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2023年中國(guó)鈦白粉行業(yè)的現(xiàn)狀、未來及發(fā)展

畢勝

2024, 45(1): 1-3. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.001

摘要(3155) HTML (263) PDF(152)

摘要:
總結(jié)了2023年中國(guó)鈦白粉行業(yè)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)能、產(chǎn)量、市場(chǎng)表觀需求量、產(chǎn)能集中度等，分析了近期鈦白粉產(chǎn)能增長(zhǎng)趨勢(shì)及相應(yīng)鈦礦原料供求關(guān)系的變化。指出，2023年鈦白粉產(chǎn)量、產(chǎn)能繼續(xù)保持增長(zhǎng)趨勢(shì)，產(chǎn)能集中度進(jìn)一步提高；同時(shí)，現(xiàn)有生產(chǎn)商規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，業(yè)外加盟項(xiàng)目的增加，以及隨著新能源材料產(chǎn)業(yè)的興起導(dǎo)致的鈦白粉產(chǎn)能增加，這些將加劇鈦礦供需矛盾，市場(chǎng)前景和行業(yè)面貌堪憂，各方應(yīng)高度關(guān)注和及時(shí)調(diào)整。對(duì)鈦白粉行業(yè)未來的持續(xù)健康發(fā)展提出了建議，呼吁關(guān)注和積極應(yīng)對(duì)近期出臺(tái)的新一輪產(chǎn)業(yè)政策。

低價(jià)氯化鈦漿料直接電化學(xué)還原制備鈦鋁合金新工藝研究

朱福興, 馬占山, 鄧斌, 穆天柱, 邱克輝

2024, 45(1): 4-11. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.002

摘要(481) HTML (109) PDF(28)

摘要:
針對(duì)低價(jià)氯化鈦（LTC）漿料熔鹽電解制備鈦鋁合金存在的電化學(xué)行為研究不系統(tǒng)、合金產(chǎn)品的高溫抗氧化特性不明晰等問題，采用電化學(xué)工作站、示差熱重分析儀等手段對(duì)LTC漿料在熔鹽體系中電化學(xué)行為及合金產(chǎn)品的高溫抗氧化特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，LTC漿料在熔鹽體系中可直接電化學(xué)還原制備Ti-Al合金，且為逐級(jí)還原的歷程：Ti³⁺→Ti²⁺，Al³⁺→Al，Ti³⁺/Al³⁺→Ti-Al合金和Ti²⁺→Ti；隨著熔鹽體系中Ti³⁺離子濃度的增加，鈦鋁合金的組成變化規(guī)律為:Al/Al₃Ti→Al₃Ti₂/Al₅Ti₂→AlTi/Al_0.64Ti_0.36→Al_0.64Ti_0.36/AlTi₃→AlTi₃→AlTi₃/Ti→Ti，產(chǎn)品形貌變化規(guī)律為：粗枝晶→細(xì)枝晶→細(xì)球狀結(jié)構(gòu)→粗球狀團(tuán)聚體→細(xì)球狀團(tuán)聚體→細(xì)球多孔狀→多孔狀結(jié)構(gòu)。鈦鋁合金中隨著鋁含量和產(chǎn)品致密性的增加，合金的抗高溫氧化性能逐漸增強(qiáng)，Al_0.64Ti_0.36/AlTi₃合金經(jīng)高溫熔煉后呈Al含量更高的α₂/γ和γ組織，使其高溫抗氧化性能優(yōu)于商用Ti48Al2Cr2Nb。鈦鋁合金產(chǎn)品高溫氧化歷程為：Ti-Al合金→鋁酸鈦→金紅石/氧化鋁，并且形成的氧化物層可有效防止鈦鋁合金的進(jìn)一步氧化。

納米磷酸釩鈉的制備及其儲(chǔ)鈉性能研究

張東彬, 袁欣然, 辛亞男, 畢新強(qiáng), 劉天豪, 韓慧果, 杜光超, 滕艾均

2024, 45(1): 12-18. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.003

摘要(1060) HTML (139) PDF(65)

摘要:
基于磷酸釩鈉制備條件苛刻、顆粒粒徑大、電導(dǎo)率差等問題，提出了一種制備納米磷酸釩鈉的新方法。通過堿性沉釩形成羥基氧化釩，再利用PO₄^3-、F^-等陰離子與OH^-的原位離子交換，從而得到納米化的磷酸釩鈉。借助XRD、SEM、FTIR等方法，分析了納米磷酸釩鈉的形成機(jī)理，優(yōu)化了合成條件。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，磷酸釩鈉的納米化提升了電子/離子輸運(yùn)能力，使得所制備的納米磷酸釩鈉表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)鈉性能。當(dāng)電流密度為10 mA/g時(shí)，其放電比容量為106.68 mAh/g，并且循環(huán)20次循環(huán)充放電后，仍能保持80.85 mAh/g的放電比容量。

中空、實(shí)心電極電爐熔煉鈦渣過程中電弧特性的對(duì)比研究

李孟臻, 李寶寬, 于洋, 肖軍

2024, 45(1): 19-27. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.004

摘要(311) HTML (138) PDF(19)

