最新刊期
2026年第47卷第3期
- 摘要：提升钢材洁净度是钢铁企业增强产品竞争力、拓展高端市场的核心战略。氮在钢中常被视为有害元素，其含量过高会显著恶化钢材的塑性、韧性及耐久性，因此，实现钢液的低氮化控制是提高洁净度的关键方法。本综述系统梳理了炼钢过程氮控制的热力学与动力学原理，并深入剖析了影响钢中氮含量的关键工艺因素，包括，1）表面活性元素（O，S）对气-液界面反应的“阻塞效应”及其临界含量（如w［O］＞0.04%或w［S］＞0.06%时脱氮近乎停滞）；2）碳氧（CO）气泡的脱氮作用及如何通过工艺优化（如添加发泡剂）延长其有效脱氮时间；3）高氮容量熔渣的化学吸氮机制及渣系组分（如CaO/Al₂O₃比、CaF₂含量）对氮溶解度的调控；4）真空处理中低氮分压的热力学优势与吹氩搅拌的动力学协同机制；5）电弧炉中电弧电离导致的特有增氮问题及缓解策略。在此基础上，总结了以山钢、首钢、太钢为代表的工业实践低氮控制技术，并重点评述了近五年涌现的氮含量预测模型（如Nam的转炉动态模型、Wei的AOD时变热力学模型等），通过横向对比指出现有模型在普适性、实时性及对极端工况的适应性方面仍存在局限。最后，展望指出未来低氮钢生产应聚焦于电弧工艺优化、全局智能化控制，并特别强调了在“双碳”战略背景下，通过形成氮碳化物实现碳、氮协同去除的绿色冶金新路径具有重要前景。关键词：脱氮;热力学与动力学;表面活性元素;吸氮渣;氮模型43|68|0更新时间：2026-05-12
综述
- 摘要：在国家“双碳”背景下，开发一种环保型免涂装高强高耐蚀公路护栏用钢LG500EW，以解决传统护栏用镀锌普碳钢Q235强度低、耐蚀性差及镀锌处理环境污染严重的问题，提升公路护栏的安全性和使用寿命，降低全产业链的碳排放。LG500EW钢采用低C高Cr，微量Cu、Ni的成分设计，匹配TMCP轧制工艺，保证耐蚀性和成形性，产品实际抗拉强度可达到600 MPa级别。通过高低温湿热试验箱进行干湿交替循环试验，结合SEM分析、金相分析、腐蚀失重测量、电化学分析等方法，研究了免涂装高强高耐蚀公路护栏用钢LG500EW、镀锌普碳钢Q235及常规低合金Q355B在模拟工业海洋性大气环境中的耐腐蚀性能。结果表明，在工业海洋性大气腐蚀环境中，LG500EW钢和镀锌普碳钢Q235的耐大气腐蚀性能均优于常规低合金钢Q355B。随着模拟加速试验时间的延长，镀锌普碳钢Q235的腐蚀速率持续增加，直至形成镀层下铁基体的腐蚀行为；而LG500EW钢随着腐蚀时间增长，保护性锈层逐渐生成，最外层锈层形成了较致密且完整的板甲状腐蚀产物层，腐蚀产物中α-FeOOH的衍射峰强度明显升高，自腐蚀电位上升，自腐蚀电流降低，腐蚀32天后，LG500EW钢的腐蚀减薄量为90 μm，接近镀锌普碳钢Q235腐蚀减薄量40 μm的2倍，显示出优异的耐蚀性能。环保型免涂装高强高耐蚀公路护栏用钢在工业海洋性大气环境中表现出优于传统护栏用钢的性能。该研究成果已成功应用于免涂装公路护栏，具有显著的经济效益、社会效益和生态效益。关键词：免涂装;高强;高耐蚀;公路护栏;工业海洋性大气环境;成分设计30|30|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：采用Gleeble3500热模拟试验机、场发射扫描电镜（SEM）、OLS4100共聚焦显微镜、金相显微镜等多项技术手段对不同稀土含量下中锰耐磨钢高温力学性能进行了系统研究。结果表明，在稀土含量（质量分数）为0.038%时，中锰钢在700、800、900、1 000、1 100、1 200 ℃最大抗拉强度分别由396.64、228.07、113.25、75.15、42.97、25.11 MPa增加到414.85、238.28、130.59、76.14、44.59、28.09 MPa。这是由于稀土的添加可细化晶粒尺寸从而增加钢的抗拉强度。金相实验表明，与未添加稀土相比，当稀土含量为0.038%时，中锰钢晶粒度由6.80级提高到7.12级。通过共聚焦显微镜发现稀土添加使中锰钢锰动态再结晶现象发生温度由800 ℃延迟到900 ℃。此外，稀土添加可明显提高中锰钢在1 000~1 200 ℃断面收缩率，分别从47.3%，53.9%，46.78%提高到65.64%，76.56%，50.26%。