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bcc结构下二元合金Fe-X(X=Cr,Co,Mo,W)低温低浓度下固溶软化行为的机制

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高等学校化学学报 2024年第6期45卷 15-21页

作者：王娜李翔飞北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

采用第一性原理计算研究了体心立方(bcc)Fe的4种二元合金Fe-X(X=Cr,Co,Mo,W)低温低浓度下固溶软化行为的机制,发现低温低浓度下的固溶软化行为由双扭结形核控制,由溶质原子直接引起双扭结形核势垒降低为固溶软化的本征机制,而由溶质原... 详细信息

采用第一性原理计算研究了体心立方(bcc)Fe的4种二元合金Fe-X(X=Cr,Co,Mo,W)低温低浓度下固溶软化行为的机制,发现低温低浓度下的固溶软化行为由双扭结形核控制,由溶质原子直接引起双扭结形核势垒降低为固溶软化的本征机制,而由溶质原子对间隙原子清除减少双扭结形核为固溶软化的外部机制.分别计算了bcc Fe的4种二元合金Fe-X(X=Cr,Co,Mo,W)中反映双扭结形核势垒的原子行位移(ARD)能和堆垛层错(GSF)能.计算结果表明,仅Cr可微弱降低ARD和GSF能,而Co,Mo,W均引起ARD和GSF能升高,因此,依据固溶软化的本征机制,仅Cr引起固溶软化,而Co,Mo,W均引起固溶强化.Cr,Mo,W与周围Fe原子均为反铁磁相互作用,Co与Fe为铁磁相互作用.尽管铁磁/反铁磁相互作用与价电子数(电子构型)具有一定相关性,双扭结形核势垒并不与价电子数(电子构型)明显相关.进一步的计算表明,双扭结形核势垒与其结合能呈现正相关关系,Cr与Fe结合能减弱,因此双扭结形核势垒降低,而Co,Mo,W与Fe结合能增强,因此双扭结形核势垒升高.而结合能并未表现出与原子半径、电子数(电子构型)的明显相关性,因此,双扭结形核势垒并不与原子半径、电子数(电子构型)明显相关.依据本征机制,Co,Mo,W与Fe的结合能增强引起双扭结形核势垒升高,因此为固溶强化,其二元合金低温低浓度下的固溶软化行为无法用本征机制解释,需要考虑外部机制(如间隙C原子的作用),而Cr二元合金的固溶软化行为可能为本征机制.

关键词：体心立方铁二元合金原子行位移能堆垛层错能固溶软化

铌微合金化和淬火速率对热成形钢组织与力学性能的影响

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材料工程 2024年第2期52卷 146-154页

作者：陈华丁灿灿胡斌罗海文北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

基于传统22MnB5钢设计了一种新型含Nb热成形钢,研究在不同淬火速率下Nb对热成形钢显微组织与力学性能的影响。新型Nb微合金化热成形钢与广泛应用的22MnB5商业钢种均经900℃保温3 min的固溶处理后分别水淬和油淬至室温,检测两种钢在两个... 详细信息

基于传统22MnB5钢设计了一种新型含Nb热成形钢,研究在不同淬火速率下Nb对热成形钢显微组织与力学性能的影响。新型Nb微合金化热成形钢与广泛应用的22MnB5商业钢种均经900℃保温3 min的固溶处理后分别水淬和油淬至室温,检测两种钢在两个淬火条件下的力学性能,并通过扫描电镜、背散射电子衍射仪、X射线衍射仪和透射电镜等分析合金组织。结果表明:油淬时Nb微合金化热成形钢与22MnB5钢能发生较明显的自回火,但前者的屈服强度高于后者约130 MPa,且伸长率也略有改善,对强化机制的定量计算表明这是由于含Nb钢晶粒细化形成的细晶强化以及位错强化和沉淀强化的共同作用;而在水淬条件下,两种钢的屈服强度与伸长率均相似,推测是由于冷却速率高抑制了自回火,使得马氏体相变产生的残余应力成为影响屈服强度的主导因素,而当水淬样品在170℃回火减轻内应力后,此时含Nb钢屈服强度再次高于22MnB5钢。