摘要:
為了深入探究中空電極技術(shù)在鈦渣電爐冶煉工藝中的優(yōu)勢(shì)所在，以25.5 MW鈦渣電爐實(shí)際電極尺寸為基礎(chǔ)，分別建立了中空和實(shí)心電極電弧的數(shù)學(xué)模型，模擬得到中空、實(shí)心電極電弧的電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)和流場(chǎng)分布特性，研究了電流大小和電弧長(zhǎng)度對(duì)熔池表面溫度分布的影響規(guī)律。結(jié)果表明，電弧內(nèi)電流密度、焦耳熱值、速度和溫度的較大值位于陰極斑點(diǎn)附近，中空電極是內(nèi)外徑中心線下方區(qū)域，實(shí)心電極是中心軸線附近區(qū)域。采用中空電極時(shí)，周圍的電弧會(huì)向中軸線匯聚，該現(xiàn)象有利于提高電弧加熱物料的效率。當(dāng)電流值由34 kA增大到54 kA，兩種情形下的熔池表面平均溫度分別提升了708 K和109 K。當(dāng)電弧長(zhǎng)度由0.3 m縮短到0.1 m，兩種情形下的熔池表面平均溫度分別提升了2500 K和46 K。相比于實(shí)心電極，中空電極更適合采用大電流和短弧長(zhǎng)的運(yùn)行方式，且合理控制弧長(zhǎng)對(duì)提高中空電極電弧加熱效率的效果更顯著。

鈦精礦內(nèi)配碳球團(tuán)還原過程中的物相轉(zhuǎn)變及還原產(chǎn)物電阻率研究

吳恩輝, 徐眾, 李軍, 侯靜, 黃平, 張士舉, 唐榕, 羅玉琴

2024, 45(1): 28-33. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.005

摘要(358) HTML (99) PDF(15)

摘要:
以石墨粉為還原劑，研究鈦精礦內(nèi)配碳球團(tuán)還原過程中的物相轉(zhuǎn)變規(guī)律和還原產(chǎn)物的電阻率。結(jié)果表明，鈦精礦內(nèi)配碳球團(tuán)的還原過程先后主要經(jīng)歷鐵氧化物的還原和鈦氧化物的還原兩個(gè)過程，且提高還原溫度、延長(zhǎng)還原時(shí)間和增加石墨配比均有利于鈦氧化物還原程度的加深；在還原時(shí)間為60 min，石墨配比為33.6%的條件下，還原溫度由900 ℃提高到1550 ℃時(shí)，還原產(chǎn)物物相隨溫度升高的轉(zhuǎn)變過程為：FeTiO₃→Fe+TiO₂→Fe+Ti_nO_2n?1（n≈1，2，3，4）→Fe+TiC。還原產(chǎn)物電阻率測(cè)試結(jié)果表明，還原溫度和石墨配比對(duì)還原產(chǎn)物電阻率影響較大，還原時(shí)間影響較小；在石墨配比為33.6%，還原溫度1300 ℃，還原時(shí)間為45 min的條件下，還原產(chǎn)物的電阻率的值為2.67×10^?2 Ω·cm。

工業(yè)鈦液制備水解晶種粒徑影響因素研究

路瑞芳, 董立春, 楊芳, 孫薔, 吳健春, 劉嬋

2024, 45(1): 34-39. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.006

摘要(449) HTML (106) PDF(32)

摘要:
以工業(yè)鈦液為原料，采用目前硫酸法鈦白企業(yè)常用的氫氧化鈉溶液中和法制備水解晶種工藝，改變關(guān)鍵原料指標(biāo)和工藝參數(shù)，考察晶種粒徑和晶種穩(wěn)定性的變化規(guī)律。然后將不同粒徑的晶種用于水解，研究了晶種粒徑對(duì)偏鈦酸粒徑及固定鹽處理煅燒后所得金紅石鈦白初品粒徑和消色力的影響。結(jié)果表明，隨著鈦液TiO₂濃度、F值、鐵鈦比以及堿液濃度的升高，相同穩(wěn)定性下晶種粒徑變大；隨著晶種制備堿鈦比、鈦液預(yù)熱溫度、堿液預(yù)熱溫度的增加，相同穩(wěn)定性下晶種粒徑減小；隨著熟化時(shí)間的延長(zhǎng)，晶種穩(wěn)定性降低，晶種粒徑變大。隨著晶種粒徑的變大，水解所得偏鈦酸D₅₀和徑距逐漸變小，偏鈦酸晶粒尺寸略增；對(duì)應(yīng)金紅石鈦白初品的SEM平均粒徑和標(biāo)準(zhǔn)差逐漸減小，同時(shí)其Tcs、Scx均增加。

鈦合金微弧氧化技術(shù)研究進(jìn)展

楊葒培, 王平, 楊紹蘭, 王香潔

2024, 45(1): 40-48. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.007

摘要(831) HTML (825) PDF(94)

摘要:
目前國(guó)內(nèi)已建成世界上規(guī)模最大的鈦工業(yè)體系，專注深化鈦及鈦合金的應(yīng)用和使役行為探究，大力開發(fā)表面處理新技術(shù)提高使用壽命，其中，微弧氧化是最具代表性的表面改性技術(shù)，以其綠色環(huán)保的特點(diǎn)貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。總結(jié)了國(guó)內(nèi)外鈦合金微弧氧化技術(shù)的研究成果，闡述了微弧氧化原理，綜述了電解液、電參數(shù)和添加劑對(duì)鈦合金微弧氧化的影響，以及鈦合金微弧氧化陶瓷膜的耐腐蝕性、耐磨性及結(jié)合強(qiáng)度的研究進(jìn)展，認(rèn)為鈦合金微弧氧化技術(shù)下一步研究重點(diǎn)需要加快研發(fā)節(jié)能電源裝置，實(shí)現(xiàn)工件批量化生產(chǎn)，繼續(xù)強(qiáng)化微弧氧化機(jī)理研究和工藝系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，構(gòu)建一個(gè)完整的技術(shù)庫(kù)。

