中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料叢書是中國材料研究學(xué)會組織編寫的,被新聞出版廣電總局批準(zhǔn)為十二五國家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目,并獲2016年度國家出版基金資助。叢書共16分冊,涵蓋了新型功能材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、高性能纖維復(fù)合材料等16種重點(diǎn)發(fā)展材料。本分冊為《關(guān)鍵鋼鐵材料》。本書在總結(jié)國內(nèi)外關(guān)鍵鋼鐵材料實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果及生產(chǎn)與應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上,對現(xiàn)有關(guān)鍵鋼鐵材料進(jìn)行了系統(tǒng)梳理。結(jié)合作者多年從事研發(fā)與應(yīng)用的成果和經(jīng)驗(yàn),針對其強(qiáng)化機(jī)理和性能要求,詳細(xì)論述了關(guān)鍵鋼鐵材料的微合金化原理和熱處理工藝及強(qiáng)化機(jī)理,揭示了生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)原理。本書內(nèi)容系統(tǒng)、全面、新穎,適合作為從事鋼鐵研究開發(fā)和工程化應(yīng)用的科技人員和工程技術(shù)人員參考,也可供相關(guān)的高校師生、政府工作人員、企業(yè)人員參考。
該叢書為國內(nèi)*部系統(tǒng)論述我國新材料發(fā)展戰(zhàn)略的系統(tǒng)性科技系列著作;中國材料研究學(xué)會組織編寫,各分冊作者均為國內(nèi)*專家;內(nèi)容突出新字,即:當(dāng)代新材料的新概念、新技術(shù)、新工藝、新成果、新應(yīng)用、新趨勢等,代表了全球新材料發(fā)展的主流。入選十二五國家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目,獲2016年度國家出版基金資助。
中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料叢書由中國材料研究學(xué)會組織編寫,被新聞出版廣電總局批準(zhǔn)為十二五國家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目,并獲2016年度國家出版基金資助。
根據(jù)國務(wù)院《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》,新材料被列為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。該叢書定位為:從戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高度,著重論述新材料在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)重大工程和項(xiàng)目中的地位和作用、技術(shù)基礎(chǔ)、最新研究成果、應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景。其特點(diǎn)在于體現(xiàn)一個新字,即在遵守國家有關(guān)保密規(guī)定的前提下論述當(dāng)代新材料最先進(jìn)的工藝和最重要的性能。它代表當(dāng)代全球新材料發(fā)展主流,對實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。叢書共16分冊,涵蓋了新型功能材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、高性能纖維復(fù)合材料等16種重點(diǎn)發(fā)展材料。本分冊為《關(guān)鍵鋼鐵材料》。
鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè),傳統(tǒng)能源、海洋、現(xiàn)代交通、新能源等高端裝備制造與重大工程的各個方面均離不開鋼鐵材料。目前,中國已經(jīng)成為世界制造大國,但距離世界制造強(qiáng)國還有很長一段距離。發(fā)展關(guān)鍵鋼鐵材料是中國通往制造強(qiáng)國道路上堅(jiān)實(shí)的基石。
