金属与文明

• 现代科技解读古代钢铁秘密——EBSD技术在冶金考古与材料教学中的新视野

  杨平;

  你是否想过，一把生锈的古剑背后，可能藏着千年前的锻造技艺？冶金考古，正是通过科学方法“阅读”金属文物中的微观信息，还原古代工匠的智慧；而一种名为“电子背散射衍射（EBSD）”的现代分析技术，已发展成为该领域的一项关键分析工具。EBSD技术能够精准识别金属中微米级的晶体结构、取向和相组成，甚至能“反推”出古代材料在高温下的原始状态。这不仅帮助考古学者更准确地判断铁器的冶炼与热处理工艺，还为材料科学与工程的教学提供了生动而深刻的实例。本文基于北京科技大学在科技史与材料科学领域的积累，通过多个出土铁器的真实案例，展示EBSD技术如何揭示以往难以察觉的微观信息。同时，笔者结合多年教学经验，系统阐述了如何将EBSD数据融入《材料科学基础》课程的教学改革中，从教材编写、实验设计到课外拓展，全面增强学生对材料微观世界的理解。EBSD技术不仅是传统金相法的重大升级，更是连接古代工艺与现代材料科学的重要桥梁。让我们一起走进这场科技与历史对话的新时代。

  2025年05期 No.241 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 2284K]
  [下载次数：15 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

炉火探秘

• 冰火淬炼：不同深冷工艺如何重塑4Cr5MoSiV1模具钢的性能？

  冯美龙;

  深冷处理是一种在极低温环境下对材料进行强化的技术，近年来在模具钢性能优化中展现出巨大潜力。本研究以广泛应用的4Cr5MoSiV1模具钢为对象，系统比较了不同深冷工艺对其内部结构与力学行为的影响。实验结果表明，经过液氮深冷处理后，钢中残余奥氏体进一步转变为马氏体，显著提升了材料的硬度与强度。尤其在1000°C高温预处理后，深冷工艺促使碳化物更均匀地析出，形成细小弥散强化相，使钢材在保持一定延展性的同时，抗拉强度突破1870 MPa，综合性能优异。本研究为深冷处理在模具钢强韧化应用方面提供了实验依据与技术参考，对延长模具使用寿命、提升工业制造水平具有积极意义。

  2025年05期 No.241 9-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1638K]
  [下载次数：10 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 探秘炼钢炉底的气孔布局：如何让210 t转炉里的钢水搅拌更均匀？

  张海辰;程树森;

  在炼钢转炉中，从炉底吹入气体（如氮气、氩气）来“搅拌”钢水，是保证钢材质量均匀的关键步骤。这些气体从哪里吹入（底部气孔的位置和角度）、吹多少孔，直接影响着钢水的流动和混合效果。本研究利用计算机模拟技术，详细探究了210 t转炉底部气孔的数量、分布位置（离中心的距离）和排列角度对炉内钢水流动模式的影响。模拟发现：（1）气孔数量与流动模式：当气孔少于8个时，钢水会形成明显的“双漩涡”流动。但当气孔增加到12个时，这种特定的漩涡模式就消失了。总体而言，气孔数量越多、分布越分散，对钢水的搅拌效果就越好。（2）气孔位置：在炉底，气孔距离炉子中心越近（在一定范围内），搅拌混合效果越好。但实际生产中也不能太靠近中心，以免影响其他操作。（3）气孔角度排列：不对称地布置气孔角度，比均匀对称布置更能减少钢水中的“流动死角”（流速极慢的区域），从而显著提升整体的混合均匀度。工厂根据这些模拟结果优化了气孔布置（将4孔等角度布置改为8孔不等角度布置）。经过实际生产测试，优化后的方案成功降低了钢水关键成分的浓度差异（碳氧积指标下降），证明了这种改进确实能让钢水混合得更均匀。这项研究为优化大型转炉的底吹设计，提高炼钢效率和钢材质量提供了科学依据。

  2025年05期 No.241 14-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 2003K]
  [下载次数：6 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 唐钢120 t钢包加盖技术应用实践

