钢铁研究学报

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• 超薄因瓦合金带材研究进展

  马静¹, 商春磊², 张泽霖², 贾东锋¹, 何利军¹, 李艳婷¹, 汪水泽², 吴宏辉²

  因瓦合金以其极低的线膨胀系数和优异的软磁性能而闻名,已广泛应用于精密光学、微电子、磁屏蔽和航空航天等行业。本文重点介绍超薄因瓦合金带材产品,这类产品对于精密金属掩模版和精密机电元件等高端应用至关重要。文中系统总结了包括电铸、精密冷轧以及后续表面质量强化工艺在内的先进制造技术,并对其制造机制、技术优势和现有局限性进行了比较。此外,本文还全面综述了织构调控、退火参数控制、脉冲电流辅助处理和氢气退火等关键性能优化策略,以阐明因瓦合金带材强化和软磁性能增强的内在机制。研究人员特别关注高纯冶金在确保超薄产品表面无缺陷和尺寸稳定性方面日益增长的重要性,目前其制备技术已成为关键瓶颈。总体而言,精确控制工艺参数、高洁净度冶炼以及多性能协同优化的举措是实现超薄因瓦合金高性能的关键。

• 基于漩涡分布的KR铁水预处理工艺参数优化研究

  陈威¹, 刘珍童², 赵艳宇², 张立峰¹

  KR铁水预处理过程中,搅拌桨旋转形成漩涡的分布对脱硫效率有着重要影响。为增大脱硫剂的离散程度以提高脱硫效率,本研究通过建立三维数值模型系统探究了不同搅拌参数下铁水包顶部漩涡的三维分布特征以及铁水包内的多相流场分布规律。研究利用水模型的测量结果,验证了所建三维数值模型的准确性。结果表明,漩涡底部是否到达搅拌桨顶部是影响铁水包内流态及脱硫剂离散程度的关键因素。铁水包内流体流速随搅拌桨转速的增大而增大,但单纯提高转速无法完全消除搅拌桨底部的死区。铁水湍动能耗散速率与转速的二次方成正比,且当转速大于90 r/min时,湍动能耗散速率与搅拌桨浸入深度成正比;当转速小于90 r/min时,湍动能耗散速率随浸入深度的增大无明显变化。基于转速、浸入深度与湍动能耗散速率的关系式及湍动能耗散速率与漩涡深度的关系式,本研究推导得到了不同搅拌桨浸入深度下漩涡底部到达搅拌桨位置的临界转速计算公式。该临界搅拌参数计算关系式可为匹配合理的搅拌桨转速与浸入深度提供理论指导,进而实现脱硫效率的提升。

• 高废钢比转炉适宜渣料加入量预测模型的建立与应用

  辛宇^1,2, 韩啸^1,2, 何志军^1,2, 杨鑫^1,2, 朱海琳^1,2, 乔西亚^1,2

  在钢铁工业低碳转型的背景下,转炉高废钢比冶炼面临能耗失衡与渣料成本失控的双重挑战。针对120 t转炉在高废钢比工况下渣料加入量控制不稳定、能耗计算偏差较大的问题,本文通过解析转炉冶炼过程中的热-料-氧耦合关系,阐明了高废钢比条件下熔池热量需求、渣料消耗及热补偿之间的内在关联机制。研究通过数据预处理整合1 200炉次生产关键数据,构建起“机制模型-智能算法”相融合的渣料适宜加入量预测与优化体系。通过皮尔逊相关性分析结合递归特征消除算法,筛选出钢水量、铁水Si含量等8 个关键特征参数,并对反向传播(BP)神经网络、粒子群优化反向传播(PSO-BP)及遗传算法优化反向传播(GA-BP)模型开展对比与优化研究。结果表明,GA-BP模型性能最优,其渣料加入量预测的平均绝对百分误差为0.13%,均方根误差为208.03。该模型已成功应用于生产现场,且预测效果良好,可为转炉高废钢比冶炼的绿色高效生产提供有效的技术支撑。