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變,下游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展將對鋼材品種質(zhì)量提出更高和更苛刻的要求。為了滿足科技發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)要求,需要對關(guān)鍵鋼鐵材料的強(qiáng)化理論、韌化理論、塑性理論及加工制備等方面的關(guān)鍵共性技術(shù)進(jìn)行深入研究,以促進(jìn)關(guān)鍵鋼鐵材料的發(fā)展與應(yīng)用。
為此,本書在總結(jié)國內(nèi)外關(guān)鍵鋼鐵材料實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果及生產(chǎn)與應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上,對現(xiàn)有關(guān)鍵鋼鐵材料進(jìn)行了系統(tǒng)梳理。結(jié)合作者多年從事研發(fā)與應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn),針對其強(qiáng)化機(jī)理和性能要求,詳細(xì)論述了關(guān)鍵鋼鐵材料的微合金化原理和熱處理工藝及強(qiáng)化機(jī)理,揭示了生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)原理。
本書第1章概述戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)與鋼鐵工業(yè)的關(guān)系、鋼鐵工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、關(guān)鍵鋼鐵材料的需求及創(chuàng)新發(fā)展所面臨的主要問題。第2章論述鋼鐵材料的強(qiáng)化理論、韌化理論和塑性理論,并結(jié)合具體工藝和材料組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋說明。第3章首先簡述低合金鋼的發(fā)展和第三代低合金鋼的目標(biāo)與技術(shù)路線,然后論述亞臨界熱處理調(diào)控低合金鋼中多相組織和殘余奧氏體及殘余奧氏體對韌性的影響,最后詳細(xì)論述中溫等溫處理過程中溫度和時間對殘余奧氏體、組織調(diào)控、鋼的力學(xué)性能和塑性的影響,還對第三代低合金鋼的發(fā)展做了展望。第4章對第三代管線鋼多相組織在線調(diào)控技術(shù)、微觀力學(xué)行為、應(yīng)變硬化行為、塑性變形微觀機(jī)制、力學(xué)性能、拉伸性能及形變時效敏感性進(jìn)行詳細(xì)論述。第5章介紹高鐵車輪鋼的微合金化技術(shù),重點(diǎn)論述中碳鋼鈮微合金化技術(shù)及鈮微合金化對先共析轉(zhuǎn)變、相變動力學(xué)、熱處理過程中奧氏體形核和長大的影響。第6章介紹回火時間和回火溫度對貝氏體中納米NbC析出及性能的影響,并簡述納米滲碳體調(diào)控及納米滲碳體對于強(qiáng)韌性、耐磨性的影響。
本書的主要內(nèi)容來源于作者指導(dǎo)的博士和碩士研究生的研究結(jié)果及在工業(yè)中的實(shí)驗(yàn)和工業(yè)化生產(chǎn)代表性數(shù)據(jù),在此謹(jǐn)向勤奮努力的學(xué)生、團(tuán)結(jié)奉獻(xiàn)的同事以及合作的企業(yè)表示衷心感謝!
本書在著述過程中參考和引用了一些單位和學(xué)者專家的研究成果、資料和圖片,在此謹(jǐn)致謝意。
由于著者水平有限,書中難免存在疏漏和不足之處,懇請讀者批評指正。希望本書能夠在推動關(guān)鍵鋼鐵材料的生產(chǎn)和應(yīng)用方面發(fā)揮積極作用。
著者
2017年9月
尚成嘉,男,博士,北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料物理與化學(xué)系教授,博士生導(dǎo)師,中國金屬學(xué)會第六屆理事會理事,中國金屬學(xué)會材料科學(xué)分會秘書長,長期從事高性能合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用基礎(chǔ)研究與產(chǎn)品開發(fā)工作。
第1章戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)與鋼鐵工業(yè)1
1.1戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)1
1.2鋼鐵工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略2