  李广;

  在钢铁生产中，高温钢水通过钢包转运时，大量热量会从敞开的钢包包口散失。这不仅浪费能源，还迫使钢厂提高出钢温度，增加煤气、钢铁料和耐火材料消耗。为破解这一难题，唐山钢铁集团创新研发了钢包全程自动加盖技术。该技术根据冶炼流程差异（非精炼钢、精炼钢），设计了针对性方案，确保钢包从出钢、运输、浇铸到热修、返回全程覆盖保温盖。核心设备钢包自动加盖机采用铰链连接简化盖体与钢包的结合；通过运动协同定位（加盖机与钢包同向运动）实现动态精准对位。实际应用效果显著：加盖钢包在出钢前内衬温度比未加盖时提高200℃，由此促使转炉冶炼出钢终点温度降低13℃。这不仅大幅减少了钢水热量流失，还显著降低了钢铁料、脱氧剂和耐火材料的消耗。经测算，按年产量385万t钢计算，该技术每年可为企业创造经济效益约2698.85万元，同时改善了作业环境。这项技术的成功应用，为钢铁行业节能减排提供了有效解决方案。

  2025年05期 No.241 23-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 1433K]
  [下载次数：10 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ]

材料物语

• 退火温度对核电站“铠甲”锆合金管材力学性能和第二相的影响

  赵婷婷;谢汉芳;杨艳;

  锆合金是核反应堆中不可或缺的“铠甲”材料，负责包裹核燃料，承受高温、高压和辐射的极端环境。为实现我国核电站关键锆材的自主可控，本研究对比了不同退火温度下国产与进口Zr-4合金管材的性能变化。结果发现，当退火温度升高至490℃并保温3 h后，国产管材在400℃高温下的屈服强度和抗拉强度显著提升，分别达到176和324 MPa，与进口产品性能相当。通过电子显微镜观察发现，国产与进口管材中的第二相粒子在结构、尺寸和成分上高度一致，主要为富铁铬的Zr(Fe, Cr)_2相。这一研究不仅揭示了退火温度—微观组织—力学性能之间的内在联系，也为国产锆合金热处理工艺的优化提供了重要依据，推动核电关键材料走向国产化。

  2025年05期 No.241 28-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 1788K]
  [下载次数：11 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ]

• 当蜘蛛网“爬”上铜器：一种仿生纹理工艺研究

  钱海伦;王坚;黄征;张道权;朱军岷;

  你是否想过，坚硬的铜器表面也能呈现出如蜘蛛网般自然、细腻的纹理？本研究开发出一种新颖的金属表面处理工艺，通过在水面绘制出网状纹理，再将其转印至铜器表面，结合化学蚀刻等技术，最终形成层次丰富、形态逼真的蜘蛛网凹凸肌理。该方法不仅操作简便、可重复性强，还极大提升了铜器的艺术表现力和观赏性，为传统金属工艺注入了新的自然美学灵感。

  2025年05期 No.241 34-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1504K]
  [下载次数：3 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ]

金属变形记

• 80%轧制+680～750℃退火温度：热轧TA5钛合金板材最优组织和性能

  曲家东;史大禹;戴山;韩启明;

  TA5钛合金是制造船舶的关键材料之一，其性能优劣直接影响舰船装备的可靠性与寿命。退火温度和热轧变形量这2个关键工艺参数对TA5板材的微观组织和力学性能有重要影响，本研究采用不同热轧变形量（50%和80%）轧制出TA5板材，并对它们进行了一系列不同温度（600～800°C）的退火处理。测试了它们的强度、塑性，并观察了内部的晶粒结构。结果发现“火候”要恰到好处：当退火温度在680～750°C这个“黄金区间”时，材料内部原本被轧制拉长的晶粒会“重组”成细小且均匀的“沙粒状”等轴晶粒（这是理想的组织状态）。此时，TA5板材不仅强度达标，而且韧性（延伸率）最好，综合性能表现最优，完全满足国家标准GB/T 3621—2022的要求。“锤炼”得更充分，效果更佳：采用更大的热轧变形量（80%）轧制的板材，其内部的晶粒破碎得更充分。经过上述合适的退火后，更容易获得均匀细小的等轴晶粒组织，从而显著提升板材的塑性和韧性。温度过高反变“脆”：如果把退火温度升得过高（比如800°C），部分晶粒会像“疯长”一样变得特别粗大，导致材料内部组织不均匀。这种“异常长大”的晶粒会使材料变“脆”（塑性下降），性能反而变差。

