超细晶钢理论及技术进展

超细晶化理论及技术是21世纪新一代钢铁材料的重要发展方向。

目前，工业生产和广泛应用的低合金钢的屈服强度约为400MPa，抗拉强度约为500MPa，晶粒尺寸约为lOpm。

长期研究和生产实践表明，具有高强度且有高韧度的钢铁材料是最理想的材料，晶粒细化处理是同时提高材料强度和韧度的最有效途径，因此世界各国研究者力争通过对低合金钢进行细晶化的研究，将低合金钢的屈服强度由目前的400MPa级提高到800MPa级，其核心理论和技术是实现钢材的超细晶（或超细组织）。

1997年4月，日本开始了“新世纪结构材料（或超级钢材料）”为期10年的研究计划，提出生产将现有钢材强度翻番和使用寿命翻番为目标的新一代钢材。

之后韩国在1998年启动了“21世纪高性能结构钢”，我国予1998年末确立启动了“新一代钢铁材料重大基础研究”项目（国家973项目），其目标是将现有的普碳钢和低合金钢的强度和寿命提高1倍，同时不降低钢的综合性能。

东亚相差不到1年，设立相同目标的研究项目带动了欧美各国钢铁界竞相参与和重视。

控制超细晶粒钢的组织而使钢强韧化的观点出发，对现有高强度低合金(HSLA)钢晶粒细化的理论和技术进行了探讨。

探讨高强度低合金钢的晶粒细化理论。

1.高强度低合金钢的晶粒细化理论：2.低合金高强钢最重要的力学性能指标是屈服强度GB和韧脆转变温度T。

对于新一代钢铁材料来说，提高其屈服强度民，降低其韧性转变温度T是研究和开发的重点。

提高钢铁材料强度的方法有：固溶强化、析出相强化、弥散强化、形变强化，细晶强化等。

钢铁材料提高强度的途径主要有4条Ⅲ：通过合金元素和间隙元素原子溶解于基体组织产生周溶强化通过加工变形增加位错密度造成钢材承载时位错运动困难（位错强化）通过晶粒细化使位错穿过晶界受阻产生细晶强化通过第二相(一般为M(C，N),析出相或弥散相）使位错发生弓弯和受阻产生析出强化。

各种强化机制的效果。

其中，细晶强化是唯一能同时提高强度和韧性的方法，其它强化方法得到的显微组织都存在强度提高而韧性下降的缺点。

第20卷第4期2008年4月 钢铁研究学报 Journal of Iron and Steel ResearchVol.20,No.4　April 2008作者简介:张西锋(19812),男,硕士生; E 2m ail :xifeng08@ ; 修订日期:2007209219超细晶粒钢的制备原理及技术张西锋,　袁守谦,　魏颖娟(西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055)摘　要:介绍了国内外超细晶粒钢的发展情况;阐述了晶粒细化对钢铁材料综合性能的影响,从微合金化、形变诱导相变、热处理和新型机械控制轧制技术及磁场或电场处理等方面介绍了获得细化晶粒钢的关键技术,最后从实际应用角度出发,提出了超细晶粒钢生产及应用中存在的问题。

关键词:超细晶粒钢;铁素体;奥氏体;形变诱导相变中图分类号:T G 114211 文献标识码:A 文章编号:100120963(2008)0420001207Principle and T echnology of Manufacturing U ltraf ine G rain SteelZHAN G Xi 2feng ,　YUAN Shou 2qian ,　WEI Y ing 2juan(School of Metallurgical Engineering ,Xi ′an University of Architecture and Technology ,Xi ′an 710055,Shanxi ,China )Abstract :Firstly the development of ultrafine grain steel is described ,secondly the influence of grainrefining on comprehensive performance of steel material is expatiated ,and the key technique of manufacturing ultrafine grain steel is introduced.It includes microalloying ,deformation 2induced ferrite transformation ,severe plastic deforma 2tion ,TMCP technique ,magnetic or electric field treatment and so on ,at last ,the problem in the production and application of ultrafine grain steel is introduced.K ey w ords :ultrafine grain steel ;ferrite ;austenite ;deformation 2induced ferrite transformation 提高钢的强度、韧性、延展性、加工性能以及使用寿命是21世纪钢铁工业的主要奋斗目标之一。

