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当期目录

2022年 第38卷 第6期    刊出日期:2022-12-05
上一期   
转炉及电炉冶炼
电弧炉终点碳含量预测模型的构建与分析
张家磊, 李占春, 石晨敏, 张锦鹏, 胡 适
2022, 38(6):  1-5. 
摘要 ( 19 )   PDF (1224KB) ( 11 )  
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现有的电弧炉终点碳预测模型大多忽略了电弧炉内余钢量中剩余的碳质量对下一炉次终点碳含量的影响,且电弧炉冶炼时渣层较厚,冶炼时钢水翻滚剧烈致钢水成分不均匀,电弧炉终点取样检测出的碳含量与钢水中实际的碳含量会存在较大的偏差,若直接使用电弧炉取样的碳含量作为分析数据,模型的预测值往往与钢水中实际的碳含量存在偏差。针对以上问题,首先利用多元线性回归算法计算钢铁料的收得率,推出每炉的余钢量,然后利用BP神经网络提出了一种关于电弧炉终点碳含量的预测方法,试验分析表明模型终点碳质量分数预测值与实际值误差在±0.02 %内的命中率达到了92 %,具有较高的预测精度。
凝固与浇铸
镁处理对AISI4130钢组织及夹杂物的影响
刘 颖, 刘建华, 何 杨, 谢仲豪
2022, 38(6):  6-13. 
摘要 ( 19 )   PDF (4104KB) ( 9 )  
相关文章 | 计量指标
提高铸坯等轴晶比例、细化组织对提高钢的力学性能具有重要意义。对AISI4130钢进行镁处理试验,采用SEM、低倍组织观察及微观组织分析,分析镁对钢中夹杂物控制、凝固组织及微观组织影响的内在机理。研究表明镁处理后铸锭等轴晶比例增加,平均晶粒尺寸减小;当镁质量分数在0.002 %~0.006 %时,等轴晶比例随镁含量增加而增加;镁处理后钢中Al2O3、MnS变质为Al-O-Mg-Mn-S复合夹杂物,镁含量较高时MgS-MnS成为钢中最主要夹杂物;镁处理后钢中1~2 μm的夹杂数量密度明显增加,5 μm以上的夹杂物占比显著降低;镁处理试样组织中有明显以镁氧化物复合夹杂粒子为核心长大的针状铁素体,镁质量分数为0.009 %和0.023 % 的AISI4130铸锭显微组织为相互交错的细小针状铁素体组织,冲击韧性显著提升,冲击功平均值约为镁处理前AISI4130钢的3倍。
镁处理18Ni350超高强钢中非金属夹杂物析出热力学分析
朱 杰, 刘韶华, 冯胜强, 明 珠, 屈天鹏, 王德永
2022, 38(6):  14-21. 
摘要 ( 23 )   PDF (1911KB) ( 8 )  
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针对18Ni350钢中非金属夹杂物的形成过程和条件,基于吉布斯自由能最小原理,利用热力学软件FactSage对该钢种特定成分条件下平衡凝固过程及非金属夹杂物析出热力学行为进行了系统分析,研究成分变化对于析出物析出特征的影响规律。同时采用ASPEX和SEM-EDS对镁处理前后试样中的非金属夹杂物的成分、尺寸分布特征进行了检测分析,镁处理前后试样中夹杂物均以Al2O3-Ti2O3系为主,镁处理可以较好地细化试样中夹杂物,夹杂物主要以MgAl2O4为核心,对于复合夹杂物的形成起到了异质形核作用。研究结果对于指导18Ni350钢中非金属夹杂物的形成和控制具有重要的理论指导。
吹氩连铸结晶器内渣金界面乳化行为的试验研究
熊永涛, 姚毓超, 刘中秋, 谢广烁, 李宝宽
2022, 38(6):  22-28. 