  2025年05期 No.241 40-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1596K]
  [下载次数：15 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 如何“驾驭”钛板成型？——冷轧与退火工艺对纯钛性能的调控

  高尚飞;曲家东;戴山;赵兵兵;王怀勇;

  纯钛材料在冲压成型时常常因为不同方向的力学性能不一致，即各向异性而遇到困难，导致成品率低、成本高。为改善这一现象，本研究以工业纯钛TA1为对象，系统探讨了不同冷轧加工方式与退火温度对其组织与性能的影响。实验通过多火次、小变形量的冷轧工艺，结合不同温度的再结晶退火处理，利用金相显微镜、电子背散射衍射（EBSD）等先进表征手段，分析了钛材的微观结构演变与力学行为。结果表明：采用三火次轧制、终轧加工率为50%，并在620℃下进行退火处理的工艺组合，可显著弱化钛板中的“双峰织构”，降低各向异性，从而获得优异的综合塑性，更利于后续冲压成型。本研究为高性能钛板的生产提供了可靠的工艺依据，对促进钛材在新能源、3C电子和医疗等领域的精密应用具有实际意义。

  2025年05期 No.241 45-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1781K]
  [下载次数：14 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 热轧带钢为什么会翘曲？——成因分析与控制方法实践

  郭立合;王超;于千;张国海;

  在热轧带钢生产过程中，即使各类检测仪表显示数据正常，钢带在开卷后仍频繁出现翘曲、皱褶等板形缺陷，尤其在薄规格带钢的头尾部分更为明显。这类问题不仅影响后续冷轧工序的焊接质量，还会导致用户反馈的“横折印”等质量问题。研究表明，带钢在卷取后的冷却阶段，由于宽度方向上温度分布不均，内部会产生显著应力。当该应力超过材料的屈服极限，就会发生塑性变形，并在室温下形成残余应力，最终表现为翘曲。为系统评估该问题，本文引入了“翘曲度”这一指标，通过实验分析不同工艺参数（如喷水比例、板凸度、卷取张力等）对翘曲行为的影响。基于现场数据与力学分析，提出了包括优化层流冷却模式、调整喷水比例、实施微中浪轧制策略等一系列改进措施。实践表明，这些方法可显著降低翘曲度，提升带钢板形质量，为热轧生产中的翘曲控制提供了可靠的理论依据和实际应用方案。

  2025年05期 No.241 52-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1633K]
  [下载次数：21 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

冶途质检站

• 告别毛刺与崩刀：高强钢圆盘剪切边工艺研究

  曹新星;贾冬梅;

  在钢铁生产中，精准地裁切高强钢边缘至关重要，但这也充满挑战——刀具容易崩坏，裁切出的边部常出现毛刺、裂纹等问题。本文聚焦于一种广泛应用的工业级圆盘剪裁切设备（塔式无驱动型圆盘剪），深入探究了如何提升其对高强钢边部的裁切品质。研究从设备的工作原理入手，重点分析了3个工艺操作参数（刀刃间隙、重叠量和前束角）对裁切效果的影响。同时，刀刃本身的打磨维护精度以及设备的定期保养状态也是决定裁切质量的关键因素。通过对刀刃间隙、重叠量和前束角的精细调控，并增加三辊纠偏稳定辊，规范刀刃修磨技术参数等，成功解决了裁切后边部在后续轧制中常见的“锯齿边”和“边部开裂”等缺陷。这些优化措施显著提升了高强钢边部的光洁度和平整度，最终得到了下游客户的高度认可，为汽车制造等关键领域提供了更可靠的高品质材料。

