第三代超大输量低温高压管线用钢关键技术开发及产业化

中国钢铁工业协会中国金属学会冶金科学技术奖获奖项目简介编号:2023001获奖等级:特等完成单位:鞍钢股份有限公司、钢铁研究总院有限公司、宝山钢铁股份有限公司、首钢集团有限公司、中国石油集团工程材料研究院有限公司、宝鸡石油钢管有限责任公司、巨龙钢管有限公司、江苏沙钢集团有限公司、南京钢铁股份有限公司、内蒙古包钢钢联股份有限公司、马鞍山钢铁股份有限公司、本钢板材股份有限公司、湘潭钢铁集团有限公司、江阴兴澄特种钢铁有限公司.

基于MD探究划痕速率对单晶FeO/Fe断裂的影响

氧化皮的断裂行为及力学性能是影响无酸除鳞工艺参数设定的关键因素。通过分子动力学软件Lammps模拟划痕速率对氧化皮断裂行为的影响,从载荷-位移关系、中心对称参数(CSP)、原子堆积、位错、温度、原子位移矢量、径向分布函数等多角度分析不同划痕速率对单晶FeO/Fe界面分离的影响,并对430不锈钢表面氧化皮进行划痕试验验证。模拟结果表明,随着划痕速率从100 m/s增加至200 m/s,划至相同距离时,法向和切向峰值载荷逐渐增加,FeO/Fe界面处紊乱程度逐渐增大,温度升高,FeO层软化,位错长度及数量、原子键合强度等减小,促进了FeO/Fe界面的分离;试验结果表明,随着划痕速率从0.5 mm/min增加至2.0 mm/min, 430不锈钢氧化皮断裂临界点提前,从距起始点1.26 mm提前至1.05 mm处,断裂临界载荷和结合强度逐渐降低,临界载荷由0.439 N降低至0.362 N,结合强度由15.2 MPa降低至14.1 MPa,与模拟结果趋势相对应。本研究为掌握氧化皮的断裂机理提供理论支撑、为提高无酸除鳞工艺参数设置的精确性提供重要指导。

Ce对曲轴钢49MnVS3中硫化物形态的影响

曲轴是一种极为重要的机械零部件,通常应用于各种发动机中,是内燃机将直线运动转化为旋转运动的重要部件。针对曲轴钢49MnVS3中硫化物形态控制问题,通过Olympus金相显微镜、Zeiss扫描电子显微镜以及OTS钢铁夹杂物自动分析系统对不同Ce含量铸锭中硫化物形态、尺寸、分布及数量进行统计和分析,通过电解侵蚀的方法对硫化物的三维形态进行观察,并通过热压缩试验评价不同种类硫化物的变形能力。研究结果表明,随着钢中Ce含量的增加,钢中的大尺寸长条状MnS夹杂物逐渐转变为弥散分布的小尺寸球状(Ce,Mn)S复合夹杂物。钢中硫化物夹杂的长宽比和密度均发生了较大变化,夹杂物尺寸从4.6μm降到2.3μm,长宽比由2.9降到1.8,单位面积(mm2)夹杂物数量由32个增加到65个,铸锭中夹杂物的球化率显著提高。热压缩后,未添加Ce的试验钢中MnS夹杂物尺寸为20μm左右,呈垂直压缩方向的长线状,而加入Ce的试样中含Ce夹杂物未发生明显变形,仍保持了良好的弥散分布特征,这为高品质非调质钢制备技术的发展提供理论指导与技术支撑。

合金化热镀锌(GA)超高强汽车板生产关键技术、装备研发与应用

编号:2022274获奖等级:一等完成单位:宝钢日铁汽车板有限公司、宝钢工程技术集团有限公司完成人:王鲁、何建锋、顾成勇、肖至勇、潘勋平、吴军、朱健华、孙立友、朱炜、李茫茫项目简介:本项目属冷轧装备领域,涉及合金化热镀锌(GA)超高强汽车板生产关键技术、装备研发。随着汽车行业轻量化的推进,日系汽车厂提出GA超高强钢汽车板的高端需求,但国内缺乏GA超高强钢研究,没有批量稳定供货能力。

高炉加钛护炉时铁水钛硅比的控制

为了探析高炉加钛护炉时的钛含量控制,结合钛硅比(w([Ti])/w([Si])),对实际钛分配比的影响因素进行总结。利用炉渣活度、铁水元素活度,分别计算铁水碳和硅还原渣中(TiO2)平衡时的成分,并讨论平衡时钛硅比随铁水温度、炉渣二元碱度、铁水硅含量和铁水硫含量的变化。结果表明,硅还原钛硅比<实际钛硅比<碳还原钛硅比。硅还原理论钛硅比受各项参数的影响较小,碳还原钛硅比受铁水温度和铁水硅含量的影响较大,导致铁水钛含量在高温时有发散现象。因此,护炉时期,需着重关注铁水温度和钛硅比。