即稀土的添加明显提高了中锰钢在1 000~1 200 ℃高温热塑性。关键词：中锰耐磨钢;稀土;高温热塑性;断面收缩率;动态再结晶19|27|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：本研究以当前广泛应用于废钢剪切机刀片的H13热作模具钢为基准材料，提出“降Si、降V和增W”的合金设计思路。结合热力学理论计算与实验验证，探究了合金元素含量变化对H13模具钢中碳化物析出行为的影响，系统研究了热处理工艺对新型钢微观组织和机械性能的影响规律。结果表明，将w［Si］、w［V］和w［W］分别控制在0.1%~0.3%、0.5%~0.6%和1.8%~2.2%后，在最优热处理制度下，新型钢的硬度与H13模具钢基本一致，但冲击吸收功是H13模具钢的2倍，并且展现出优异的热稳定性和摩擦磨损性能。本研究成功开发出了一种专用于废钢剪切机刀片的DPG20热作模具钢，该新型钢展现出优异的冲击韧性、耐磨性和热稳定性，该研究为高性能热作模具钢的开发提供了新思路。关键词：热作模具钢;成分设计;热力学计算;冲击韧性;摩擦磨损16|61|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：以
产品研发
- 摘要：采用Meltflow-VAR软件结合工艺实际和组织分析对
- 摘要：研究了精炼过程（LF、VD）底吹氮气替代含氮合金芯线对齿轮钢进行氮合金化的工艺，重点解决了稳定控制钢液氮含量的核心难题。通过热力学和动力学分析，明确了钢液成分（特别是S、O含量）、氮分压、吹氮流量和时间等关键因素的影响机制。通过以下措施实现稳定控制氮含量的：严格控制LF进站钢液w［S］≤0.025%，以降低界面阻力，提高增氮效率；在LF精炼阶段，采用优化的氮气分压0.4~0.7 MPa和流量0.9 m³/（min·t），结合吹氮时间控制初始增氮量；在VD真空处理阶段，灵活采用底吹氮气工艺（分压0.7 MPa，流量0.6 m³/（min·t）），利用增氮与脱氮的动态平衡实现氮含量的微调与稳定。生产实践结果表明，通过上述综合控制手段，LF精炼和VD真空处理以氮气作为搅拌气体可有效进行合金化操作，能够将齿轮钢20MnCrS5的最终氮含量稳定控制在（100~140 ）×10-6的目标范围内。研究还发现，钢液中S含量是影响LF吹氮增氮效果的关键因素，S含量越低（w［S］≤0.025%），增氮速率越高（约6.9×10-6 min-1）。VD真空精炼使用氮气替代氩气会存在钢液增氮和脱氮的共存现象，表现出的是增氮现象，增氮速率约2.19×10-6 min-1。关键词：齿轮钢;精炼;氮气;20MnCrS5;稳定控制26|46|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：本研究以新型竖式电弧炉配加铁水工艺为对象，针对实际生产中出现的吨钢电耗偏高、终点过氧化及冶炼周期较长等问题，开展了系统性的工艺分析与优化研究。通过深入分析加料节奏、供氧制度及能量输入等关键工艺参数，本文提出了一种分阶段调控的优化策略，该策略系统划分为废钢与铁水配比调整部分、氧枪操作策略优化部分和废钢预热强化部分。工业试验结果表明，经分阶段工艺优化后，吨钢电耗为188.7 kWh，下降了15.3 KWh，冶炼周期为38.45 min，下降了3.84 min，终点氧含量为5.19×10-6，过氧化现象得到改善，能耗效率与生产节奏均得到全面提升。本研究验证了分阶段调控策略的有效性，为高铁水比条件下竖式电弧炉的高效、稳定生产提供了系统性的技术方案与实践依据。关键词：竖式电弧炉;高铁水比;供氧优化;加料节奏;废钢预热14|52|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：针对高钛低铝型R-26合金电渣重熔增铝烧钛难题，建立熔渣和渣-金间反应热力学模型分析了渣组元活度及其与铝钛成分间的关系，提出了炉渣优化方案并结合工艺试验进行验证。结果表明，模型很好地计算了渣组元活度变化。