激光熔絲Ti6Al4V合金成形工藝、微觀組織及強(qiáng)韌性研究

張大越, 伍新澤, 王一甲, 司姍姍, 姜圓博, 李彬周, 姜風(fēng)春

2024, 45(1): 49-56. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.008

摘要(754) HTML (127) PDF(33)

摘要:
采用激光熔絲增材制造技術(shù)制備了單道多層的Ti6Al4V合金試樣，系統(tǒng)研究了激光功率、掃描速度及送絲速度對(duì)Ti6Al4V合金的組織形貌、拉伸性能和沖擊性能的影響。單道多層沉積試樣的組織由馬氏體α'、α集束和網(wǎng)籃狀α構(gòu)成。激光功率提高使β晶粒尺寸增大和馬氏體α'分解程度增加，激光功率從3000 W提升至3500 W時(shí)試樣抗拉強(qiáng)度下降了約4%，但延伸率上升了50%，沖擊韌性提高了約6%。送絲速度的提高增大了試樣的β晶粒平均尺寸，隨著送絲速度從10 mm/s增加至30 mm/s，抗拉強(qiáng)度下降了2%，延伸率提高了67%，沖擊韌性提高了11%。掃描速度提高會(huì)增加試樣內(nèi)的未熔合缺陷和殘留馬氏體α'，掃描速度6 mm/s試樣相比掃描速度4 mm/s的試樣延伸率提高了約45%，抗拉強(qiáng)度下降了2%，沖擊韌性提高了11%。

不同鍛造工藝對(duì)TA15棒材組織性能影響

李曉煜, 唐敏, 劉昕, 肖強(qiáng), 秦海旭

2024, 45(1): 57-64. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.009

摘要(490) HTML (148) PDF(24)

摘要:
采用自由鍛和徑鍛工藝，分別制備出直徑?200 mm和?100 mm的兩支TA15鈦合金鍛棒，研究了鍛造工藝對(duì)TA15鍛棒組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，兩種TA15鍛棒不同位置的金相組織有明顯差異，徑鍛棒心部初生α相占比高，初生及次生α相均呈現(xiàn)不規(guī)則變形組織形貌，說明?100 mm鍛棒中心發(fā)生變形。兩支鍛棒的α相含量從心部到邊部逐漸減少，β轉(zhuǎn)變組織含量逐漸增多。退火后徑鍛棒的組織內(nèi)存在大量塊狀α相和細(xì)小再結(jié)晶晶粒，而自由鍛鍛棒組織無明顯變化。經(jīng)過徑鍛變形后，鍛棒的邊部室溫抗拉強(qiáng)度、面縮和沖擊性能提升。細(xì)長(zhǎng)的片層狀組織提供了更多α/β相界面，促進(jìn)了高溫?cái)U(kuò)散，使得自由鍛鍛棒的高溫力學(xué)性能低于徑鍛棒。

VAR電磁攪拌工藝對(duì)熔體流動(dòng)影響的模擬研究

黃立清, 樊凱, 郭杰, 李超, 李俊杰, 王錦程

2024, 45(1): 65-70. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.010

摘要(955) HTML (179) PDF(47)

摘要:
真空自耗電弧熔煉中熔體的流動(dòng)行為影響鑄錠的凝固特性。熔體運(yùn)動(dòng)直接觀測(cè)困難，因此通過模擬揭示熔體的流動(dòng)行為非常關(guān)鍵。采用自主開發(fā)的三維模擬模型，研究了不同攪拌工藝參數(shù)下，熔煉過程中熔體的流動(dòng)行為及熔池形貌。研究表明，隨著攪拌電流從0.01 A逐步增加到25 A（攪拌周期為8 s），熔體旋轉(zhuǎn)速度從0.0001 m/s近似線性增加到0.212 m/s，熔池逐漸寬化（由V形變成U形），熔池最大深度和熔池體積均存在一個(gè)明顯的先下降后上升的過程。而隨著攪拌周期從1 s逐步增加到24 s（攪拌電流為5 A），熔體旋轉(zhuǎn)速度從0.0125 m/s快速增加到一個(gè)較大值（16 s時(shí)為0.0818 m/s）后趨于穩(wěn)定，熔池逐漸寬化，熔池最大深度逐漸降低到一個(gè)最低值后趨于穩(wěn)定。攪拌電流和攪拌周期均影響熔體的旋轉(zhuǎn)及平面運(yùn)動(dòng)，但兩者的影響機(jī)理存在一定的差異。

不同熱處理?xiàng)l件下Ti-1023鈦合金的絕熱剪切敏感性

郭文靜, 張繼林, 賈海深, 易湘斌, 羅文翠

2024, 45(1): 71-77. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.011

摘要(302) HTML (81) PDF(14)