稀土钇处理对铁路辙叉用高锰钢中夹杂物的改性

高锰钢辙叉是铁路运输系统的关键部件,对铁路安全运行具有重要影响。钢中夹杂物严重影响钢的性能,稀土改性夹杂物是控制夹杂物的有效手段。基于热力学和第一性原理计算以及试验研究,系统分析了铁路辙叉用高锰钢稀土处理前后夹杂物的演变及其对钢性能的影响。热力学计算结果表明,未添加稀土Y时,高锰钢中主要的夹杂物为MnS和Al_(2)O_(3);添加稀土Y后,高锰钢中的MnS和Al_(2)O_(3)转变为Y_(2)S_(3)、YS、YAlO_(3)、Y_(2)O_(3)和Y_(2)O_(2)S;当Y质量分数为0.03%时,夹杂物全部转变为稀土夹杂物。第一性原理计算结果表明,高锰钢中夹杂物形成并稳定存在的顺序为Y_(2)O_(3)>YAlO_(3)>Y_(2)O_(2)S>Al_(2)O_(3)>Y_(2)S_(3)>YS>MnS。Al_(2)O_(3)、YAlO_(3)对高锰钢的性能不利,而含稀土夹杂物具有相对较好的延展性和弹性,可有效降低夹杂物周围的应力集中。钢中Y添加量为0.0319%时,对高锰钢中夹杂物的改性效果最好,可生成尺寸较小的稀土夹杂物,部分复相夹杂物转变为近球形的Y_(2)S_(3)-Y_(2)O_(2)S,外层Y_(2)S_(3)夹杂物弹性较好、硬度较低,可以减少夹杂物与基体的应力集中,从而有效提升高锰钢的力学性能。研究工作为稀土对钢中夹杂物的调控提供了理论依据。

Fe-Mn-Al-C低密度钢中的脱氧合金化夹杂物

为了研究Fe-Mn-Al-C低密度钢脱氧合金化夹杂物的生成及机理,采用Si、Mn、Al进行脱氧合金化,通过场发射扫描电子显微镜结合夹杂物自动分析系统对Fe-Mn-Al-C低密度钢样品中的夹杂物进行观察。结果显示,Fe-Mn-Al-C低密度钢中夹杂物主要分为6类,即单颗粒Al_(2)O_(3)夹杂物、单颗粒MnS夹杂物、单颗粒AlN夹杂物、Al_(2)O_(3)-MnS复合夹杂物、AlN-MnS复合夹杂物、Al_(2)O_(3)-AlN-MnS复合夹杂物。单颗粒的Al2O3、MnS、AlN夹杂物的数量相对较多,夹杂物尺寸以小于5μm为主。热力学计算发现Al2O3在脱氧合金化时生成,AlN在固相分数为0.844时开始析出,而MnS在完全凝固后的固相钢中开始析出。不同夹杂物间的二维晶格错配度计算结果显示,MnS(110)/Al_(2)O_(3)(001)、AlN(001)/Al_(2)O_(3)(001)和MnS(100)/AlN(100)错配度分别为8.41%,11.66%和8.94%,说明Al_(2)O_(3)和AlN可以为MnS的形核提供异质形核位点,Al_(2)O_(3)同样也可以为AlN的形核提供异质形核位点。利用FactSage 8.2热力学软件计算发现,从1 873 K冷却至373 K时,Al_(2)O_(3)、AlN和MnS夹杂物的质量分数分别为0.129%、0.017%和0.615%。研究结果可以为研究Fe-Mn-Al-C低密度钢脱氧合金化夹杂物的生成机理提供一定的理论指导。

新型结晶器非正弦液压振动波形研究与仿真

为了增强结晶器液压振动系统的实用性,并且延长设备的使用寿命,针对液压振动装置的实际振动状况,建立结晶器2种新型非正弦液压振动波形的数学模型,分别为线性-正弦复合与一次分段函数(L-SLPF)和两段式线性-正弦复合函数(TL-SCF)模型。首先,通过设置不同的控制参数,利用MATLAB软件对这2种新型振动波形进行仿真研究;然后,结合2种常用的非正弦振动波形,在偏斜率、振动最大上升速度、最大加速度等振动工艺参数方面,分析并对比了这4种波形。结果表明,新型振动波形优于其他波形,L-SLPF函数的偏斜率连续取值不受限,其范围为0.5~0.7;TL-SCF函数的振动加速度连续光滑,对设备冲击最小,更适用于高振频、高拉速生产。因此,使用新型振动波形,扩展了结晶器液压振动系统的应用范围,可应用于高振频、高拉速连铸机,并且对设备更加友好,可有效延长设备使用寿命。