摘要 ( 22 )   PDF (994KB) ( 7 )  
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降低连铸结晶器渣金界面乳化程度对减少卷渣、提高铸坯质量至关重要。为了揭示乳化行为的形成机理及乳化的流型结构,采用水模型试验研究了吹氩连铸结晶器内渣金界面的乳化行为,分析了结晶器断面尺寸、拉速、吹氩量和水口插入深度对渣层乳化行为的影响。结果发现:渣相中氩气泡及液滴的停留以及渣金界面剧烈波动都会促进乳化现象的产生。乳化完全后会出现光滑分层流、絮状分层流和絮状波动乳化流三种流型结构。通过分析渣层厚度和液面波动,发现减小结晶器断面尺寸、增加拉速、提高吹氩量和降低水口插入深度均会加剧渣金界面的乳化。
板坯连铸中间包内控流装置优化的物理和数值模拟
常茜萱, 谭 憧, 刘 畅, 肖爱达, 王 强, 李光强, ​
2022, 38(6):  29-37. 
摘要 ( 30 )   PDF (1739KB) ( 18 )  
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为优化连铸中间包内钢液的流动形态以有效去除非金属夹杂物,提出了一种带有不同孔径的多孔控流器。以某钢厂70 t两流板坯连铸中间包为原型,搭建1∶4的水力学模型测量RTD曲线,建立三维数值模型分析流场,研究了拉速和控流器安装位置对中间包钢液流动特性的影响,得到最佳控流装置组合。结果表明:安装控流器的中间包内钢液流动状态得到改善,运动轨迹得以延长,钢液平均停留时间增大,死区体积分数减小。当控流器与挡墙间距为150 mm时,安装孔长径比Sf=4的控流器效果较佳。拉速分别为1.0、1.2、1.4 m/min时,死区体积分数分别减小了17.42 %、15.55 %、28.72 %,峰值时间分别延长了75、41、56 s,平均停留时间分别延长了78、87、126 s。
超宽板坯连铸机结晶器长寿化技术研究与实践
武郁璞, 刘少伟, 张胜伟, 王向松, 刘 帅
2022, 38(6):  38-41. 
摘要 ( 16 )   PDF (891KB) ( 5 )  
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针对超宽板坯连铸机结晶器铜板磨损严重的问题,结合生产现场实际情况分析原因并提出改进措施。通过控制足辊跳动量不大于0.5 mm,提升扇形段0段、1段对弧精度至±0.30 mm,显著减轻了结晶器宽面的磨损;铜板镀层材料使用钴镍合金,表面处理应用热喷涂表面改性技术,并增加热处理工艺,镀层最高硬度由276 HV提升至391 HV,提高了41.7 %,增强了镀层耐磨度。采用以上措施后,超宽板坯连铸机结晶器使用寿命可以稳定在800炉以上,改进效果明显。
提高VD工艺钢包自开率的生产实践
李尚兵, 陈远清, 耿恒亮, 白晓路, 吕本超
2022, 38(6):  42-45. 
摘要 ( 19 )   PDF (708KB) ( 4 )  
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针对某钢厂经VD工艺60 t钢包自开率偏低问题,分析了影响钢包自开的热修作业、水口座砖材质、钢种、钢包温度、钢水镇静时间、钢包盛钢时间等影响因素。由于钢包经过VD精炼盛钢时间长,导致引流砂烧结层厚而钢包自开率低。通过对引流砂材质进行优化改进并进行对比试验,改进后的引流砂经过VD工艺钢包自开率达到99.38 %的良好效果。
低铝无取向硅钢结晶器液面波动及水口结瘤控制
周彦召, 赵家七, 马建超, 詹 侃
2022, 38(6):  46-51. 
摘要 ( 26 )   PDF (1034KB) ( 7 )  
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通过能谱和物相分析对水口结瘤物和冶炼过程钢液夹杂物进行研究。结果表明W800低铝无取向硅钢结晶器液面波动幅度大主要是Al2O3类夹杂物在浸入式水口聚集造成的。从RH破空到钢液进入中间包的过程中,随着炉渣氧化性增加,Al2O3类夹杂物的密度逐渐增大。当炉渣w(CaO)/w(Al2O3)≤1.7时,随着w(CaO)/w(Al2O3)增加,FeO的活度逐渐降低,进而Al2O3类夹杂物的密度也逐渐减少。Al2O3类夹杂物的增加主要来自炉渣对钢液的二次氧化。塞棒吹氩流量小,夹杂物会在水口内壁聚集;吹氩流量过大,会引起结晶器液面波动幅度大,合适的塞棒氩气流量可以有效地控制结晶器液面波动幅度。通过炉渣成分控制和塞棒氩气流量调节,W800钢液的洁净度显著提高,中间包钢液的夹杂物数量密度从0.41个/mm2减少到0.35个/mm2,结晶器液面波动控制±1.5  mm内的比例明显提高,达标率稳定在90 %以上。
产品工艺与质量控制
淬火轨冶炼过程中典型夹杂物变化规律的研究
朱 君, 杨吉春, 樊志明, 谌智勇
2022, 38(6):  52-57. 