关键词： Nb微合金化热成形钢力学性能残余应力

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上升气泡对钢渣界面行为的影响

钢铁 2024年第2期59卷 75-84页

作者：刘勇程树森刘童北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

钢水与炉渣之间的界面接触面积是影响化学反应效率的关键因素之一。通过搭建水-油体系物理模型,结合图像处理技术,重现气泡穿越渣-金界面现象,研究气泡大小、渣层密度、黏度及界面张力对气泡携带金属量及渣-金界面面积的影响。结果发现... 详细信息

钢水与炉渣之间的界面接触面积是影响化学反应效率的关键因素之一。通过搭建水-油体系物理模型,结合图像处理技术,重现气泡穿越渣-金界面现象,研究气泡大小、渣层密度、黏度及界面张力对气泡携带金属量及渣-金界面面积的影响。结果发现,气泡尺寸增加,气泡夹带金属液滴体积及体积增长速率均增大,气泡初始直径从5 mm增大到15 mm及25 mm时,夹带量分别增加733.33%及3611.11%。随着炉渣黏度增加和密度减少,夹带量增加,但在所研究的炉渣厚度范围内对其影响程度低。气泡穿越过程引起渣-金界面面积的变化是关注的重点。值得注意的是,渣-金界面面积随气泡尺寸增加呈先增加后减少的趋势,气泡直径从5 mm增大到15 mm及25 mm时,界面面积分别增加312.97%及113.44%。当气泡尺寸为15 mm时,油相密度由0.76 kg/m^(3)增加到0.84 kg/m^(3),界面面积增长率增加67.44%;黏度由8.9 mPa·s增加到193.5 mPa·s,界面面积增长率减少31.39%。另外,通过数值模拟表明油表面张力、水表面张力或者水-油界面张力由0.03 N/m增加至0.06 N/m,液-液界面面积最大值分别增加2.96%、减少6.05%及减少9.14%,影响程度从高到低分别为,油-空气、水-空气及水-油界面张力。结合钢液二次精炼,选择合适的底吹气量和炉渣物性参数对精炼效率有重要作用,但由于试验材料物性参数的限制,未来建议通过数值模拟的手段,进行单参数对夹带量与渣-金界面面积的影响程度分析,提供更有效的现场指导。

关键词：物理模型数值模拟渣-金界面上升气泡夹带体积界面面积

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熔融钒渣析晶调控高效提钒机理

中国有色金属学报 2024年第2期34卷 537-548页

作者：翟婷好王玲马保中张晴王成彦北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

基于熔融钒渣在不同冷却制度下导致钠化焙烧-水浸工艺提钒率波动大的问题,本文采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM+EDS)及电子探针(EPMA)等表征方法,研究熔融钒渣中钒的析出及钒尖晶石结晶特征对钒提取率的影响,并深入... 详细信息

基于熔融钒渣在不同冷却制度下导致钠化焙烧-水浸工艺提钒率波动大的问题,本文采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM+EDS)及电子探针(EPMA)等表征方法,研究熔融钒渣中钒的析出及钒尖晶石结晶特征对钒提取率的影响,并深入探讨了析晶调控高效提钒机理。结果表明:熔融钒渣的水淬温度对熔融钒渣中钒的析出率、钒尖晶石结晶粒度及钒渣钠化焙烧-水浸过程钒物相转化率及浸出率影响显著。在熔融钒渣降温过程中,1400~900℃为尖晶石快速成核生长期,900℃水淬后,钒基本完成从液相向尖晶石固相中的迁移,结晶相以钒铁尖晶石为主,其中钒呈均匀分散状态;900℃后,尖晶石生长变缓,并以钛铁尖晶石沿钒尖晶石边缘析出为主,尖晶石内部仍呈现钒的“中心聚集效应”。对1400℃、900℃和400℃水淬钒渣(Water-quenched vanadium slag,WQVS)分别进行钠化焙烧-水浸试验,水淬钒渣粒度小于0.15 mm,m(Na_(2)CO_(3))∶m(NaCl)∶m(WQVS)=10∶3∶100,焙烧温度为780℃,焙烧时间为200 min。将焙烧产物磨细至粒度小于0.18 mm后80℃水浸,浸出时间为45 min,钒浸出率分别为75.15%、95.09%和78.78%。这表明将熔融钒渣缓冷至900℃水淬可有效提高钠化焙烧-水浸工艺的钒提取率,并同时提高生产效率。