  2025年05期 No.241 58-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1685K]
  [下载次数：15 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 高温下的“疲劳”与“蠕变”如何联手？——1.25Cr0.5Mo钢在580°C下的寿命行为探秘

  武兴;陈浩;刘麟;李京;陈杨;季敏;

  1.25Cr0.5Mo钢常用于高温关键设备，如加氢反应器，其高温下的疲劳与蠕变联合作用行为即疲劳–蠕变交互是影响其服役寿命的关键。本文通过应力控制试验，模拟了材料在高温服役中承受反复载荷（疲劳）和持续应力（蠕变）的共同作用。研究发现：“弹簧效应”与持续变形：材料在循环载荷下的响应曲线（迟滞回线）呈现开口状并持续向右偏移。这表明材料在每次“拉伸–放松”过程中，不仅产生弹性变形，还积累了不可逆的塑性变形和缓慢的蠕变变形。蠕变恢复的“双刃剑”：在应力峰值（上保载）时，材料会发生显著的蠕变变形；在应力谷值（下保载）时，部分变形会恢复。但“拉长”的量总是大于“回缩”的量，导致每个循环都残留一点永久变形（应变累积）。这种累积的蠕变损伤逐渐成为主导因素。有趣的是，这种恢复效应反而使得疲劳和蠕变两种损伤机制之间的激烈“拉锯战”有所减弱。寿命的关键影响因素：当施加的波动应力范围（应力幅）小于其平均应力水平时，两者都会加速材料的损伤。这好比材料内部同时在进行快速的“晶体内部塑性变形”和缓慢的“晶界滑移蠕变”，加速了材料抵抗变形能力的耗竭，从而显著缩短了材料的使用寿命。特别是当应力幅远低于平均应力时，蠕变损伤几乎完全决定了寿命，疲劳的影响变得微乎其微。本研究揭示了1.25Cr0.5Mo钢在高温复杂载荷下的失效机制，为预测其使用寿命、保障相关高温设备的安全运行提供了重要依据。

  2025年05期 No.241 64-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1493K]
  [下载次数：8 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 某型乘用车变速箱轴承失效原因分析

  操庆春;方静;

  某乘用车行驶约1.2万km后，变速箱圆锥滚子轴承失效。分析确认轴承材料（GCr15）成分、纯净度及初始热处理均合格。失效主因是外圈滚道面发生严重粘着磨损。关键证据指向异常高温：外圈滚道面检测到深度约1 mm的“二次淬火层”，显微硬度极高（HV 926），证实其曾经历瞬间超高温（>780℃）并被快速冷却。硬度梯度显示整个外圈温升显著。综合分析认为轴承外圈与安装座之间发生异常滑动摩擦，产生局部极端高温，导致滚道面材料结构剧变和粘着磨损。调查发现，变速箱喷溅式润滑设计效果不佳，在特定工况（如坡道、启动）下易导致轴承局部供油不足，加剧摩擦生热。该案例表明，即使轴承材料与制造工艺合格，异常的安装配合（导致滑动摩擦）或不良的润滑散热条件，也可能引发严重的高温粘着磨损失效。

  2025年05期 No.241 69-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 1542K]
  [下载次数：16 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 攻克连铸机“心脏”磨损难题：小方坯结晶器下口长寿化技术实践

  谭杜;

  结晶器被誉为连铸机的“心脏”，其状态直接影响铸坯质量和生产成本。在实际高效连铸生产中，结晶器铜管下口常出现严重磨损，导致其使用寿命短、更换频繁、成本居高不下。本文基于阳春新钢铁小方坯连铸机的生产实践，系统分析了铜管下口磨损的主要原因，并从设备结构、工艺控制、操作规范等多个维度提出了一系列改进措施。通过优化足辊布置、调整开口度、增强支架刚性、规范操作流程等综合手段，显著延长了铜管使用寿命，实现平均过钢量超10000 t/支，为同类企业降低消耗、稳定生产提供了有益参考。

  2025年05期 No.241 75-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1571K]
  [下载次数：6 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