1.2.1世界鋼鐵發(fā)展?fàn)顩r2
1.2.2我國鋼鐵工業(yè)的現(xiàn)狀4
1.3鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略4
1.3.1國家產(chǎn)業(yè)升級的必要性4
1.3.2先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展需求6
1.3.3鋼鐵工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必要性7
1.4關(guān)鍵鋼鐵材料的需求與挑戰(zhàn)8
1.4.1海洋工程用鋼8
1.4.2石油開采與儲運(yùn)用鋼9
1.4.3現(xiàn)代交通用鋼9
1.4.4重大裝備用鋼10
1.4.5創(chuàng)新發(fā)展面臨的主要問題11
第2章關(guān)鍵鋼鐵材料的材料設(shè)計13
2.1鋼鐵材料的基因13
2.2鋼鐵材料的強(qiáng)化理論14
2.2.1固溶強(qiáng)化15
2.2.2細(xì)晶強(qiáng)化16
2.3韌化理論18
2.4塑性理論19
參考文獻(xiàn)25
第3章創(chuàng)新的低合金鋼體系28
3.1第三代低合金鋼概念與思路28
3.1.1低合金鋼的發(fā)展及TRIP效應(yīng)28
3.1.2第三代低合金鋼的目標(biāo)與技術(shù)路線29
3.2利用亞臨界處理調(diào)控低合金鋼中多相組織及殘余奧氏體31
3.2.1利用亞臨界熱處理調(diào)控殘余奧氏體的原理31
3.2.2亞臨界熱處理過程中的析出相33
3.2.3殘余奧氏體對韌性的影響37
3.3亞穩(wěn)奧氏體中溫等溫處理對殘余奧氏體的調(diào)控40
3.3.1等溫處理過程中溫度變化對殘余奧氏體的影響40
3.3.2第二類低合金鋼中溫等溫時間對轉(zhuǎn)變過程中的組織調(diào)控44
3.3.3中溫等溫轉(zhuǎn)變處理后鋼的力學(xué)性能47
3.3.4殘余奧氏體對塑性的影響48
3.4第三代低合金鋼的展望50
參考文獻(xiàn)50
第4章第三代管線鋼53
4.1第三代管線鋼多相組織在線調(diào)控技術(shù)53
4.1.1多相組織調(diào)控機(jī)理54
4.1.2多相組織調(diào)控實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證57
4.2多相組織管線鋼微觀力學(xué)行為60
4.2.1SHA模型簡述60
4.2.2多相組織的定量統(tǒng)計60
4.2.3微觀應(yīng)變分布61
4.3多相鋼的應(yīng)變硬化行為63
4.3.1微觀組織和力學(xué)性能63
4.3.2修正CJ分析65
4.3.3修正CJ分析結(jié)果與微區(qū)變形行為的關(guān)系66
4.3.4貝氏體體積分?jǐn)?shù)對應(yīng)力比的影響68
4.4多相鋼塑性變形微觀機(jī)制72
4.4.1拉伸塑性變形過程中的應(yīng)力分布72
4.4.2拉伸塑性變形過程中的應(yīng)變行為73
4.5第三代多相組織管線鋼76
4.5.1抗變形X80管線鋼力學(xué)性能及組織76
4.5.2X80管線鋼拉伸性能79
4.5.3抗變形X80管線鋼沖擊斷裂行為80
4.5.4X80多相組織管線鋼形變時效敏感性82
4.6X90多相組織管線鋼85
4.7X100多相組織管線鋼91
4.7.1X100成分設(shè)計和組織觀察91
4.7.214.8mmX100鋼板及鋼管性能92
4.7.3X100級別管線鋼的應(yīng)變敏感性94
參考文獻(xiàn)97
第5章高鐵車輪鋼的微合金化技術(shù)102
5.1高鐵車輪鋼的組織及工藝特點(diǎn)102
5.2高鐵車輪斷裂韌性與組織的關(guān)系104
5.3中碳鋼Nb微合金化技術(shù)106
5.3.1Nb在鋼中的析出行為106
5.3.2Nb在鋼中的析出熱力學(xué)107
5.3.3中碳車輪鋼的Nb析出108
5.4Nb微合金化對中碳鋼先共析轉(zhuǎn)變的影響113
5.5Nb微合金化對中碳鋼相變動力學(xué)的影響114
5.6Nb微合金化對熱處理過程奧氏體形核和長大的影響117
5.7Nb對擴(kuò)大高鐵車輪熱處理窗口的作用121
參考文獻(xiàn)123
第6章納米析出相的強(qiáng)化與韌化技術(shù)125
6.1貝氏體中的納米析出強(qiáng)化125
6.1.1回火溫度對納米NbC析出及性能的影響126
6.1.2回火時間對納米NbC析出及性能的影響128
6.2納米滲碳體調(diào)控及性能130
6.2.1納米滲碳體調(diào)控130
6.2.2納米滲碳體與強(qiáng)韌性135
6.2.3磨損性能135
參考文獻(xiàn)136