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《钢铁研究学报》2017年29卷9期(摘要+全文下载)

2017-09-12 钢铁研究学报 钢铁研究学报
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超磁致伸缩材料的研究新进展

赵贵恒,刘永庆,张洪平

(钢铁研究总院功能材料研究所, 北京 100081)

摘要:近年来,稀土超磁致伸缩TbDyFe材料的研究进展迅速,既有新的研究方向如材料力学性能、合金的凝固过程、磁畴取向的分布、组分处于准同型相界的合金的性能等,也有传统的如热处理时施加高磁场及应力处理、新热处理方法等方面。此外,科研人员不断开发出新的稀土超磁致伸缩材料合金体系,即不同元素对TbDyFe体系的部分取代与添加,主要有Pr、Nd、Sm、Gd、Ho和Er等稀土元素及第八族的Co元素。

关键词:超磁致伸缩; Laves相; 力学性能; 磁畴取向; 定向凝固

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20170166

(2017, Vol. 29, No. 9, p689-696)

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MgO对赤铁矿粉矿烧结产物低温还原过程的影响

郭玉峰,郭兴敏

(1.北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083;2.江西理工大学冶金与化学工程学院, 江西 赣州 341000

摘要铁矿粉烧结中添加MgO有助于稳定磁铁矿和抑制二次赤铁矿的形成,可以改善烧结矿低温还原粉化性能,但其对烧结矿低温还原过程的影响尚不是十分明确。通过热重法测定不同MgO含量的烧结产物在550℃还原过程中质量的变化,定量地了解MgO对烧结产物低温还原性的影响。同时结合XRD和光学显微镜跟踪试样在还原前后矿物组成、结构及裂纹的变化,揭示了MgO改善烧结矿低温还原粉化的机理。结果表明,MgO对烧结产物低温还原过程的影响与Al2O3含量有关,不含Al2O3时,MgO抑制烧结产物的低温还原,添加Al2O3后,MgO对烧结产物低温还原的抑制作用减弱。另外,烧结产物还原过程中裂纹的形成与烧结产物的矿物组成及结构有关,适当的孔隙有利于减少裂纹的形成,这很好地解释了实际铁矿石烧结生产中添加少量的MgO可以改善烧结矿的低温还原粉化性。

关键词:MgO; 烧结矿; 低温还原粉化; 裂纹

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20170108

(2017, Vol. 29, No. 9, p697-703)

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改善超细铁精矿成球性能的实验研究

朱德庆,徐梦杰,潘建,杨聪聪,田宏宇

(中南大学资源加工与生物工程学院, 湖南 长沙 410083)

摘要针对超细粒铁精矿成球性能较差的问题,通过向西澳某超细磁铁精矿A中分别配加不同比例国产某磁铁精矿B或巴西某赤铁精矿C进行造球实验,研究其基本特性和静态成球性能。结果表明:混合铁精矿的成球性能明显高于超细磁铁精矿A单矿。超细磁铁精矿A单矿生球落下强度仅为3.2次/(0.5m),生球爆裂温度为470℃,配加质量分数为20%国产磁铁精矿或10%巴西赤铁精矿时生球落下强度均超过4次/(0.5m),爆裂温度高于500℃。优化配矿是提高西澳超细磁铁精矿生球性能的有效途径之一。

关键词:超细磁铁精矿; 配矿; 基本特性; 成球性能; 生球

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20160387

(2017, Vol. 29, No. 9, p704-710)

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添加城市污泥对烧结过程及烧结矿质量的影响

常进1,张新建1,刘清才2,任山2,王小青2,周健2

(1.首钢水城钢铁(集团)有限责任公司, 贵州 六盘水 553028;2.重庆大学材料科学与工程学院, 重庆 400044)