冶金环保风

• 钢铁厂焦炉煤气如何“清洁变身”？——脱硫脱氨净化技术与系统设计综述

  李智慧;曲宗杰;李家乐;张超杰;张立强;

  煤气是钢铁生产中不可或缺的产物和原料，但其含有的硫化氢、氨等污染物若直接排放，将对环境和人体健康造成严重威胁。为实现绿色生产，煤气必须经过高效净化处理。本文系统介绍了几种主流煤气脱硫与脱氨工艺，包括硫酸铵法、无水氨法、FRC法、HPF法等，分析其技术原理、流程特点、适用场景及环保效益，为钢铁企业选择合适的净化工艺提供理论依据和实践参考。研究表明，各类工艺在脱除效率、运行成本、设备投资和环境影响等方面各有优劣。煤气净化不仅是环保刚需，更是钢铁行业转型升级、实现可持续发展的重要技术支撑。未来应继续研发新型净化材料、智能控制系统与组合工艺，进一步提升煤气净化的效率和环境友好性。

  2025年05期 No.241 80-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 1533K]
  [下载次数：13 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

产线装备进化论

• 智能调度如何提升钢水运输效率？——钢包智能配包技术解析

  彭飞;段富春;张臣;姜威;

  炼钢主要包含转炉炼钢、炉外精炼以及连铸3个工艺，其中钢包作为承载钢水的关键“容器”，其传递速度（周转效率）直接影响整个工厂的节能降耗和高效运行。传统钢包调度依赖人工经验，在设备众多（如7座转炉、11个精炼位、8台连铸机）、钢包使用量大（26～32个）的复杂生产环境下，容易出现信息滞后、匹配错误、效率低下等问题，导致钢水温度下降、能耗增加、生产延误。本文介绍的钢包智能配包技术通过实时采集炼钢各环节（从连铸结束、钢包清洁处理到转炉接钢）的设备状态、钢种要求、钢包位置等信息，利用智能算法自动规划最优的钢包调度路径。这套系统显著减少了人为干预和判断错误，有效缩短了钢包闲置时间，提高了钢包利用率和匹配准确性，从而最大限度地减少了钢水在运输过程中的热量损失。最终实现节能降耗、降低成本、提升钢水质量和生产效率的目标，对于超大规模、设备密集的钢铁企业尤为关键。

  2025年05期 No.241 90-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1520K]
  [下载次数：5 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 冷轧生产线焊接设备升级记：解决焊不牢、焊穿难题

  丛伟;赵红;丛林雨;鄂立新;张伟勃;崔岚;

  某钢铁企业冷轧生产线上的关键焊接设备（“3号重卷焊机”）服役多年，老化严重，遇到了不少令人头疼的“焊接病”：涂层钢板焊不牢、焊轮上总是粘着锌渣、焊接时火花飞溅像“放烟花”、钢板动不动就被焊穿，设备本身也常被火花打坏。这些问题严重影响了高端汽车钢板的生产。为了“治愈”这些顽疾，工厂给这台焊机来了个“大手术”。工程师们首先摸清了它的工作原理，然后对焊机的“筋骨”——关键结构进行了大刀阔斧的优化升级：比如把复杂的双焊轮变成简洁高效的单焊轮并配上自动清洁装置；把老旧的工频焊接电源换成更精准、更节能的中频直流电源；给焊机增加了“退火”功能来提升高强钢焊接后的韧性；还改进了夹钳、升降装置等部件，让焊接过程更稳定、更听话。手术效果显著！改造后，那些恼人的焊接问题——锌渣粘轮、火花飞溅、钢板焊穿、设备损伤——统统被搞定。更重要的是，这台“焕然一新”的焊机胃口大开，能稳稳地焊接各种不同规格（厚度0.3～2.5 mm）和类型的钢板（包括普通钢和高端汽车用钢），实现了产品全覆盖。这次成功的设备升级经验，为其他冷轧生产线解决类似焊接难题提供了宝贵的参考。

  2025年05期 No.241 96-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1492K]
  [下载次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]
下载本期数据