中國戰(zhàn)略性新興產業(yè)新材料叢書是中國材料研究學會組織編寫的,被新聞出版廣電總局批準為十二五國家重點出版物出版規(guī)劃項目,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、高性能結構材料、高性能纖維復合材料等16種重點發(fā)展材料。本分冊為《關鍵鋼鐵材料》。本書在總結國內外關鍵鋼鐵材料實驗研究結果及生產與應用情況的基礎上,對現(xiàn)有關鍵鋼鐵材料進行了系統(tǒng)梳理。結合作者多年從事研發(fā)與應用的成果和經驗,針對其強化機理和性能要求,詳細論述了關鍵鋼鐵材料的微合金化原理和熱處理工藝及強化機理,揭示了生產過程中的關鍵技術原理。本書內容系統(tǒng)、全面、新穎,適合作為從事鋼鐵研究開發(fā)和工程化應用的科技人員和工程技術人員參考,也可供相關的高校師生、政府工作人員、企業(yè)人員參考。
該叢書為國內*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;中國材料研究學會組織編寫,各分冊作者均為國內*專家;內容突出新字,即:當代新材料的新概念、新技術、新工藝、新成果、新應用、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出版物出版規(guī)劃項目,獲2016年度國家出版基金資助。
中國戰(zhàn)略性新興產業(yè)新材料叢書由中國材料研究學會組織編寫,被新聞出版廣電總局批準為十二五國家重點出版物出版規(guī)劃項目,并獲2016年度國家出版基金資助。
根據(jù)國務院《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》,新材料被列為我國戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一。該叢書定位為:從戰(zhàn)略性新興產業(yè)的高度,著重論述新材料在國民經濟和國防建設重大工程和項目中的地位和作用、技術基礎、最新研究成果、應用領域及發(fā)展前景。其特點在于體現(xiàn)一個新字,即在遵守國家有關保密規(guī)定的前提下論述當代新材料最先進的工藝和最重要的性能。它代表當代全球新材料發(fā)展主流,對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的指導意義。叢書共16分冊,涵蓋了新型功能材料、高性能結構材料、高性能纖維復合材料等16種重點發(fā)展材料。本分冊為《關鍵鋼鐵材料》。
鋼鐵工業(yè)是國民經濟和社會發(fā)展的支柱產業(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,中國已經成為世界制造大國,但距離世界制造強國還有很長一段距離。發(fā)展關鍵鋼鐵材料是中國通往制造強國道路上堅實的基石。
隨著經濟發(fā)展方式的轉變,下游產業(yè)轉型升級和戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展將對鋼材品種質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)生產要求,需要對關鍵鋼鐵材料的強化理論、韌化理論、塑性理論及加工制備等方面的關鍵共性技術進行深入研究,以促進關鍵鋼鐵材料的發(fā)展與應用。
為此,本書在總結國內外關鍵鋼鐵材料實驗研究結果及生產與應用情況的基礎上,對現(xiàn)有關鍵鋼鐵材料進行了系統(tǒng)梳理。結合作者多年從事研發(fā)與應用的經驗,針對其強化機理和性能要求,詳細論述了關鍵鋼鐵材料的微合金化原理和熱處理工藝及強化機理,揭示了生產過程中的關鍵技術原理。
本書第1章概述戰(zhàn)略性新興產業(yè)與鋼鐵工業(yè)的關系、鋼鐵工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、關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化理論、韌化理論和塑性理論,并結合具體工藝和材料組織結構進行解釋說明。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與技術路線,然后論述亞臨界熱處理調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、組織調控、鋼的力學性能和塑性的影響,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控技術、微觀力學行為、應變硬化行為、塑性變形微觀機制、力學性能、拉伸性能及形變時效敏感性進行詳細論述。第5章介紹高鐵車輪鋼的微合金化技術,重點論述中碳鋼鈮微合金化技術及鈮微合金化對先共析轉變、相變動力學、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控及納米滲碳體對于強韌性、耐磨性的影響。
本書的主要內容來源于作者指導的博士和碩士研究生的研究結果及在工業(yè)中的實驗和工業(yè)化生產代表性數(shù)據(jù),在此謹向勤奮努力的學生、團結奉獻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者專家的研究成果、資料和圖片,在此謹致謝意。
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鍵鋼鐵材料的生產和應用方面發(fā)揮積極作用。
著者
2017年9月
尚成嘉,男,博士,北京科技大學材料科學與工程學院材料物理與化學系教授,博士生導師,中國金屬學會第六屆理事會理事,中國金屬學會材料科學分會秘書長,長期從事高性能合金結構鋼的應用基礎研究與產品開發(fā)工作。
第1章戰(zhàn)略性新興產業(yè)與鋼鐵工業(yè)1
1.1戰(zhàn)略性新興產業(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)展狀況2
1.2.2我國鋼鐵工業(yè)的現(xiàn)狀4
1.3鋼鐵材料產業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略4
1.3.1國家產業(yè)升級的必要性4
1.3.2先進制造業(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章關鍵鋼鐵材料的材料設計13
2.1鋼鐵材料的基因13
2.2鋼鐵材料的強化理論14
2.2.1固溶強化15
2.2.2細晶強化16
2.3韌化理論18
2.4塑性理論19
參考文獻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28
3.1.2第三代低合金鋼的目標與技術路線29
3.2利用亞臨界處理調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變過程中的組織調控44
3.3.3中溫等溫轉變處理后鋼的力學性能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控技術53
4.1.1多相組織調控機理54
4.1.2多相組織調控實驗驗證57
4.2多相組織管線鋼微觀力學行為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微觀應變分布61
4.3多相鋼的應變硬化行為63
4.3.1微觀組織和力學性能63
4.3.2修正CJ分析65
4.3.3修正CJ分析結果與微區(qū)變形行為的關系66
4.3.4貝氏體體積分數(shù)對應力比的影響68
4.4多相鋼塑性變形微觀機制72
4.4.1拉伸塑性變形過程中的應力分布72
4.4.2拉伸塑性變形過程中的應變行為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級別管線鋼的應變敏感性94
參考文獻97
第5章高鐵車輪鋼的微合金化技術102
5.1高鐵車輪鋼的組織及工藝特點102
5.2高鐵車輪斷裂韌性與組織的關系104
5.3中碳鋼Nb微合金化技術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變的影響113
5.5Nb微合金化對中碳鋼相變動力學的影響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對擴大高鐵車輪熱處理窗口的作用121
參考文獻123
第6章納米析出相的強化與韌化技術125
6.1貝氏體中的納米析出強化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納米滲碳體調控及性能130
6.2.1納米滲碳體調控130
6.2.2納米滲碳體與強韌性135
6.2.3磨損性能135
參考文獻136