关键词：熔融钒渣钒尖晶石析晶调控空冷水淬钠化焙烧水浸

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取向硅钢不同常化工艺下组织及抑制剂的变化

金属学报 2024年第5期60卷 605-615页

作者：杨伟阳黎先浩赵鹏飞于海彬赵松山罗海文北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 首钢智新迁安电磁材料有限公司迁安064404

常化是高磁感取向硅钢生产中的重要环节,通常认为通过控制常化工序中900℃开始的缓冷阶段,可实现γ→α相变来促进抑制剂的弥散析出进而改善磁性能,而本工作在系统研究了高磁感取向硅钢常化工艺中的升温速率、固溶温度、相变等温温度与... 详细信息

常化是高磁感取向硅钢生产中的重要环节,通常认为通过控制常化工序中900℃开始的缓冷阶段,可实现γ→α相变来促进抑制剂的弥散析出进而改善磁性能,而本工作在系统研究了高磁感取向硅钢常化工艺中的升温速率、固溶温度、相变等温温度与时间、相变后冷却速率等参数对常化组织和抑制剂的影响后,对此有不同的发现。常化前的初始组织由以珠光体为主的富C片层和片层之间大量分布的铁素体所组成,在常化的加热与固溶过程中,只有碳化物片层区发生奥氏体相变,且提高固溶温度、延长固溶时间可形成更多奥氏体,但在1120℃固溶3 min依然无法完全溶解碳化物且不同区域内所形成奥氏体C浓度不均匀,奥氏体水冷后转变为马氏体和残余奥氏体。组织观察、原位膨胀实验结果与热力学计算结果均表明,在1120℃固溶后冷却至900~950℃相变温度保温时继续发生奥氏体化,而非普遍认为的γ→α相变,因此此时并不能通过该相变促进抑制剂析出。取向硅钢中细小抑制剂有2种来源:一是在铁素体区域由于降温导致抑制剂形成元素的固溶度下降而析出;二是900℃以下空冷时发生珠光体相变时析出。另外,提高加热速率和固溶温度均可溶解更多已形成的抑制剂,从而可在冷却时再析出更多的细小抑制剂。常化后抑制剂的类型主要为AlN、AlN与MnS的复合析出物及TiN。

关键词：取向硅钢常化组织演变抑制剂相变

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一种新型高强奥氏体低密度钢的强塑性机理

金属学报 2024年

作者：李夫顺刘志鹏丁灿灿胡斌罗海文北京科技大学冶金与生态工程学院

高强低密度钢能在保证结构安全性的前提下降低重量，减少CO2排放，因此在汽车等交通运输工业中占有重要的地位。本工作设计并制备出一种密度为6.50 g/cm3的含Cr奥氏体钢。经35%压下率冷轧+时效(35CR-T)和75%压下率冷轧+退火+时效(75CR-A... 详细信息

高强低密度钢能在保证结构安全性的前提下降低重量，减少CO2排放，因此在汽车等交通运输工业中占有重要的地位。本工作设计并制备出一种密度为6.50 g/cm3的含Cr奥氏体钢。经35%压下率冷轧+时效(35CR-T)和75%压下率冷轧+退火+时效(75CR-AT) 2种工艺路径所得到的样品均表现出优异的综合力学性能，其比屈服强度和总延伸率分别达到211.5 MPa g-1cm3、15.6%和210.0 MPa g-1cm3、21.5%。其中，35CR-T的显微组织由具有高密度位错的奥氏体和粗大的κ-碳化物组成；75CR-AT的显微组织由细小的再结晶奥氏体和更多更细小的晶内κ-碳化物组成。因此，前者位错强化贡献值更高，而后者晶界强化和析出强化增量更高，这导致2种样品屈服强度相当。75CR-AT中再结晶奥氏体变形时依次形成平面滑移位错、Taylor晶格、高密度位错墙和微带等位错亚结构，而35CR-T中奥氏体内的微带结构限制了其变形时位错增殖和位错亚结构的形成，因此后者的塑性较前者差。

关键词：奥氏体低密度钢 Cr合金化 κ-碳化物位错亚结构力学性能

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粉煤灰制备沸石的技术及应用现状

材料导报 2024年第7期38卷 106-119页

作者：张鹏陈星月李素芹任志峰李怡宏赵爱春何奕波太原科技大学材料科学与工程学院太原030024 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