摘要:
利用Hopkinson 壓桿試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)圓柱形試樣進(jìn)行室溫動(dòng)態(tài)壓縮沖擊試驗(yàn)，研究不同熱處理制度下Ti-1023鈦合金的微觀組織、絕熱剪切帶的形成特征。結(jié)果表明，相變點(diǎn)以上固溶處理使Ti-1023合金組織晶粒尺寸增大，β晶界處析出細(xì)針狀α相；相變點(diǎn)以下的固溶時(shí)效使晶粒內(nèi)部析出大量球狀α相，相變點(diǎn)以下的固溶雙重時(shí)效處理的組織晶粒更為細(xì)小均勻。在較高應(yīng)變率加載條件下，不同組織均表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率增強(qiáng)和增塑效應(yīng)，具有明顯的熱塑性失穩(wěn)特征。相變點(diǎn)以上固溶時(shí)效組織動(dòng)態(tài)強(qiáng)度高，但塑性差，絕熱剪切敏感性最大；相變點(diǎn)以下固溶單重時(shí)效組織最不易發(fā)生絕熱剪切，但強(qiáng)度低；固溶雙重時(shí)效組織比固溶單重時(shí)效組織的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度高，塑性較好，具有最好的抗沖擊承載能力。

大規(guī)格爆炸鈦/鋼復(fù)合板力學(xué)性能及界面的研究

楊學(xué)山, 龐立娟, 鄧剛, 李會(huì)容, 張雪峰

2024, 45(1): 78-83. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.012

摘要(507) HTML (145) PDF(17)

摘要:
分別以3 mm×3 m×7 m的TA2板和9 mm×3.2 m×7.2 m的Q235鋼板作為覆板和基板，使用四種不同成分的炸藥制備了大規(guī)格TA2/Q235鈦/鋼爆炸復(fù)合板，并對(duì)復(fù)合板的剪切強(qiáng)度以及界面組織進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，炸藥的爆速、猛度和做功能力隨乳化炸藥含量的增多而增大。經(jīng)UT檢測(cè)，使用4^#炸藥爆炸制備的鈦/鋼復(fù)合板結(jié)合率接近100%；平均剪切強(qiáng)度最高為278 MPa。爆炸鈦/鋼復(fù)合板都存在一定厚度的界面層，炸藥做功能力越強(qiáng)，界面層厚度越薄。該試驗(yàn)所制備的鈦/鋼復(fù)合板界面層厚度最薄僅為1.1 μm。爆炸鈦/鋼復(fù)合板界面層的形成是Ti和Fe元素互擴(kuò)散的結(jié)果。擴(kuò)散過程中，在高溫的作用下，界面層中容易形成β-Ti、TiFe和TiFe2金屬間化合物。

鈦精礦酸解尾氣升華硫中物質(zhì)賦存狀態(tài)的研究

李平, 全學(xué)軍, 李禮, 王海波, 陳新紅, 齊學(xué)強(qiáng), 李綱, 向泉錦

2024, 45(1): 84-90. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.013

摘要(448) HTML (147) PDF(24)

摘要:
目前使用硫酸法鈦白工藝生產(chǎn)二氧化鈦的廠家面臨酸解尾氣中升華硫堵塞管道問題，從而影響該工藝生產(chǎn)連續(xù)性，而目前對(duì)酸解尾氣中升華硫的組成、結(jié)構(gòu)、物質(zhì)賦存狀態(tài)以及升華硫冷凝行為缺乏認(rèn)識(shí)。采用XRD、SEM和EDS對(duì)工廠升華硫粉及其中所含物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成、主要元素分布及雜質(zhì)元素的賦存狀態(tài)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，升華硫粉主要成分為S₈，其中主要雜質(zhì)元素有O、Fe、Ti、Si、Ca、Mg、Al、Mn和V等，且絕大部分鈦和鐵分布在鈦鐵礦和Fe₂TiO₅相中, 少部分鐵分布在硅酸鹽相中，以Fe₂SiO₄形式存在；鈣分布在硫酸鈣和硅酸鹽相中，并以CaSiO₃形式存在；硅主要以SiO₂和硅酸鹽形式存在；鎂分布在MgTiO₃和MgFeAlO₄相中；鋁以MgFeAlO₄形式存在；錳以金屬氧化物的形式分布在鈦鐵礦中。對(duì)硫酸法鈦白酸解尾氣中升華硫的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究，可為后續(xù)酸解尾氣中升華硫的冷凝行為研究提供基礎(chǔ)。

提釩尾渣煤基回轉(zhuǎn)窯法鈣化還原脫鈉研究

王兆才, 鄭富強(qiáng), 劉臣, 胡兵, 師本敬

2024, 45(1): 91-95. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.014

摘要(311) HTML (102) PDF(24)

摘要:
針對(duì)提釩尾渣中鈉含量高，導(dǎo)致難以返回?zé)Y(jié)-高爐流程進(jìn)行回收利用的問題，提出基于煤基回轉(zhuǎn)窯還原的提釩尾渣鈣化還原脫鈉技術(shù)路線，并在?1 m×10 m回轉(zhuǎn)窯中試線進(jìn)行半工業(yè)試驗(yàn)，主要研究了高溫段還原溫度、白灰配比、入窯噸球焦粉配比、高溫還原時(shí)間對(duì)提釩尾渣脫鈉的影響規(guī)律，同時(shí)對(duì)脫鈉后球團(tuán)性能和回轉(zhuǎn)窯結(jié)窯情況進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在高溫段溫度為1100～1160 ℃，高溫段時(shí)間為1.8～2 h，入窯噸球焦粉配比為800～1000 kg，白灰配比為32.5%～41%的條件下，提釩尾渣脫鈉率可達(dá)到80%以上，噸球焦粉實(shí)際消耗量為359 kg。窯內(nèi)結(jié)塊物主要由提釩尾渣球團(tuán)粉末和焦粉灰分粉末組成，結(jié)塊物呈疏松多孔狀，由細(xì)顆粒相互粘結(jié)構(gòu)成，窯轉(zhuǎn)動(dòng)過程會(huì)自動(dòng)掉落，無明顯結(jié)窯現(xiàn)象。

