐渐提高,伸长率逐渐降低.随着停冷温度的降低,晶粒细化效果显著,晶界强化所占比例逐渐增大,屈服强度逐渐升高;大角度晶界的数量增多,冲击裂纹扩展所需的能量增多,冲击功得以改善.同时,停冷温度降低,一方面使得M/A组元含量减少,应变硬化能力减弱,导致屈强比升高;另一方面,过冷度增大,使位错密度增加和晶粒尺寸减小,使位错滑移过程中的阻力增大,导致断后伸长率降低.对于本试验钢来说,停冷温度控制的最佳范围为600～625℃.

    Nb微合金化高强耐候钢停冷温度微观组织力学性能

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    锰元素添加对氧化铁皮共析转变的影响

    王畅韩赟于洋惠亚军...
    125-137页
    查看更多>>摘要：氧化铁皮结构控制是评价铁皮黏附力的重要指标,直接影响产品冲压过程铁皮掉粉量以及表面质量.目前高强系列钢种中普遍添加Mn元素提高产品强度级别,为了研究Mn元素添加对氧化铁皮结构以及共析转变的影响机理,以Mn质量分数为1.8%～1.9%的大梁钢和Mn质量分数为0.15%～0.25%的低碳钢为分析对象,首先利用热重分析仪和电镜分析手段观察了含Mn钢不同温度下FeO转变特点,分析发现高温下随着保温时间增加,在靠近Fe3O4交界的FeO层中氧含量容易达到过饱和状态而发生分解,形成以先共析Fe3O4层状转变为主的特点;低温条件下Fe离子迁移扩散速率降低表现为短距离扩散特点,FeO分解特点转变为中部析出花瓣状Fe3O4;同时明确了含Mn钢FeO共析转变的鼻尖温度在450℃附近,共析反应始于FeO和Fe3O4交界位置处,源自两相区的交界面处存在的相起伏与能量起伏为新相的形核和长大创造有利驱动力.对比含Mn钢(1.8%)和低Mn钢(0.18%)在450℃保温60 min下FeO的共析转变存在差异,含Mn钢FeO共析转变比例为18%而低Mn钢高达60%;含Mn钢的共析片层间距平均为350 nm而低Mn钢片层间距为250 nm.针对生产热卷样品铁皮结构分析发现,相同工艺条件下含Mn钢热卷铁皮中FeO比例存在升高趋势.结合扫描电镜和电子探针分析明确了含Mn钢FeO共析转变过程中共析组织(Fe3O4和α-Fe)存在明显的排Mn特点,引起临近区域未分解的FeO内Mn元素出现升高趋势;根据二元相图分析发现MnO在FeO中的溶解可以稳定FeO相,使相变驱动力减小,造成总体上含Mn的FeO共析转变得到抑制的现象.由此可见,针对含Mn高强钢(热系-冷系)需要考虑MnO-FeO对氧化铁皮结构转变的影响,冷轧高强钢从易破鳞酸洗角度,热轧黑皮钢从共析铁皮比例控制角度,结合热轧连续冷却特点,有差异性匹配卷取温度和冷却模式是下一步继续研究的方向.