秘铁高纯铁精矿选矿技术及伴生铜铅锌综合利用

编号:2021008获奖等级:壹等完成单位:长沙矿冶研究院有限责任公司、首钢秘鲁铁矿股份有限公司完成人:陈雯、谷广辉、刘旭、黄祥、张立刚、顾爱军、王秋林、孟祥春、许海峰、张炳成、李文风、姚舜、王祥、李宝辉、程征项目简介:所属领域:矿山科学技术、选矿工程。首钢秘鲁铁矿(简称秘铁)是中国首个在南美投资铁矿资源最早、最成功的典型,同时秘鲁也是中国在南美洲推行“一带一路”建设的主要国家。随着秘铁矿山开采范围的扩展,高硫、高锌难选磁铁矿石已进入实质性开发阶段,由于缺少铁精矿高效降杂技术,导致铁精矿中锌硫等杂质含量高,产品积压滞销,严重影响企业经济效益。针对这一问题,2015年以来,长沙矿冶研究院与首钢秘铁密切合作,从基础理论、关键技术、工程化应用方面开展系统研究,在铁精矿深度除杂、海水体系下复杂共伴生铜铅锌多金属高效富集与分离、高浊度选矿废水高效澄清回用等关键技术取得了重大突破,以研究成果为支撑建成了现代化大型节能选矿厂。

高端板带连续生产线激光电弧复合焊接新技术研发与应用

编号:2021238获奖等级:壹等完成单位:中冶南方工程技术有限公司、华中科技大学完成人:曾晓雁、李张翼、郑剑辉、高明、肖雄、郭利华、龚梦成、钱海平、杨兴亮、梁奉超、卓松生、王利国、张荣、邱坚、贺文健项目简介:焊机属于板带连续生产线上最核心的设备之一,集光、机、电、液、气为一体,其焊接质量的优劣直接影响生产线是否能够连续稳定运行。

董超芳

董超芳,北京科技大学新材料技术研究院副院长。董超芳教授以解决国家重大需求中材料腐蚀与防护基础科学问题为目标,提出腐蚀集成计算方法及应用思路,在腐蚀跨尺度建模与计算、界面微区腐蚀机理与高效评价、耐蚀材料理性设计与性能调控方面开展了较为深入的研究,取得创造性成果:(1)构建了金属腐蚀集成计算体系架构,发展以晶界结合能、微观扩散系数和电子结构为传递参数或判据的跨尺度模拟方法,阐明了点缺陷模型的原子尺度动力学机制,实现了亚稳态点蚀到断裂失效的模拟。

连铸管式结晶器变形的数值仿真与优化

为了减小管式结晶器铜板变形,提高铸坯质量,建立钢液-铜管-冷却水的三维流动传热模型以及铜管应变模型,研究管式结晶器传热和形变特征,提出铜管优化方案。研究结果表明,铜管热面最高温度为500 K,最低温度为320 K,铜管角部60 mm区域的冷却水温度最低;铜管角部的变形量最大,角部和窄面中心向水缝侧变形,铜管宽面中心向钢液侧变形。通过在铜管角部增加铜质凸起,可显著减小角部变形量,同时对冷却能力影响不大,合适的凸起宽度为10~15 mm。

基于多类别生产状态的烧结矿转鼓指数预测模型

将烧结生产大数据与机器学习算法相结合,提出了一种多类别生产状态下预测烧结矿转鼓指数的研究方法。通过数据采集、整合及预处理操作,共获得特征参数65种。以烧结终点位置(BTP)为基础,采用试验研究及可视化分析等方法将转鼓指数划分为2个类别。基于分类别转鼓指数数据集,使用特征选择算法计算了特征参数的重要排序,确定最佳特征参数组合作为模型输入参数,使用LightGBM和CatBoost算法分别建立了转鼓指数的预测模型。测试结果表明,CatBoost预测模型综合预测效果最好,与全部数据集构建的转鼓指数预测模型相比,分类别构建的非正常烧和正常烧转鼓指数预测模型的预测效果均得到一定提升,决定系数R;拟合度可达88.09%和90.69%。同时,多类别生产状态下的烧结矿转鼓指数预测模型在误差范围0.25%内命中率能够达到95%。

吹氩连铸结晶器液面波动行为的时频分析

时频分析是一种研究波动信号特征、揭示波动现象内在机理的有效方法。将时频分析方法应用于吹氩连铸结晶器内的液面波动特性研究,采用水模型试验获取液面波动数据进行时频分析,研究吹氩量、拉速、水口浸入深度和结晶器宽度等工艺参数对液面波动行为的影响,探究液面波动的内在机理。结果表明,振幅较高的频率集中在0~2.5 Hz,其中振幅最大的主频率位于0.1 Hz附近,此外1.5 Hz和2.5 Hz处也存在较高的峰值;通过时域分析发现,增大吹氩量和拉速、或减小水口浸入深度和结晶器宽度将加剧液面波动;通过频域分析发现,拉速、水口浸入深度、结晶器宽度与液面波动主频率有较强的关联性,说明三者均与液面波动的主要振动源高度相关。