堿浸和污泥強(qiáng)化對(duì)鋼渣陶粒除磷效果的影響

唐婧, 羅勝元

2024, 45(1): 96-103. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.015

摘要(298) HTML (99) PDF(11)

摘要:
為提高鋼渣除磷效果，采用堿浸預(yù)處理，并添加污泥強(qiáng)化制備堿浸鋼渣-蒙脫土-污泥復(fù)合鋼渣陶粒，與鋼渣-蒙脫土-可溶性淀粉復(fù)合陶粒進(jìn)行對(duì)比研究，探討強(qiáng)化后鋼渣陶粒的除磷性能和除磷機(jī)理，考察含磷溶液中磷的去除。結(jié)果表明，兩種鋼渣陶粒的最大除磷率均可達(dá)到93%，磷酸鹽濃度為1 mg/L時(shí)，堿浸-污泥強(qiáng)化鋼渣陶粒的最佳投加量為0.5 g，顯著低于未強(qiáng)化鋼渣陶粒（1 g）。掃描電鏡顯示堿浸-污泥強(qiáng)化鋼渣陶粒孔隙更為密集。X射線衍射表明兩種陶粒內(nèi)含多種金屬鹽，可與水樣中磷酸根離子發(fā)生反應(yīng)將其去除。兩種陶粒對(duì)Langmuir吸附等溫方程擬合度最高，堿浸-污泥強(qiáng)化鋼渣陶粒吸附飽和時(shí)，最大吸附量（39.18 mg/g）高于未強(qiáng)化鋼渣陶粒(19.18 mg/g) 。兩種陶粒對(duì)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的擬合度高于準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，表明兩種陶粒對(duì)磷吸附屬于單分子層吸附，以化學(xué)吸附為主。

高爐熔渣粒化工藝試驗(yàn)及其數(shù)值仿真研究分析

邵宸, 康月, 邢宏偉, 劉超, 林文龍, 孫瑞靖, 周君

2024, 45(1): 104-114. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.016

摘要(625) HTML (155) PDF(30)

摘要:
重點(diǎn)介紹了干式粒化工藝中的離心粒化工藝和氣淬粒化工藝，由于高爐熔渣的粒化破碎是高溫瞬態(tài)過程，只通過試驗(yàn)的手段難以監(jiān)測(cè)，因此從試驗(yàn)和數(shù)值仿真兩方面研究了干式粒化工藝的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀。通過對(duì)兩種工藝的總結(jié)和比較，認(rèn)為氣淬粒化工藝具有粒化效果好、處理渣量大等優(yōu)點(diǎn)，從行業(yè)發(fā)展和工業(yè)化應(yīng)用的角度來看，是未來匹配大型高爐生產(chǎn)過程最具發(fā)展前景的干式粒化工藝。

高碳鋼中包渣連鑄過程理化性能的劣化演變研究

胡淏, 王先揚(yáng), 吳晨輝, 石鵬, 謝鑫, 曾建華, 龍木軍, 陳登福

2024, 45(1): 115-121. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.017

摘要(461) HTML (118) PDF(26)

摘要:
中包渣在澆鑄過程中保持良好的理化性能對(duì)穩(wěn)定鋼液純凈度具有重要意義。針對(duì)高碳鋼中間包在連鑄過程中各爐次的中包渣的理化性能進(jìn)行測(cè)試研究，并利用Factsage對(duì)熔渣的高溫物相進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，分析其成分、熔點(diǎn)、粘度、表面張力演變規(guī)律。結(jié)果表明，中間包沖擊區(qū)與澆注區(qū)渣的理化性能呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。隨澆注爐次的增加，澆注區(qū)中包渣的SiO₂與MgO含量明顯升高，由于高熔點(diǎn)組分增多，完全融化溫度由1325 ℃升高到1500 ℃以上，粘度上漲接近10倍、表面張力由0.4 N/m上漲到0.8 N/m，中包渣對(duì)夾雜物的吸附能力變差。而沖擊區(qū)中包渣變化規(guī)律與澆注區(qū)相反，在沖擊區(qū)容易發(fā)生卷渣。

Nb-Ti微合金EH36海工鋼中復(fù)合析出相沉淀析出行為研究

喬家龍, 郭飛虎, 時(shí)朋召, 操瑞宏, 熊晨光, 徐李軍

2024, 45(1): 122-130. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.018

摘要(375) HTML (141) PDF(14)