• 基于AE-CDGWO的电炉硅收得率预测模型

  刘南吕¹, 胡航¹, 彭杨², 张都², 郭宇峰¹, 杨凌志¹

  针对电炉炼钢硅元素收得率预测精度不足及传统灰狼优化算法(GWO)易陷入局部最优的问题,本研究提出混沌动态灰狼优化算法(CDGWO),融合自编码器(AE)构建集成预测模型。首先利用AE重构冶炼数据特征并降噪,进而设计CDGWO算法。采用Tent混沌映射初始化种群增强全局搜索,设计非线性收敛因子,引入δ狼Levy飞行机制使其在停滞期能够逃离局部最优,同时建立基于历史表现与近期进步的自适应领导选举机制。基于逻辑回归、支持向量机、多层感知机、随机森林和轻量梯度提升机5类模型,采用CDGWO优化集成权重。试验表明,CDGWO集成模型测试集平均绝对百分比误差为11.28%,较传统GWO集成模型降低1.03%;Shapley加性解释可解释性分析证实温度、铝含量、碳含量、锰含量为核心影响因素,其中温度与碳含量对收得率有负向影响,铝、锰含量则有显著正向影响。

• 动态冷却速率驱动的连铸坯热物性参数预测模型

  代兴意, 梁博淳, 祭程, 朱苗勇

  连铸坯热物性参数是决定连铸凝固进程预测精度的关键因素。目前,绝大多数热物性参数的计算均采用平均冷速计算,该方法无法兼顾铸坯断面不同位置冷速存在差异且呈连续变化的实际工况。鉴于此,本文提出一种融合动态冷却速率的微观偏析模型,用于热物性参数的精准计算。研究通过引入Aziz界面动力学方程修正溶质平衡分配系数,并集成MnS/TiN夹杂物析出模型,实现了非平衡凝固过程中热物性参数的动态追踪。结果表明,冷却速率梯度可使δ/γ相变区间拓宽5 ℃以上,从而显著调控溶质再分配行为;同时,冷却速率梯度还会改变不同位置的各相分率,进而引发比热容、导热系数及密度的空间分布差异。本模型突破了传统固定冷速假设的局限性,为高精度连铸凝固仿真与缺陷控制提供了理论支撑。

• 基于DMI-YOLO算法的带钢表面缺陷检测

  彭有有¹, 李维刚^1,2, 胡佳琪¹

  带钢表面缺陷存在尺度差异大、纹理复杂、微小缺陷难识别等问题,导致检测精度偏低,故本文提出一种基于 YOLOv8n 改进的检测算法 DMI-YOLO,旨在提升多尺度特征提取能力与小目标检测精度。首先,构造轻量化特征提取模块 C2f-DWRB,通过引入多尺度膨胀残差与膨胀重参数化块结构,增强对不同尺度缺陷的感知能力;其次,在颈部网络中嵌入调制融合模块,借助自适应注意力机制融合局部细节与全局语义信息,强化复杂背景下的特征表达效果;最后,在预测阶段采用 Inner-EIoU 改进原始损失函数,通过宽高比优化策略,提升对微小缺陷的定位鲁棒性。试验结果表明,该改进算法在 NEU-DET 数据集上的平均检测精度达到 80.3%,较原 YOLOv8n 网络提升 3.5%,检测速度维持在 84.2帧/秒,且模型体积与计算复杂度均有所降低。所提 DMI-YOLO 算法在热轧带钢表面缺陷检测任务中兼具高精度与实时性优势,能够满足实际工业应用的需求。

• 应变速率对海洋工程用型钢高温塑性的影响

  赵培林, 赵燕, 孙建卫, 杨志杰, 李栋, 刘超, 马强

  为了研究不同应变速率下海洋工程用耐低温H型钢的高温塑性,在Gleeble-3800热模拟试验机上进行了0.01、1 s^-1两种应变速率下Q420NE连铸坯的高温拉伸试验,获得了600~1 300 ℃范围内异型连铸坯的高温强度、热塑性和断口形貌变化规律。结果表明,当连铸坯在较高的应变速率(1 s^-1)下进行拉伸时,试样的断面收缩率随着拉伸温度的升高而升高,断面收缩率均大于65%;在较低的应变速率(0.01 s^-1)下进行高温拉伸时,试验钢存在明显第Ⅲ脆性区,区间温度范围为600~850 ℃,断面收缩率均低于65%,该区间热塑性较差。整体上较高的应变速率可以获得更优良的高温热塑性。另外,Q420NE铸坯在应变速率为1 s^-1时整体断裂强度高于应变速率为0.01 s^-1时的断裂强度,与断口形貌表现一致。