摘要 ( 15 )   PDF (2318KB) ( 3 )  
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为研究淬火轨冶炼过程中典型夹杂物的变化规律,进一步提高钢中非金属夹杂物控制水平,以国内某钢厂“150 t转炉炼钢→150 t LF精炼→VD脱气→280 mm×380 mm方坯连铸”工艺生产的淬火轨为研究对象,对冶炼过程系统取样,结合氧氮分析、钢液成分分析以及钢中非金属夹杂物分析,从夹杂物成分、数密度和尺寸等方面研究其变化规律。研究结果表明,淬火轨冶炼过程氧氮含量和夹杂物数密度持续降低,夹杂物去除效果明显;LF进站钢中典型夹杂物主要成分为SiO2-MnO-Al2O3,主要是转炉采用硅锰脱氧合金化产生的脱氧产物;LF合金化后典型夹杂物主要成分为CaO-SiO2-Al2O3-MgO,夹杂物中CaO和Al2O3含量显著升高,SiO2和MnO含量降低,主要是合金辅料带入的Ca和Als与钢中的溶解氧或氧化物夹杂发生反应所致,MgO含量升高与钢包耐火材料侵蚀有关;LF出站钢中典型夹杂物主要成分为CaO-SiO2-Al2O3-MgO,夹杂物中CaO和MgO含量升高,Al2O3含量降低,主要是钢渣反应以及钢液和耐火材料作用向钢液传递的结果;铸坯内弧1/4处典型夹杂物内核为Al2O3-MgO,外层为Al2O3-SiO2-CaO;受合金辅料的加入以及夹杂物的生成与夹杂物的聚集上浮等诸多因素影响,夹杂物尺寸在一定范围内随时间呈周期性波动。LF和VD阶段,由于软吹促使夹杂物聚集上浮,夹杂物数密度降低、尺寸增大;中间包内夹杂物尺寸较稳定,连铸过程由于夹杂物碰撞聚集,使铸坯中夹杂物尺寸明显增大;轧制过程中部分尖晶石类夹杂物发生脆断,导致夹杂物平均尺寸降低,而数量略有增加。因此,严格控制硅铁和硅钙钡中的Als,以及辅料中其它杂质含量,对提高淬火轨洁净度有重要作用。
EAF→LF→VD→CC流程SAE8620RH齿轮钢中夹杂物分析
刘 新, 战东平, 姜周华, 张慧书, 安 杰, 李 涛, 孙大利, 吴 昱
2022, 38(6):  58-65. 
摘要 ( 19 )   PDF (2492KB) ( 11 )  
相关文章 | 计量指标
针对国内某钢厂采用EAF→LF→VD→CC流程生产的SAE8620RH齿轮钢中夹杂物,通过SEM-EDS和热力学计算研究了夹杂物的形成机理和演变规律。结果表明,钢中的复合夹杂物主要是以MgO·Al2O3为核心外部包裹CaS的复合形式存在。LF精炼初期夹杂物主要为MgO·Al2O3,外部包裹有少量的CaS;经过钙处理后,部分MgO·Al2O3被改性为液态钙铝酸盐;经VD真空处理后,MgO·Al2O3外部包裹的CaS比例明显增加;铸坯中MgO·Al2O3外部重新析出MnS,形成MgO·Al2O3-(Ca,Mn)S。当钢液中的w(Al)=0.03 %时,w(Mg)=1.85×10-6就可以生成MgO·Al2O3。在LF精炼初期,CaS主要是[S]和[Ca]直接反应生成,而在VD真空过程中,钢液中的[S]和[Ca]会进一步反应生成CaS,并且MgO·Al2O3外部的钙铝酸盐也会与[S]反应形成CaS。
锡在易切削钢中的赋存形式及对切削性能影响
徐 康, 胡绍晖, 徐翔宇, 付建勋, 沈 平
2022, 38(6):  66-72. 