渣中不稳定氧化物0.35% w［SiO2］、0.14% w［FeO］引起钛烧损反应；高温下Ti与Al2O3反应可自发进行，是导致锭上“烧钛增铝”的关键。渣中加入TiO2时平衡Al含量显著降低，在1 873 K温度下w［Al］＜0.25%需w［TiO2］＞4%；此外，平衡Al含量随炉渣CaO和Al2O3含量的增高而增高，随MgO添加而降低。提出了在三元提纯渣CaF2-Al2O3-CaO基础上“4% w［TiO2］、2%~4% w［MgO］、w［CaO］和w［Al2O3］各10%~15%、CaF2余量”的优化方案。通过工艺试验验证，锭上铝含量与炉渣条件和钛含量变化规律符合理论分析，研究可用于指导电渣工艺中防增铝与烧钛的成分控制。关键词：合金;电渣重熔;铝与钛;炉渣;工艺调控34|31|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：卷渣会降低钢锭产品质量，研究钢锭浇注过程的卷渣行为对提升钢锭产品质量具有重要意义。本研究以9 t八角锭为研究对象，建立了VOF（Volume of Fluid）多相流模型，系统分析不同浇注速度下钢液充型流场特征、韦伯数变化、液面波动以及钢-渣界面行为。研究结果表明，20 kg/s为该铸锭发生卷渣的临界最大浇注速度，低于该速度时，中心流股附近韦伯数小于临界韦伯数，钢液充型流场稳定，液面波动平缓，中心波高为0.06 m，钢-渣界面稳定且无卷渣发生；高于此速度时，中心流股附近韦伯数超过临界值，流场稳定性下降，中心流股高度及湍动能增加，中心波高增至0.08 m，渣眼停留时间延长，导致钢-渣界面失稳，液面波动加剧，钢液中残余渣相含量显著上升，残留率由15 kg/s时的0%激增为25 kg/s时的74.3%。关键词：钢锭浇注;浇注速度;液面波动;卷渣行为;数值模拟17|35|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：连铸坯碳偏析源于凝固过程碳在固液两相分配不均，先凝固固相（晶体）碳含量较低，导致过剩碳富集于固液界面前沿液相，形成局部高碳区。该缺陷贯穿热轧至产品服役全流程，严重恶化材料加工性能、诱发带状组织与热处理缺陷，并显著降低最终产品的力学性能和服役寿命。本研究系统考察了低碳合金钢（20CrMo、3130）、中碳合金钢（4142、45）及高碳合金钢（GCr15）在不同连铸工艺参数（过热度、拉速、结晶器电磁搅拌）下的碳偏析规律。研究明确了典型钢种的优化工艺窗口，对于170 mm×170 mm规格连铸坯，低碳钢20CrMo推荐过热度20～25 ℃、拉速≤1.60 m/min、M-EMS电流195～205 A；中碳钢4142SR推荐过热度20～28 ℃、拉速1.58～1.62 m/min、M-EMS电流200～208 A；高碳钢GCr15推荐过热度18～25 ℃、拉速≤1.16 m/min、M-EMS电流195～202A。主要结果表明，1）碳含量影响为随钢种碳含量增加，铸坯中心至1/2半径区域的负偏析占比从45%降至28%，且内弧/外弧负偏析比值由1.5降至1.24；2）过热度影响为在拉速与电磁搅拌强度相同时，中间包钢水过热度处于20～30 ℃区间可获得最优（最低）碳偏析指数；3）电磁搅拌影响为在特定磁场强度范围内，增强结晶器电磁搅拌可有效降低碳偏析指数的波动范围；4）拉速影响为提高拉速会导致铸坯碳偏析指数显著上升。本研究定量揭示了关键连铸工艺参数对不同碳含量合金钢碳偏析的影响规律，为工业生产中通过优化过热度、电磁搅拌强度及拉速等参数，实现碳偏析的有效控制提供了直接依据，尤其强调需根据钢种碳含量进行针对性工艺优化。关键词：碳偏析;电磁搅拌;连铸拉速;过热度29|37|0更新时间：2026-05-12
冶炼与凝固