    氧化铁皮共析转变Mn元素等温转变FeO

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    《中国冶金》杂志征稿启事

    137页
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    镁处理对船板钢中钉扎粒子的作用机制

    李慧蓉孙立根张鑫王博...
    138-150页
    查看更多>>摘要：镁处理可以大幅提高船板钢的大线能量焊接性.钢中加入镁一方面可以实现夹杂物的细化,提高了夹杂物对IAF诱发的概率;另一方面镁可以增强钢中第二相粒子的高温稳定性,有效抑制了大线能量输入下HAZ原奥氏体晶粒的粗化.其中钢中第二相粒子稳定的钉扎作用是镁氧化物冶金作用实现的关键,但相关领域的研究,特别是镁对钉扎粒子的影响机制还有待进一步深入.为此从不同焊接线能量的热模拟试验出发,系统分析了焊接线能量对钉扎粒子构成的影响,并结合粒子析出和MgO生成热力学、化合物晶体学关系和钢中元素的扩散行为等进行分析和讨论,以期确定镁对钢中钉扎粒子的影响机制.研究结果表明,对于镁处理船体钢,当焊接线能量超过200 kJ/cm时,钢中的钉扎粒子会出现部分解钉失效的现象.而随着焊接线能量的增大,HAZ中的钉扎粒子尺寸经历了先减小后增大的变化过程,并且焊接线能量越大,大尺寸的TiN粒子越多.此时的钉扎粒子多为以TiN-MgO-Al2O3为基体、表层附着部分含NbC的复合粒子.粒子析出热力学、MgO生成热力学、粒子析出错配度关系和钢中元素扩散系数分析结果表明,由于MgO生成和TiN析出的温度区间较为接近,且两者为共格析出,在长时间的高温作用下会生成MgO-TiN复合析出物,使钢中第二相粒子的高温稳定性大幅增强.基于焊接热模拟试验和理论分析结果可以看出,钢液经过镁处理后,在连铸和大线能量焊接过程中均有可能生成高温稳定的MgO-TiN-Al2O3复合粒子.但对于试验钢,钢中MgO的量远低于TiN析出量,TiN的溶解势必会影响钢中第二相粒子的钉扎效果,因此,提高钢中镁含量是提高镁处理船体钢大线能量焊接性的关键.

    镁处理钉扎粒子大线能量焊接船体钢氧化物冶金

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    热带海洋环境全浸区E690钢的局部腐蚀行为

    胡杰珍林国栋邓培昌吴敬权...
    151-157页
    查看更多>>摘要：随着海洋资源的不断开发和利用,高强钢的需求量不断提高.海洋平台的悬臂梁、桩腿和升降电动齿轮等都需要高强钢强度达到690 MPa以上,并且耐腐蚀性能要较好,E690钢是目前强度较高、综合性能优异的海洋平台用高强钢.随着海洋资源开发深度的不断提高,海洋平台用高强钢所处环境越来越严酷,在海水全浸区长期受到海水侵蚀和生物的污损,还要经受海浪、低温和海流等恶劣海况的破坏,其腐蚀问题越来越突出.基于阵列电极技术在湛江实海环境全浸区进行E690钢腐蚀暴露试验,通过对电连接状态下E690钢腐蚀速率、腐蚀形貌和极化曲线的测试与分析,研究了E690钢在实海环境全浸区电连接状态下的局部腐蚀行为.研究结果表明,在暴露试验初期,随着深度的增加,腐蚀电流密度增加,腐蚀速率提高.处于全浸区上部试样腐蚀速率出现最低值、下部试样腐蚀速率出现峰值,由于温度和溶解氧的影响,在电连接状态下,E690钢形成了宏观腐蚀电池,发生电偶腐蚀,下部试样作为阳极金属腐蚀速率较大,上部试样作为阴极受到保护,腐蚀较轻.随着暴露时间的延长,在试验后期,E690钢的腐蚀电流密度和腐蚀速率明显降低,腐蚀产物和附着生物对基体的保护作用,抑制了E690钢的阳极溶解反应,这是影响金属腐蚀的主要因素,电偶腐蚀影响较小.

    阵列电极技术E690钢全浸区电连接生物附着

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    激光选区熔化点阵结构316L不锈钢性能

    梁宽刘岩赵定国王书桓...
    158-168页
    查看更多>>摘要：针对桁架类结构压缩过程不稳定且力学性能不足的问题,基于板式蜂窝结构设计了一种类蜂窝桁架结构.通过调整结构高度给出高宽比分别为1.5、1.0、0.5这3种不同参数,并采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)的方式使用316L不锈钢进行结构制备;利用光学显微镜以及电子显微镜对样件内部组织进行分析,发现样件晶粒细小且内部缺陷少,没有宏观缺陷,整体成型质量良好;同时,通过理论、试验以及仿真手段研究了该结构的力学性能.研究结果表明,采用0.5、1.0、1.5这3种高宽比升级后的结构样件屈服强度分别为256、142、106 MPa,比原始结构分别增加了524%、306%、279%,其中以高宽比为0.5的样件性能最为优异;相同相对密度条件下,升级后样件的屈服强度比原始结构的提高了159%;随着高宽比的降低,样件压缩过程更加稳定,且其应力-应变曲线在屈服阶段趋于平缓.利用ABAQUS软件对升级后的结构进行准静态压缩模拟,通过模拟结果可以发现,高宽比为1.5的结构准静态压缩模拟过程不稳定,局部杆件出现紊乱现象;随着高宽比的降低,整个过程逐步稳定且杆件屈服强度提升.该有限元分析验证了调整结构高宽比可以改善构件压缩稳定性的观点,且模拟结果与试验结果相符.此蜂窝桁架结构的设计方式可以应用到其他桁架点阵结构的设计之中,同时该结构还能作为点阵结构的基本单元以及增材制造支撑单元,可以为提高点阵结构316L不锈钢样件的力学性能提供思路.