摘要:
基于EH36海工鋼屈服強(qiáng)度影響因素的主成分回歸分析，結(jié)合復(fù)合析出相固溶析出計(jì)算和經(jīng)典析出動(dòng)力學(xué)理論，系統(tǒng)研究了影響EH36海工鋼屈服強(qiáng)度的主要因素和復(fù)合析出相的析出行為，并探討了軋制過程奧氏體形變儲(chǔ)能對(duì)復(fù)合析出相析出動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果表明，影響EH36海工鋼屈服強(qiáng)度的主要因素為Ti、Nb和N。MN和M(C,N)分別在1728.5 K和1430.0 K開始析出，主要為(Ti,Nb)N和(Nb,Ti)C。在奧氏體相區(qū)，MN和M(C,N)的最大析出量分別為0.0165%和0.0277%，最大析出體積分?jǐn)?shù)分別為0.000228%和0.000389%，發(fā)生晶界形核的最快沉淀析出溫度分別為1580.3 K和1228.3 K。隨著奧氏體形變儲(chǔ)能的增加，MN和M(C,N)相對(duì)形核率呈增加趨勢(shì)，析出孕育期明顯縮短且沉淀強(qiáng)化作用增強(qiáng)。

La對(duì)FeCrAl合金中非金屬夾雜物的影響

文佳航, 亓捷, 劉承軍

2024, 45(1): 131-138. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.019

摘要(244) HTML (92) PDF(13)

摘要:
為研究稀土La對(duì)FeCrAl合金中夾雜物類型及分布的影響，在熱力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，借助SEM-EDS觀察分析了夾雜物三維形貌及其成分，統(tǒng)計(jì)分析了夾雜物尺寸及數(shù)量。結(jié)果表明，1600 ℃時(shí)FeCrAl合金中只存在單一Al₂O₃夾雜。凝固過程中，隨著體系中固相率的增大，AlN在凝固前沿析出。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0093%的La后，Al₂O₃被變質(zhì)為L(zhǎng)aAlO₃。La添加量為0.0378%時(shí)，主要夾雜物類型為L(zhǎng)aAlO₃+La₂O₂S，夾雜物數(shù)量明顯增多，且隨著保溫時(shí)長(zhǎng)的增加， La₂O₂S比例逐漸增加。La添加量為0.0964%時(shí)，La₂O₂S比例進(jìn)一步增加，保溫60 min后，鋼中只有單一La₂O₂S夾雜穩(wěn)定存在。夾雜物聚合特性對(duì)夾雜物粒徑影響顯著。1600 ℃下保溫60 min，僅含單一LaAlO₃的試樣中，LaAlO₃在保溫前期呈現(xiàn)較強(qiáng)的聚合趨勢(shì)，夾雜物平均粒徑先由2.34 μm增大至3.31 μm，隨后減小至1.93 μm。La₂O₂S聚合趨勢(shì)較弱，含有La₂O₂S的試樣中，夾雜物平均粒徑較小且變化穩(wěn)定，在保溫前期，夾雜物平均粒徑穩(wěn)定在1.8～2.0 μm。

加熱溫度對(duì)X80M管線鋼性能和組織的影響

徐海健, 韓楚菲, 郭誠(chéng), 龍山, 田永久, 沙孝春

2024, 45(1): 139-144. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.020

摘要(291) HTML (196) PDF(23)

摘要:
研究了不同加熱溫度對(duì)厚壁X80M管線鋼原始奧氏體晶粒、組織、析出相及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，加熱溫度對(duì)厚規(guī)格X80M管線鋼的落錘性能影響較大。隨著加熱溫度逐漸升高，奧氏體晶粒不斷粗化，當(dāng)加熱溫度≤1210 ℃時(shí)，原始奧氏體晶粒細(xì)小，奧氏體晶粒的平均尺寸為35 μm。原始奧氏體晶粒越細(xì)小，在后續(xù)軋制和冷卻過程中越能促進(jìn)針狀鐵素體和粒狀貝氏體的形核，即顯著改善鋼板的低溫韌性。此外，加熱溫度越高，鑄坯中合金元素的固溶量越多，能促進(jìn)20 nm以下的NbC析出相的形成，但會(huì)導(dǎo)致晶粒粗化和組織中針狀鐵素體及粒狀貝氏體比例減少。因此，控制加熱溫度在1210 ℃以下，保證針狀鐵素體（AF）和粒狀貝氏體（GB）比例在60%以上時(shí)，可顯著改善厚規(guī)格X80M管線鋼的落錘性能。

CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃-TiO₂-CaCl₂渣系粘流特性研究

喬軍強(qiáng), 王振飛, 潘月軍, 邢相棟, 張建良, 徐潤(rùn)生

2024, 45(1): 145-151. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.021

摘要(273) HTML (69) PDF(14)

摘要:
爐渣的粘流特性與高爐的穩(wěn)定順行密切相關(guān)。研究了含氯高鈦渣(CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃-TiO₂-CaCl₂)的粘度和熔化性溫度，并采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和拉曼光譜(Raman)分析其結(jié)構(gòu)演變。結(jié)果表明，氯元素的加入可以降低爐渣粘度，簡(jiǎn)化爐渣結(jié)構(gòu)。由于氯元素在高溫下容易蒸發(fā)，因此在粘度測(cè)試過程中氯含量略有下降。粘性流動(dòng)活化能的變化趨勢(shì)與粘度的變化趨勢(shì)相似。[SiO₄]^-四面體結(jié)構(gòu)和Ti-O-(Ti或Si)鍵也會(huì)被破壞。Q²和Q³單元的相對(duì)面積分?jǐn)?shù)減少，Q⁰和Q¹單元的相對(duì)面積分?jǐn)?shù)增加，導(dǎo)致爐渣聚合度降低。