- 摘要：通过力学试验、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）等研究了新型2 200 MPa级超高强度钢经不同奥氏体化温度处理后的组织和力学性能。结果表明，随着奥氏体化温度升高，强度和韧塑性先提升后下降。当奥氏体化温度为940 ℃时，可以得到良好的强韧性配合，其中抗拉强度为2 222.5 MPa，屈服强度为1 725.5 MPa，断后伸长率为11%，断面收缩率为42.5%，冲击功为51.05 J。在较低的奥氏体化温度下，冲击断口形貌主要为孔洞聚合型韧窝，晶粒尺寸细小。在断口中观测到细小的二次相（直径仅0.75 µm），经相图计算和EDS能谱分析，推测二次相为M23C6；随着奥氏体化温度升高，冲击断口形貌向韧窝+准解理复合型转变，断口中二次相消失，晶粒逐渐粗化。关键词：奥氏体化温度;2 200 MPa级超高强度钢;力学性能;微观组织59|43|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：GCr15轴承钢棒材心部网状碳化物是影响高端轴承疲劳寿命与服役可靠性的关键因素。在轧后700~900 ℃内冷却能力不足会显著促进晶界网状碳化物的析出，而传统物理测温手段难以获取心部温度变化规律。鉴于此，采用DEFORM-3D软件建立了40 mm棒材热连轧及冷却过程的全流程仿真模型，通过精确计算空冷和水冷换热系数，实现了轧材表面模拟温度与现场实测温度的高度吻合，并提出了多段式水冷工艺方案。结果表明，优化后的冷却系统使棒材心部温度从860 ℃快速降至639 ℃，有效避开了网状碳化物析出的温度区间。同时，表面返红温度控制在609 ℃以下。经实验验证，该优化水冷工艺下GCr15轴承钢棒材心部的碳化物析出程度明显减轻。关键词：GCr15轴承钢;多段式水冷;网状碳化物;心部冷却;心部温度27|29|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：通过工业连铸、热处理试验及金相显微镜、扫描电子显微镜等工具系统研究了有/无轻压下（分五段压下，总压下量7 mm）及后续盐浴（440 ℃和500 ℃）和回火（630 ℃和680 ℃）工艺对高硅石墨钢铸坯碳、硅偏析，以及其后续盘条组织转变和回火过程石墨粒子析出行为的影响。结果表明，采用轻压下工艺可明显改善石墨易切削钢铸坯心部质量，有效降低其铸坯中心碳、硅偏析。未轻压下和轻压下流次热轧盘条在440 ℃和500 ℃盐浴时均发生了明显贝氏体转变，且在高碳、高硅的盘条厚度中心和低盐温条件下，更容易形成针状贝氏体。采用440 ℃盐浴和680 ℃回火的热处理工艺可有效提高石墨易切削钢回火过程的石墨化形核数量，在此基础上，增加基体碳、硅含量，可加速促进回火过程≥1 μm~<3 μm的石墨粒子大量形核。未轻压下、轻压下流次盘条经440 ℃盐浴、680 ℃回火后的厚度中心石墨粒子密度较高，分别达到24 434、32 675个/mm2，其石墨粒子尺寸主要位于≥1 μm~<3 μm。关键词：轻压下;高硅石墨钢;盐浴温度;回火温度;石墨粒子14|22|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：针对玻璃固化焦耳炉电极所服役的复杂环境，为保证690合金电极材料的组织均匀性和性能稳定性，通过OM、SEM和室温拉伸等测试手段，研究了等温热处理温度（600 、800 、1 000 、1 100 、1 200 ℃）对合金奥氏体晶粒尺寸、碳化物溶解情况等显微组织及力学性能的影响。结果表明，690合金奥氏体晶粒尺寸随着温度升高而长大，600 ~1 000 ℃时长大缓慢，平均晶粒尺寸由48.13 μm增至64.37 μm。1 100 ℃时晶粒急剧粗化，平均尺寸长大至225.21 μm，1 200 ℃时进一步粗化至254.72 μm。等温温度对第二相的成分、数量与分布有显著影响。600 ~800 ℃时，合金晶界及晶内分布有大量第二相，晶界处主要为M23C6，弥散颗粒状第二相为M23C6与Ti（CN）的混合物。温度＞1 000 ℃时，晶界处第二相基本消失，基体中仅有少量颗粒状第二相，且Ti元素含量降低。温度变化主要影响合金的抗拉强度和断面收缩率，随温度升高抗拉强度降低，当温度由1 000 ℃升高至1 100 ℃时，抗拉强度从638 MPa大幅降至587 MPa，这主要是因为晶粒急剧粗化，导致细晶强化效果减弱；断面收缩率呈现“先升后降”趋势，1 000 ℃达到峰值78.5%。该研究为玻璃固化焦耳炉电极用690合金的固溶处理工艺优化提供了实验依据。