摘要首先通过化学分析和热重分析等方法对城市污泥的主要化学成分及燃烧特性进行分析研究。并将城市污泥按照质量分数为0%、3%、6%和9%的比例分别添加入烧结原料中,研究添加城市污泥对烧结过程主要技术经济指标、烧结矿物相组成及机械强度的影响。结果表明:污泥的燃烧热值为5325.66kJ/kg,即1kg污泥相当于0.182kg标准煤,污泥的添加有利于减少烧结燃料的使用。随着烧结原料中污泥添加量的增加,烧结矿中铁酸钙含量呈现先增大后减小的趋势。当添加污泥的质量分数为6%时,烧结矿中铁酸钙含量达到最大值。当添加污泥的质量分数小于3%时,随着污泥的加入,烧结矿的烧成率、成品率、利用系数、落下强度以及转鼓指数都逐渐提高,之后均开始缓慢降低;而垂直烧结速度随着污泥的添加量的增加,呈现先减小后增大趋势,在添加污泥的质量分数为3%时达到最小值。

关键词:城市污泥; 烧结矿; 机械强度; 物相组成

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20160371

(2017, Vol. 29, No. 9, p711-716)

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气泡和液滴的碰撞和聚合现象

倪冰1,罗志国2,张涛2,杨伟栋2

(1.钢铁研究总院冶金工艺研究所, 北京 100081;2.东北大学冶金学院, 辽宁 沈阳 110004)

摘要采用水模型实验和高速摄像技术模拟了钢液中气泡与液滴碰撞聚合的现象和机理。根据韦伯数We和碰撞参数B的关系,气泡和液滴的碰撞结果分为聚合、反弹和拉伸分离3种。聚合分为靠近碰撞、形成液膜、形成稳定接触面、滑移、稳定上浮等过程;反弹分为靠近碰撞、形成液膜、滑移分离等过程;拉伸分离分为靠近碰撞、形成液膜、形成接触面和共同体、形成颈部、断裂等过程。当We很小时,气泡和液滴会发生聚合。随着We的增大,B适中时,两者聚合;B过小,两者反弹;B过大,两者拉伸分离。在实验的We范围内,3种结果中聚合情况最多。由此,根据相似性可以解释在钢液中少见液滴夹杂物的原因。

关键词:气泡; 液滴; 夹杂物; 碰撞; 聚合

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20160330

(2017, Vol. 29, No. 9, p717-723)

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凝固过程重轨钢中MnS粒子形核与长大动力学分析

张学伟1,张立峰1,杨文1,王祎1,董元篪2,李扬洲3 

1.北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083;2.安徽工业大学冶金工程学院,安徽 马鞍山 243032;3.攀枝花钢钒有限公司提钒炼钢厂, 四川 攀枝花 617000

摘要利用经典形核理论和扩散控制长大模型计算分析了重轨钢中MnS粒子析出的动力学行为,计算结果表明,MnS粒子在重轨钢凝固过程以均匀形核和晶界形核为主,主要在凝固末期析出。在设定的重轨钢成分下,计算出MnS的有效形核温度为1634K,即Mn、S实际浓度积等于平衡浓度积。降低S的质量分数小于5.0×10-5能够推迟MnS接近固相线析出,而对MnS的长大半径影响较小;提高冷却速率从0.14K/s到1.45K/s,连铸坯内柱状晶区中MnS的长大半径比中心等轴晶区的大1个数量级,但对MnS的析出时机无影响。S元素是MnS在凝固过程中粗化长大的控制性环节,在凝固过程冷却速率对MnS粒子长大半径起着决定性的作用。

关键词:MnS粒子; 形核长大; 动力学; 凝固过程; 重轨钢

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20160402

(2017, Vol. 29, No. 9, p724-731)