GH4141合金高溫拉伸性能及其損傷行為研究

張昭, 裴丙紅, 馮旭, 信瑞山, 郭嘯東, 肖東平, 周揚(yáng)

2024, 45(1): 152-157. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.022

摘要(360) HTML (80) PDF(21)

摘要:
研究了室溫、300 ℃和500 ℃環(huán)境下GH4141合金的拉伸性能，結(jié)果表明，合金高溫下的抗拉強(qiáng)度明顯低于室溫，300 ℃和500 ℃拉伸結(jié)果表現(xiàn)出鋸齒狀的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并且兩種高溫環(huán)境下的抗拉強(qiáng)度相當(dāng)。不同溫度下斷口附近的微觀組織表征結(jié)果顯示裂紋主要在晶界位置產(chǎn)生，無論晶界是否含有粗大MC型碳化物。M₆C和M₂₃C₆構(gòu)成的鏈狀碳化物使得晶界具有良好塑性，在斷口表面形成大量的韌窩形貌。晶粒內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生與滑移帶的形成密切相關(guān)，延緩滑移帶的產(chǎn)生則歸因于間隙元素、替代元素以及γ′強(qiáng)化析出相對(duì)位錯(cuò)的釘扎效應(yīng)。注意到500 ℃環(huán)境下拉伸過程發(fā)生了再結(jié)晶現(xiàn)象，在粗大晶粒附近形成細(xì)小晶粒，并且伴隨著少量碳化物，同時(shí)沿晶斷裂現(xiàn)象明顯減弱。然而，室溫和300 ℃環(huán)境下的斷口特征表現(xiàn)為穿晶和沿晶混合斷裂模式，并未發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象。

含釩高速車輪鋼第二相析出的熱力學(xué)研究

丁小明, 李豐, 郭曉培, 李濤, 琚立穎, 宋曉輝

2024, 45(1): 158-164. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.023

摘要(349) HTML (129) PDF(18)

摘要:
利用熱力學(xué)軟件Thermo-calc計(jì)算了含釩高速鐵路車輪鋼中第二相的析出行為，詳細(xì)分析了低碳車輪鋼中平衡相的組成以及溫度和釩含量對(duì)第二相析出的影響。結(jié)果表明，鋼中釩含量的變化對(duì)車輪鋼中第二相析出量有較大影響，對(duì)第二相析出的溫度幾乎無影響；溫度變化對(duì)鋼中穩(wěn)定存在的第二相析出產(chǎn)物影響較小，對(duì)瞬態(tài)析出相的影響較大。

激光點(diǎn)焊接頭力學(xué)性能與失效數(shù)值模擬研究

鄭幫智, 田曉琳, 王澤龍, 馮兆龍

2024, 45(1): 165-170. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.024

摘要(247) HTML (216) PDF(28)

摘要:
測(cè)試了三種形狀的激光焊點(diǎn)在拉伸、剪切、剝離工況下的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，分析了點(diǎn)焊焊縫的顯微組織特性和硬度分布情況。結(jié)果表明，焊點(diǎn)形狀與焊點(diǎn)力學(xué)性能密切相關(guān)，C型焊點(diǎn)整體性能更優(yōu)；焊點(diǎn)強(qiáng)度隨加載速率的增加而發(fā)生塑性強(qiáng)化，加載速率越大，塑性強(qiáng)化越明顯；焊縫整體分布均勻，過度平滑，融合區(qū)和熱影響區(qū)硬度高。基于LS-DYNA焊核合力失效準(zhǔn)則，研究了激光點(diǎn)焊接頭失效數(shù)值仿真方法，明確了等效焊核直徑用于模擬激光點(diǎn)焊失效方法的有效性。

?35 ℃低溫下珠光體/貝氏體鋼軌磨損與滾動(dòng)接觸疲勞行為研究

王泓豪, 丁昊昊, 汪淵, 陳崇木, 王文健, 周仲榮

2024, 45(1): 171-176. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.025

摘要(358) HTML (153) PDF(37)

摘要:
高寒地區(qū)鐵路鋼軌面臨著低溫服役環(huán)境，低溫下鋼軌的滾動(dòng)磨損與損傷行為是影響其服役安全的重要因素。通過輪軌滾動(dòng)接觸模擬試驗(yàn)研究了?35 ℃溫度下珠光體（亞共析鋼和共析鋼）和貝氏體鋼軌磨損與滾動(dòng)接觸疲勞（RCF）損傷行為。結(jié)果表明，貝氏體鋼軌在?35 ℃試驗(yàn)溫度下硬化程度較低，導(dǎo)致磨損程度高于珠光體鋼軌，珠光體鋼軌中亞共析鋼軌磨損程度低于共析鋼軌；三種鋼軌存在不同程度的RCF損傷，疲勞裂紋主要以小角度（<10°）擴(kuò)展。磨損和RCF存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，磨損較小的亞共析鋼軌RCF損傷嚴(yán)重，共析鋼軌次之，磨損最嚴(yán)重的貝氏體鋼軌RCF損傷最輕微。

HRB500aE抗震耐蝕鋼筋在亞硫酸鈉溶液中的腐蝕行為

張志剛, 劉泳, 王嬌嬌, 張洪起

2024, 45(1): 177-181. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.026

摘要(281) HTML (89) PDF(12)