摘要 ( 12 )   PDF (1836KB) ( 2 )  
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锡系易切削钢是有望替代铅系易切削钢的新型环保型易切削钢,而锡在钢中的赋存状态是影响钢切削性能的重要因素。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等表征方法,分析了锡在高硫易切削钢中的赋存状态,以及锡含量对易削钢切削性能的影响。研究发现含锡钢中未见明显的锡析出相,锡主要固溶于钢基体中,且更倾向固溶于铁素体中,锡使铁素体的晶格发生畸变。通过切削加工对比测试,结果显示,切削速度560 r/min下,锡质量分数从0增加到1 600×10-6,C型断屑占比由60.19 %达到90.29 %,锡含量增加对C型断屑占比有明显的提升作用。在切削同一个试样时,切削速度560 r/min相比其他两种速度,C型断屑的占比也最大,在此转速下的切削性能要更好。此外,锡的添加使切削加工后样品表面粗糙度减小,表面质量更好。通过显微硬度测试随着锡添加质量分数从0提高到1 800×10-6时,维氏硬度从118.2  HV上升到143.1 HV,Sn在钢中的固溶使偏软的钢基体硬度得到提升,从而使钢的切削性能明显提升。 
X70MS管线钢抗HIC性能研究
钟华军, 姜 敏, 刘佳明, 姜金星, 刘 帅, 王新华
2022, 38(6):  73-79. 
摘要 ( 20 )   PDF (2269KB) ( 7 )  
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X70MS管线钢主要用于输送含有H2S等酸性介质的石油和天然气,由于其特殊的服役环境,因此需要管线钢具有非常良好的抗HIC性能。为了降低X70MS管线钢的HIC敏感性,提高其服役安全性,采用NACE TM 0284-2016氢致开裂标准试验方法,对X70MS管线钢的抗HIC性能进行了研究。结果表明:X70MS管线钢的组织为铁素体、贝氏体以及M/A岛;HIC试验中,裂纹的各个指标参数均符合国内西气东输工程用X70管线钢评定标准的要求,具有良好的抗HIC性能;HIC裂纹是由Al2O3夹杂物以及铸坯中C元素偏析遗传到钢板中形成大块状的M/A岛富碳组织所致,Al2O3夹杂物与M/A岛组织相互间的耦合作用会加剧X70MS管线钢抗HIC性能恶化,并且M/A岛组织数量、分布、尺寸是影响X70MS管线钢抗HIC性能的重要因素。
节能环保
粉煤灰改质AOD渣胶凝性能的研究
高朝辉, 张延玲, 武绍文, 吴耀庭
2022, 38(6):  80-87. 
摘要 ( 17 )   PDF (5419KB) ( 3 )  
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随着我国不锈钢产业的加速发展,不锈钢渣堆存量逐年增加且难以利用。利用不锈钢渣制备水泥填充料是将其大量消纳的有效途径。通过掺入粉煤灰对AOD渣进行组分改质,研究了粉煤灰改质AOD渣制备水泥填充料的胶凝性能。结果表明,AOD渣掺入粉煤灰高温改质后经水淬急冷可以形成玻璃态物质,随着粉煤灰掺量增加,改质AOD渣中玻璃态物质含量增加,当粉煤灰的质量掺比达到35 %时,改质AOD渣中均为玻璃体物质。胶凝材料力学性能和Cr浸出浓度分析表明,改质AOD渣掺量为20 %时,复合水泥胶凝材料28天抗压强度为54.4 MPa,达到P.C 52.5水泥的标准;Cr浸出浓度随改质AOD渣掺量减少而降低,均低于0.15 mg/L。改质AOD渣可安全应用于建筑材料领域,实现废弃物资源化利用。