• 离焦量对Q235钢激光焊接接头组织和性能的影响

  王明辉¹, 闫基森², 刘朝寿², 张廷安³, 解芳², 赵春宝⁴, 刘颖⁵

  为了研究离焦量对2 mm厚Q235钢薄板激光焊接接头组织与性能的影响规律,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机、显微硬度仪及电化学工作站,对该焊接接头进行了系统表征与分析。试验结果表明,随着离焦量由负值向正值变化,焊缝区与热影响区的宽度逐渐增大;焊接接头的硬度呈现先升高后降低的趋势;自腐蚀电流密度和自腐蚀电位则呈先减小后增大的趋势;抗拉强度平均值同样呈现先升高后降低的变化特征。当离焦量为0 mm时,焊缝区平均硬度达到最大值170.03HV;抗拉强度平均值最高,为299.83 MPa;自腐蚀电流密度最小,为1.39×10^-5 A/cm²,且容抗弧半径最大,表明其耐腐蚀性能最优。

• CoCrFeNi(AlMn)系高熵合金的相稳定性研究

  刘振楠^1,2, 姚春玲^1,2, 余宇楠^1,2, 张凇源^1,2, 程涌^1,3, 刘聪¹

  高熵合金因其独特的热力学特性,在工业制造领域展现出广阔的应用前景。本文利用现有可靠的二元热力学数据和分子相互作用体积模型(改进的M-MIVM),进一步优化模型参数,构建和验证算法。对CoCrFeNi、CoCrFeNiAl、CoCrFeNiMn、CoCrFeNiAlMn系高熵合金固溶体的关键热力学性质进行预测,建立热力学数据库,从理论层面分析不同条件下CoCrFeNi(AlMn)系高熵合金形成的相稳定性和结构稳定成分。研究结果表明,CoCrFe、CoFeNi、CrFeNi合金体系的热力学性质模型预测值与文献值吻合较好,模型参数与算法合理可靠。从理论上获得体系混合吉布斯自由能最小、固溶体相最稳定的合金成分方案为Co_0.22Cr_0.27Fe_0.19Ni_0.32、Co_0.10Cr_0.05Fe_0.16Ni_0.34Al_0.35、Co_0.20Cr_0.16Fe_0.09Ni_0.30Mn_0.25、Co_0.08Cr_0.05Fe_0.11Ni_0.30Al_0.35Mn_0.11系合金。在CoCrFeNi合金中添加适量的Al和Mn、在CoCrFeNiMn合金中添加适量的Al、在CoCrFeNiAl合金中添加适量的Mn均能降低体系的混合吉布斯自由能,提高合金固溶体相稳定性。CoCrFeNi(AlMn)系高熵合金固溶体的混合吉布斯自由能随温度的升高而降低,相稳定性随之增强,添加适量Al、Mn可增加合金固溶体混合吉布斯自由能的温度敏感性。

• GH2132合金长时效组织稳定性及性能演变

  郭彩玉, 刘惠, 秦海龙, 谢锦丽, 于鸿垚

  为揭示铁基变形高温合金GH2132在长期高温服役条件下的组织稳定性及力学性能演变规律,本文系统研究了铁基变形高温合金GH2132在650与700 ℃下长时效(500、1 500、3 000 h)过程中的组织稳定性与力学性能演变。结果表明,经过3 000 h的时效未改变晶粒尺寸(35~40 μm),但γ′相由18 nm分别粗化至50 (650 ℃)及63 nm (700 ℃),其长大行为符合LSW粗化理论。晶界MC碳化物、Laves相随着时效温度的提高和时效进程由断续分布转变为连续链状分布,在700 ℃长时效条件下,η相优先在晶界析出,并沿特定晶体取向向晶内片层化生长。力学测试显示,650 ℃/3 000 h时效后室温屈服强度由930 MPa升至1 106 MPa,伸长率降至22%,高温强度基本不变而塑性下降。持久性能呈单调劣化,650 ℃/250 MPa下寿命由2 835 h (1 500 h时效)降至2 486 h (3 000 h时效),时间-应力参数外推法推算3 000 h持久强度为246 MPa,较1 500 h时效降低约2.3%。组织-性能关联分析表明,γ′相适度粗化与晶界强化相协同作用可提升强度,但晶界η相及链状分布的碳化物和Laves相会导致持久性能和塑性减弱。