粉煤灰(CFA)是发电厂在燃煤过程中形成的固体废弃物,其大量堆积造成的环境污染以及可回收资源浪费问题亟需解决。在粉煤灰众多再利用方式中,制备高吸附性能的沸石是实现粉煤灰高附加值应用的有效途径之一。来源不同的粉煤灰理化性质差... 详细信息

粉煤灰(CFA)是发电厂在燃煤过程中形成的固体废弃物,其大量堆积造成的环境污染以及可回收资源浪费问题亟需解决。在粉煤灰众多再利用方式中,制备高吸附性能的沸石是实现粉煤灰高附加值应用的有效途径之一。来源不同的粉煤灰理化性质差异较大,因此,制备沸石材料之前需采取不同的方法对其进行活化预处理。本文概述了沸石合成工艺之间的关系及其优缺点,并进一步阐述了粉煤灰基沸石在废水处理、气体吸附分离以及土壤改良等方面的应用前景。从粉煤灰预处理、沸石合成方法、产物应用领域等三个方面对粉煤灰制备沸石的整体发展趋势进行了展望。

关键词：粉煤灰沸石预处理绿色合成重金属吸附修复

废塑料与高炉喷吹煤混合燃烧行为及其对理论燃烧温度的影响

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钢铁研究学报 2024年第1期36卷 44-54页

作者：徐润生尉继勇叶涟张建良张楠滕海鹏北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

高炉喷吹是资源化、高效化处理数量庞大的废弃塑料制品的有效途径,因此系统研究了废塑料和高炉喷吹煤混合喷吹时燃烧行为及其对风口回旋区热状态作用机制。研究结果表明,废塑料高挥发分、无灰分、燃烧性能好的特点是其进行高炉喷吹的优... 详细信息

高炉喷吹是资源化、高效化处理数量庞大的废弃塑料制品的有效途径,因此系统研究了废塑料和高炉喷吹煤混合喷吹时燃烧行为及其对风口回旋区热状态作用机制。研究结果表明,废塑料高挥发分、无灰分、燃烧性能好的特点是其进行高炉喷吹的优势。高炉喷吹废塑料能提高炉腹煤气量,对理论燃烧温度有一定的降低效果。基于实验研究和理论计算结果,从提高喷吹燃料燃烧强度、效率及稳定高炉理论燃烧温度的角度出发,废塑料替代20%的无烟煤是较为合适的混合喷吹比例。同时高炉喷吹废塑料可以在合理范围内提高煤气量和还原气(H_(2)+CO)比例,促进高炉间接还原发展进而降低焦比,是实现高炉喷吹燃料结构优化和低碳绿色发展的有效路径。

关键词：高炉废塑料燃烧行为风口回旋区理论燃烧温度

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高炉喷吹高挥发分粒煤技术概述

钢铁研究学报 2024年第2期36卷 141-149页

作者：张建良鲍俭徐润生张波党晗北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

高炉喷煤是替代昂贵的冶金焦,降低生产成本,提高生产效率的有效手段之一。作为能源密集型的钢铁企业,随着优质喷吹煤资源的日益枯竭及采购成本持续高位运行,高炉发掘高比例低阶煤喷吹技术一方面能够降低企业的生产成本,提高行业内竞争力... 详细信息

高炉喷煤是替代昂贵的冶金焦,降低生产成本,提高生产效率的有效手段之一。作为能源密集型的钢铁企业,随着优质喷吹煤资源的日益枯竭及采购成本持续高位运行,高炉发掘高比例低阶煤喷吹技术一方面能够降低企业的生产成本,提高行业内竞争力;另一方面可以消纳大量的低阶煤资源,保障冶金行业的用能安全。粒煤喷吹技术作为众多低阶煤应用的代表性技术之一,已经在国内外的高炉上进行了充分的实践论证。首先介绍了高炉高比例烟煤喷吹的发展状况,接着分析了高炉喷吹粒煤技术的关键难题、国内外应用案例、国内外操作实践对比及经济效益,最后展望了其在钢铁行业的应用前景,并进行了可行性分析。

关键词：高炉喷吹低阶煤粒煤喷吹减碳降耗节能环保