摘要:
在亞硫酸鈉溶液干濕交替環(huán)境中，對(duì)新研發(fā)的耐工業(yè)大氣環(huán)境腐蝕抗震鋼筋HRB500aE及對(duì)比材料HRB400普通鋼筋開展周期性腐蝕試驗(yàn)，探討其在模擬工業(yè)大氣環(huán)境下的腐蝕行為。利用掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀(EDS)及X射線衍射儀(XRD)分析在不同腐蝕階段，耐蝕鋼筋的表面形貌和銹層結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，試驗(yàn)鋼經(jīng)過72 h腐蝕后內(nèi)銹層形成致密的α-FeOOH結(jié)構(gòu)，其耐蝕性及力學(xué)性能均明顯優(yōu)于普通鋼筋。Cr、Ni、Cu的添加使耐蝕鋼筋HRB500aE基體的腐蝕敏感性大大降低，且隨著在亞硫酸鈉環(huán)境下腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，其腐蝕敏感性基本穩(wěn)定。耐蝕鋼筋HRB500aE的銹層為雙層結(jié)構(gòu)，且Cu和Ni在其內(nèi)銹層中出現(xiàn)富集，有助于形成致密的內(nèi)銹層。

微量碲對(duì)38MnVS非調(diào)質(zhì)鋼切削性能影響研究

劉年富, 李杰, 田錢仁, 徐翔宇, 付建勛

2024, 45(1): 182-187. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.027

摘要(353) HTML (144) PDF(13)

摘要:
為探討碲改質(zhì)對(duì)非調(diào)質(zhì)鋼切削性能的影響機(jī)制，對(duì)38MnVS非調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行了加碲的硫化物改質(zhì)試驗(yàn)，并對(duì)比加碲對(duì)鋼中硫化物形態(tài)及切削性能的影響。結(jié)果表明，加入微量碲（0.0020%）后鋼中硫化物形態(tài)顯著改善，硫化物長(zhǎng)寬比降低；由于加碲后硫化物形態(tài)的改善，降低了切削過程中的切削力，減小了刀具的磨損，阻止了積屑瘤的產(chǎn)生，同時(shí)改善了工件表面粗糙度，從而改善非調(diào)質(zhì)鋼的切削性能。

齒輪鋼連鑄坯凝固組織與溶質(zhì)分布均勻性

王海杰, 李平凡, 蘭鵬, 陳亮, 艾宏洲, 王章印, 張家泉

2024, 45(1): 188-196. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.028

摘要(285) HTML (76) PDF(13)

摘要:
分析了20CrMnTi齒輪鋼200 mm×200 mm連鑄坯凝固組織和溶質(zhì)分布的均勻性，提出了不同過熱度時(shí)粗大等軸晶和點(diǎn)狀偏析的共生機(jī)理，制定了齒輪鋼連鑄均質(zhì)性控制策略。結(jié)果表明，齒輪鋼連鑄坯凝固組織受到鋼水過熱度的直接影響，提高過熱度會(huì)減小等軸晶面積，降低對(duì)中性，減小等軸晶尺寸；齒輪鋼連鑄坯凝固組織直接影響C元素中心偏析和斷面分布均勻性，提高等軸晶率有利于降低中心偏析，但會(huì)增大等軸晶區(qū)溶質(zhì)波動(dòng)范圍；齒輪鋼連鑄坯凝固組織直接影響半宏觀尺度的點(diǎn)狀偏析，提高等軸晶率會(huì)增加大尺寸點(diǎn)狀偏析數(shù)量，Cr、Mn溶質(zhì)偏聚程度也會(huì)增加。為了同時(shí)提高齒輪鋼組織和成分均勻性，比較理想的連鑄低倍結(jié)構(gòu)特征是等軸晶率低、等軸晶尺寸小而均勻、對(duì)中性良好。

GB/T 10561-2023《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》標(biāo)準(zhǔn)解析

張振威, 馬裕辰, 尤陽(yáng)立君, 王若蘭, 陳敏, 趙潔, 蔣銳, 李雨蕾

2024, 45(1): 197-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.01.029

摘要(1264) HTML (1975) PDF(332)

摘要:
非金屬夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10561-2023已修訂完成，為了更好地實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的修訂內(nèi)容，從術(shù)語定義、原理、測(cè)定方法、結(jié)果表示、計(jì)算公式、評(píng)級(jí)圖譜方面進(jìn)行了詳細(xì)的解析。新標(biāo)準(zhǔn)主要修訂內(nèi)容如下：增加了術(shù)語和定義部分，修改了夾雜物定義和特征描述；增加了析出相類評(píng)定要求以及化學(xué)特征表示方法，將非金屬夾雜物級(jí)別細(xì)化為10個(gè)級(jí)別，明確了取樣要求，更改了鋼管的取樣方法，明確了夾雜物起評(píng)尺寸；修改了測(cè)定方法，給出了顯微鏡B法的掃描方式，在結(jié)果表示方面修改了夾雜物類型和系列劃分界限不清晰的問題；新標(biāo)準(zhǔn)更改了夾雜物測(cè)量值和夾雜物級(jí)別計(jì)算公式，并重新繪制了標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖，相比GB/T 10561-2005版標(biāo)準(zhǔn)，新發(fā)布的GB/T 10561-2023標(biāo)準(zhǔn)更加完善。

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2024年第45卷第1期

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