    激光选区熔化压缩性能结构设计缺陷检测弹性模量

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    EBSM成形24CrNiMo合金钢组织演变和摩擦磨损性能

    王岩郑浩高军恒魏瑛康...
    169-180,199页
    查看更多>>摘要：24CrNiMo合金钢具有优异的强韧性、淬透性和耐磨性,广泛应用于高速列车制动盘.铸锻造制备高速列车制动盘存在铸造缺陷、成品率低、成形结构受到限制等问题.电子束选区熔化(electron beam selective melting,EBSM)是一种以电子束为能量源,逐点、逐线、逐面扫描堆叠,成形三维实体的金属增材制造技术,对成形结构复杂、加工困难、精度高的零件一体化制备有着天然优势,可制备出晶粒尺寸细小、成分均匀、力学性能优异的金属材料.通过电子束选区熔化制备了24CrNiMo合金钢,探讨了在不同工艺参数下对试样致密度、显微组织、硬度和摩擦磨损的影响规律.研究结果表明,随着能量密度的增加,致密度有先增大后减小的趋势.在电流流束为13 mA、扫描速度为 5 m/s的工艺参数下成形试样的致密度和硬度最高,分别达到 98.96%和 355HV0.3.EBSM成形的24CrNiMo合金钢的显微组织主要由粒状贝氏体(GB)和准贝氏体(Bm)组成,基体为贝氏体铁素体(BF).随着能量密度的增大,热输入增加,晶粒取向由随机分布向(101)和(001)方向优先织构,晶粒尺寸逐渐增大,残余奥氏体含量增多.摩擦磨损试验发现能量密度为39 J/mm3的成形试样具有最高的耐磨性.磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损.残余奥氏体含量和缺陷是造成摩擦磨损性能不同的主要原因.为后续开展EBSM制备制动盘提供了一定的基础研究和理论指导.

    低碳合金钢增材制造工艺参数显微组织摩擦磨损

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    固溶Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni合金的微观结构和拉伸行为

    王耀勉张梦琦杨换平苏晓东...
    181-188页
    查看更多>>摘要：为了揭示Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni铁基形状记忆合金的微观结构和力学性能随固溶温度的变化规律,首先对其在950、1 050和1 100 ℃进行固溶处理,然后采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对合金的微观结构进行表征,并利用室温拉伸试验测试力学性能.试验结果表明,随着固溶温度升高,奥氏体晶粒尺寸显著增大,同时热诱发ε马氏体的片层长度和孪晶尺寸也随之增加.固溶合金主要由γ奥氏体和热诱发ε马氏体构成.当固溶温度提高到1 100 ℃时,在合金中出现了α'马氏体,这是比较新颖的现象.TEM分析证实α'马氏体可在热诱发ε马氏体的交叉处形成.拉伸试验表明 950℃固溶合金的屈服强度和抗拉强度最高,分别达到350 MPa和805 MPa,伸长率约为50％.当固溶温度升高至1 050℃时,由于晶粒尺寸增加导致强度降低,但伸长率可以达到70％以上.随着固溶温度进一步增加,合金的强度和伸长率均降低,但伸长率仍然高于60％.在塑性变形初期合金的加工硬化率显著降低,随应变继续增加,加工硬化率的降低逐渐趋于平缓.在相同的塑性应变下合金的加工硬化率随着固溶温度升高而降低.采用Hollomon方程对应力应变关系进行拟合,发现当塑性应变高于0.1后,合金的加工硬化指数随着固溶温度升高而增加.

    形状记忆合金铁基合金微观组织力学性能马氏体相变

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