德国巴登持续践行、稳步推进电炉操作无人化的进程——出钢口清理机械手(THM)投入使用

2020年1月30日在德国科尔市巴登钢厂针对"零事故"目标投入使用了新的工具——出钢口清理机械手(THM)。从巴登集团的口号"践行钢厂无人化操作的未来"的大背景中可以看出,巴登钢厂(BSW)始终认为人是成功的关键因素,保护员工安全至关重要。巴登钢厂一直以高效、安全的电炉操作闻名世界。巴登钢铁工程公司(BSE)作为巴登集团的一份子,把这些技术分享给全世界的客户。现在让我们回顾一下巴登钢厂安全工具创新的漫长历史。1985年巴登发明的世界上第一台炉门碳氧枪机械手(图1)投入使用,替代当时使用的人工吹氧、喷碳系统。

冶金科技英才 徐伟

徐伟,轧制技术国家重点实验室副主任;东北大学国际处处长。徐伟教授是东北大学轧制技术与连轧自动化国家重点实验室优秀青年学者,中组部国家级项目引进人才,具有欧洲著名高校与钢铁企业研发中心1余年教育、科研及工作经验,自2015年归国后,充分发挥在先进钢铁材料领域前沿与基础研究的基础,紧密结合工程应用及产业化,取得一系列成果。

超薄宽幅高品质冷轧板带工业化生产关键技术开发

编号:2020197获奖等级:壹等项目简介:本项目属于钢铁材料及加工制造工艺领域。随着新能源电池、绿色包装、智能家电等产品不断向着轻量化、耐久化、智能化方向发展,超薄宽幅高品质板带成为国民经济发展中不可或缺的工业材料,且市场占有率逐年增加。中国受设备能力制约和国外关键技术封锁,该类成品带钢极限宽厚比一直难以突破5500,且达不到高品质要求,无法实现批量稳定工业化生产,长期依赖进口。为此,燕山大学与宝钢经过15年联合技术攻关,最终突破了超薄宽幅板带工业化生产的关键技术瓶颈,形成了自主知识产权,实现了利用宝钢现有设备对超薄宽幅高品质板带的高效稳定工业化生产。

可逆冷轧机压下率分配探析

以可逆冷轧机压下率分配为研究对象,根据生产现场实际情况,重点介绍了轧制规程中压下率的分配原则,包括第1道次压下率分配时考虑的要点、成品道次压下率对于产品性能的影响;由现场试验得出,在轧机能力(如轧制力、主电机功率等)范围内,通过调整、优化压下率分配,或减少轧制道次数,能够较好地解决可逆冷轧机生产效率低的问题;对影响制定轧制规程的因素进行了简要阐述。

高鲜映性免中涂汽车外板制造关键技术及装备

编号:2020165获奖等级:壹等完成单位:首钢集团有限公司、北京首钢股份有限公司、北京首钢冷轧薄板有限公司、首钢京唐钢铁联合有限责任公司、长城汽车股份有限公司完成人:朱国森、蒋光锐、马家骥、鲍成人、胡燕慧、冉浩、滕华湘、齐春雨、周欢、刘李斌、杨建炜、吴耐、李研、李勇、王保勇项目简介:本项目属于轧钢及制品领域。鲜映性(DOI值)是定量反映汽车漆膜清晰程度的重要指标。为践行绿色发展理念,汽车行业对可挥发性有机物(VOCs)排放占比超过60%的涂装工序进行了技术变革.

超大型高炉高球比低碳冶炼技术应用

为实现低碳炼铁生产,首钢基于秘鲁矿粉资源高品位低硅含量的特点,确定了高炉高球团比例冶炼的技术路线。依据炉渣碱度平衡、球团性能和炉料结构软熔性能试验研究,开发出35%碱性球团矿+20%酸性球团矿+40%烧结矿+5%块矿的高炉基础炉料结构。根据高比例球团矿同时抑制边缘和中心的特性,通过料序控制减少球团在边缘与中心的分布,实现酸碱性炉料的均匀混合,并采用中心加焦布料方式开放中心、适当疏导边缘,以稳定煤气分布。在活跃炉缸基础上,通过高富氧高顶压控制炉腹煤气指数来降低压差提高冶炼强度。低渣比下通过提高镁铝比至0.60~0.65来改善脱硫排碱能力。55%球团比例下高炉实现了高效稳定顺行,平均利用系数达到2.3 t/(m^(3)·d),渣比低于220 kg/t,燃料比降至480 kg/t,炼铁系统碳排放降低8.6%。