关键词：690合金;等温热处理;晶粒尺寸;第二相;力学性能15|35|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：采用金相、冷镦等试验方法，研究优化高速线材轧制工艺中的夹送辊孔型系统和夹持压力，解决活塞杆用钢S45C 表面组织粗大问题（影响材料疲劳强度与耐磨性）。分析表明，夹送辊孔型设计及轻重压参数设定不当导致钢表面局部应力集中，诱发组织粗大化。降低吐丝机夹送辊轻压和重压（降低0.2 MPa）可明显降低产品表面应力，缓解表面组织粗大程度；夹送辊孔型优化，吐丝机夹送辊与红钢点接触优化为面接触，能够缓解夹持应力，配合降低夹送辊轻重压，解决活塞杆用钢S45C表面组织粗大问题；综上所述，最佳生产工艺为B孔型，重压0.35 MPa，轻压0.15 MPa。获得的组织为均匀的铁素体+珠光体，边部未有组织粗大问题。经客户验证，优化后活塞杆用钢S45C表面组织均匀性显著提升，满足高精度使用要求，为同类产品工艺改进提供了可靠路径。关键词：高速线材夹送辊;组织粗大;孔型;轻重压;S45C钢21|38|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：采用不同热处理工艺对w［B］为0.0018%和0.0051%的20CrMnTiH齿轮钢淬透性的影响进行了研究。理论计算Ti-Al-B-N体系中的固溶度积，确认实验所用热轧棒料中的硼均以有效形式存在。研究对比了热轧态、两种不同温度（600、650 ℃）的球化退火态以及正火态下的显微组织和端淬硬度曲线。结果表明，热处理工艺显著影响钢的淬透性，其性能优劣顺序为：正火态 > 热轧态 > 球化退火态（600 ℃）> 球化退火态（650 ℃）。分析认为，该差异主要源于硼元素在渗碳体中的固溶行为。在较高温度球化退火时，更多的硼原子固溶于渗碳体中，而在后续奥氏体化过程中，这部分硼难以在短时间内充分回溶至奥氏体晶界以发挥其提高淬透性的作用，从而导致淬透性下降。本研究明确了渗碳体中固溶硼是影响含硼齿轮钢热处理后淬透性的关键因素，为优化热处理工艺以充分发挥硼钢性能优势提供了重要依据。关键词：20CrMnTiH钢;硼;热处理;端淬;淬透性13|29|0更新时间：2026-05-12
- 摘要：采用有限元软件COMSOL Multiphysics 6.3，建立了一个可以描述钢淬火过程的数值模拟模型，对CM690锚链钢末端淬火过程的温度场与组织场演变进行了系统模拟，并通过实验对模拟结果进行了验证。结果表明，所建立的模型能够准确预测试验钢在末端淬火过程中的温度分布及组织演变行为。试样在末端淬火过程中表现出近似一维传热特性，其温度场变化主要受界面综合换热系数的影响。随着距淬火端距离的增加，冷却速率逐渐降低，导致显微组织呈现梯度分布：马氏体含量逐渐减少，主要集中于0~20 mm；贝氏体出现于距淬火面9 mm至40 mm的区域；珠光体则分布于70 mm至顶端区间；而铁素体形成于25 mm至顶端部分。此外，对应距淬火面不同位置的热膨胀试样组织观察结果与模拟预测高度一致，末端淬火和热膨胀试样所测得的维氏硬度值也呈现出相同的变化趋势，进一步验证了模型的可靠性与适用性。关键词：CM690锚链钢;末端淬火;数值模拟;温度场;组织场13|42|0更新时间：2026-05-12
形变与相变
- 摘要：采用扫描电镜和大样电解等检验方法对高强度石油套管用连铸圆坯中夹杂物的数量、尺寸、成分、形貌进行了系统分析。结果表明：中间包开浇阶段连铸圆坯中的显微夹杂物和大型夹杂物都明显高于稳定浇铸状态；在稳定浇铸状态下，连铸圆坯中的w［T.O］＜10×10-6，大型夹杂物的含量小于1.5 mg/10 kg。采用中间包开浇阶段连铸圆坯制成的无缝钢管冲击功波动较大，最大冲击功是最小冲击功的1.4倍，冲击功随着钢中的w［T.O］含量增大而降低。冲击功越低的试样，夹杂物的面积比越大，37 J试样的夹杂物面积比是53 J试样夹杂物面积比的2.1倍。钢中的非金属夹杂物是导致冲击功波动的主要原因。关键词：高强度石油套管;非金属夹杂物;冲击韧性;大样电解39|27|0更新时间：2026-05-12
应用与服役
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