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锌对捣固焦和顶装焦气化反应的催化作用

王杰,王炜,徐润生,戴柏文,余岳,薛正良

(武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室, 湖北 武汉 430081

摘要采用液相吸附法研究了不同温度、富锌量等条件对捣固焦和顶装焦气化反应的影响,并结合XRD、扫描电子显微镜和光学显微镜对比分析了锌对2种焦炭气化反应后的微晶结构、显微结构、孔结构的影响。研究结果表明,升高温度和增大富锌量均能使焦炭反应性增大,反应后焦炭强度减小。反应温度低于1000℃时,锌对焦炭气化反应的影响较小,而在1100℃时,2种焦炭的反应率随富锌浓度的增大快速增大,且富锌后顶装焦的反应率比捣固焦高约1%~2%。XRD分析表明,锌对焦炭有序化微晶气化反应的催化作用大于无序化微晶,从而导致气化反应后焦炭微晶片层的堆积高度减小,石墨化程度降低。结合扫描电子显微镜和光学显微全景图发现,锌在催化焦炭气化反应过程中孔壁变薄甚至消失,孔面积和孔直径增大,孔的贯穿连通程度加大,为锌蒸气的渗透和气化反应的动力学提供有利条件,导致反应进一步被加剧,但捣固焦较致密的孔结构使其在气化反应中具有优于顶装焦的抗锌催化能力。

关键词:捣固焦; 顶装焦; 锌; 气化反应; 催化作用

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20160300

(2017, Vol. 29, No. 9, p732-738)

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镀锌机组带钢表面拉矫色差的分析及改进

杨杰1,程正中1,胡琦1,汪磊川2,张战果2,付愚3

1. 中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院, 湖北 武汉 430074;2. 武钢股份有限公司冷轧薄板厂, 湖北 武汉 430083;3. 湘潭医卫职业技术学院, 湖南 湘潭 411100

摘要冷轧镀锌机组的带钢在拉矫过程中,拉矫机机辊和带钢上成组出现宽度约为100mm的明暗相间色差条纹。为了减轻色差影响,结合带钢拉矫的力学基本理论,通过微观的角度对色差机理进行了研究,并采用Solidworks软件对拉矫设备进行了1∶1的实体模型建立。然后基于实际生产工况,采用ANSYS/Workbench软件对带钢拉矫过程进行建模优化并进行了全面的有限元数值模拟分析,确定了镀锌带钢拉矫色差的主要成因机理。最后,采用Workbench的目标驱动优化组件,以带钢表面应力分布最均匀化为目标,对支承辊辊组的结构分布以及带钢拉矫工艺参数进行了优化设计及对比验证分析,优化后带钢表面的应力分布最大差值降低了69.77%。最终提出了镀锌机组拉矫色差缺陷的改善与控制策略。

关键词:拉矫机; 带钢色差; 微观分析; 有限元分析; 优化

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20160306

(2017, Vol. 29, No. 9, p739-748)

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氢对套管钻井钢Ⅰ/Ⅲ复合型断裂韧性的影响

许天旱1,冯耀荣2,王党会1

(1. 西安石油大学材料科学与工程学院, 陕西 西安 710065;2. 中国石油集团石油管工程技术研究院, 陕西 西安 710077)

摘要利用SEM、疲劳实验机等研究了氢对套管钻井钢Ⅰ/Ⅲ复合型断裂韧性的影响。结果表明:充氢均使得Ⅰ型J积分JⅠ和Ⅲ型J积分JⅢ之间比例系数减小,即随着Ⅲ型载荷分量的增加,JⅠ降低量相同,充氢试样JⅢ增加更少,从而导致总J积分JT降低更多。充氢使得3种组织套管钻井钢纯Ⅰ型断裂韧性显著降低;通过外延法推测出,氢也使得纯Ⅲ型断裂韧性降低,当裂纹倾角为45°时,氢使得回火马氏体钢的Ⅲ型断裂韧性降低最显著。对于不同组织钢来说,回火马氏体钢对氢最敏感,铁素体-贝氏体-马氏体钢次之,珠光体-铁素体钢抗氢影响能力最强。相比未充氢试样,预充氢试样断口台阶表面显著更平整,这与充氢试样导致套管钻井钢具有更低的断裂韧性是一致的。

关键词:套管钻井钢; 氢; 显微组织; 断裂韧性; Ⅰ/Ⅲ复合型

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20170051

(2017, Vol. 29, No. 9, p749-755)

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H13钢高温压缩过程中温升对其变形行为及组织的影响

樊明强1,3,毛磊1,2,张雲飞3,田志强3,孙中华3,秦森1

(1.河北科技大学材料科学与工程学院, 河北 石家庄 050018;2.河北地质大学, 河北 石家庄 050031;3.河钢集团钢研总院, 河北 石家庄 052165)

摘要根据热锻工艺温度-时间特征,利用Gleeble-3800热模拟试验机对H13钢进行高温压缩试验,在变形温度为800~1100℃,变形速率为0.1~10s-1条件下获得真应力-真应变曲线。试验结果表明:压缩过程中,外力做功会导致样品温度升高,温升幅度随变形速率的增加而增大,在较低温度下变形时温升更为显著,这部分温升有利于促进动态再结晶的软化过程。由此导致900℃以下变形的试样在更小应变下就可发生再结晶,其峰值应力不会随变形速率升高而增大,甚至略微降低,呈现出较好塑性。相同变形温度下,变形后的晶粒尺寸随温升幅度的增加而增大。 

关键词:H13钢;热压缩变形;温升;峰值应力;峰值应变;动态再结晶

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20160319

(2017, Vol. 29, No. 9, p756-761)

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带钢氧化膜受压断裂实验及数值分析

王斌1,叶东东1,陈建钧1,孙权2,安琦1

(1.华东理工大学机械与动力工程学院, 上海 200237;2.嘉兴学院机电工程学院, 浙江 嘉兴 314001))

摘要为了研究拉矫破鳞过程中,压应力对氧化膜剥落的作用,建立了氧化膜的薄板模型,推导出氧化膜长度与临界荷载之间的关系,利用差分法理论计算出失稳条件下的临界荷载公式。模型中的材料参数氧化膜弹性模量由纳米压痕实验测得为145GPa,基体与氧化膜的结合力系数由拉伸实验测得为18.2MPa/m;利用拉矫破鳞机对带钢施加100、150、200MPa的压应力作用,通过金相实验观察统计出断裂后的残余长度,并与理论计算的残余长度进行对比,验证得到拉矫破鳞实验得出的断裂长度与差分法理论计算出的残余长度的结果相差小于12%。研究表明氧化膜受压断裂,理论推导出的临界残余氧化膜长度与实际受压断裂氧化膜长度相近;临界荷载公式表明压应力与残余氧化膜最大长度呈平方反比关系。

关键词:氧化膜; 压应力剥落; 纳米压痕法; 薄板模型; 临界荷载; 差分法

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20160340

(2017, Vol. 29, No. 9, p762-767)

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相变潜热对Ф160mm GCr15轴承钢棒材控冷工艺的影响

张少军1,于洪洋1,朱冬梅1,倪彬彬2,刘国勇1,蒋红3

1.北京科技大学机械工程学院, 北京 100083;2. 浙江网新恒天软件有限公司, 浙江 杭州 310000;3. 博宁福田智能通道有限公司, 山东 青岛 266000

摘要利用MSC.Marc软件,对直径Ф160mm GCr15轴承钢喷水冷却过程的温度场进行模拟分析。利用编写的ufilm和flux子程序,将相变潜热以内热源的方式添加到温度场。通过分析棒材在不同相变潜热取值下沿径向的温度变化情况,理论探讨了相变潜热对控冷工艺的影响。结果表明:相变潜热显著减缓了棒材的冷却速度,且越接近棒材芯部相变潜热引起的温升越大。考虑相变潜热时,原来的控冷方案不满足工艺要求。因此,在模拟研究控冷时,就本文理论探讨的GCr15轴承钢棒材的控冷工艺来看,相变潜热不应忽略。

关键词GCr15; 温度场; 数值模拟; 相变潜热; 控冷工艺

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20170017

(2017, Vol. 29, No. 9, p768-772)

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