近年来，通过加强对碳锰钢、微合金钢及合金钢在轧制与冷却过程中的晶粒细化、析出与相变等的组织性能控制的基础与应用研究，在细晶高强钢、高级管线钢、高性能中厚板及特厚板、取向硅钢及先进汽车板等高性能冷轧带钢、新型铁素体不锈钢及双相不锈钢、高性能长材及管材等的工艺控制技术与产品开发方面取得了一大批重要成果，为轧制钢材的品质提升和国家经济建设作出了重大贡献。

细晶和超细晶钢的研究开发及应用
近年的“新一代钢铁材料重大基础研究”项目以细晶和超细晶钢的研究开发为目标，该项目通过结合轧制生产线装备和工艺实际，开展了大量的理论和试验研究与探索，其中包括：①铁素体+珠光体（F+P）碳素钢或低合金钢采用强力轧制、形变诱导铁素体相变（DIFT）以及形变和相变耦合的组织超细化理论和技术；②结合奥氏体再结晶和未再结晶控制轧制和加速冷却（RCR+ACC）控制的晶粒适度细化理论和技术；③基于过冷奥氏体热变形的低碳钢组织细化一形变强化相变（DEFT）理论和技术；④基于薄板坯连铸连轧流程（TSCR）的奥氏体再结晶细化+冷却路径控制的低碳钢组织细化与强化理论与技术；⑤针对低（超低）碳微合金贝氏体钢的中温转变组织细化的TMCP+RPC理论与技术等。

这些理论与技术研究在长材、板带材和中厚板的强度翻番或升级，以及新产品开发中发挥重大的作用和显著的效果，近年已大批量地生产出细晶和超细晶钢。

第四章细晶钢及超细晶钢及其生产技术钢铁材料作为人类使用的最传统和最主要的结构材料，其经济性和性能多样性的结合是目前任何一类工程材料难以媲美的，并在今后相当长的时间内仍将发挥主导作用。

但也应该看到，钢铁材料的生产正面临着能源、资源和环境问题的巨大压力，同时也面临着其它材料的激烈竞争。

因此，从上世纪末开始，世界上许多国家（如日本、韩国、中国、欧盟等）陆续启动了旨在大幅度提高钢材的强韧性和使用寿命的大型科研项目，掀起了新一轮钢铁材料研究的热潮[1-3]。

我国于1999年正式启动了“新一代钢铁材料的重大基础研究”项目，其主要目标是保证生产经济性的前提下，使钢材的强度和韧性提高一倍，或强度、韧性没有明显增加，但其使用寿命提高一倍[1]。

提高材料强度的方法有多种，但晶粒细化是唯一既能提高强度又能改善韧性的方法，其它方法均会损害韧性。

因此，超细晶组织应是新一代钢最主要的特征。

根据Hall-Petch关系，低碳碳素钢的屈服强度从目前的200MPa级提高到400MPa级，其铁素体晶粒尺寸应细化至3-5μm；而对于低合金钢和微合金钢，其屈服强度从目前的400MPa级提高到800MPa级，铁素体晶粒应细化至1μm或更小。

这是新一代钢所追求的目标[1]。

自上世纪六十年代以来，人们一直致力于钢材晶粒细化的研究和开发工作，先后开发出未再结晶控轧（传统控轧）、再结晶控轧以及控制冷却等晶粒细化工艺，并在实际中得以广泛应用[4]。

但是，运用上述工艺获得的铁素体最小晶粒尺寸，对于碳素钢为10μm，而对于微合金钢为4~5μm，其屈服强度分别在200~300MPa级和400~500MPa级[4]。

自上世纪九十年代开始，一些新的晶粒细化方法又相继问世，如超大塑性变形、极限热机械加工等[34, 39-48]，铁素体晶粒可细化至亚微米甚至纳米级，材料的强度大幅度提高。

但是，这些方法目前仅能在实验室中实现，而且制备出的材料尺寸小，成本高，不符合我国新一代钢低成本、大规模生产的要求。

收稿日期:2004204202; 修订日期:2004206211基金项目:江苏省高校自然科学研究计划(03K JB430045)作者简介:张振忠(19642　),陕西汉中人,博士后,副教授.研究方向:金属纳米与非晶材料.Em ail :njutzhangzz @・今日铸造　Today ’s Foundry ・超细晶超高碳钢研究现状及展望张振忠,赵芳霞(南京工业大学材料科学与工程学院,江苏,南京210009)摘要:超细晶超高碳钢是国外近年来发展起来的一类新型的、并具有重要发展前景的高性能钢铁材料。

在系统总结大量文献资料的基础上,综述国内外近年来超细晶超高碳钢的研究进展,包括制备工艺,微观组织及其影响因素,室温力学性能,超塑性,层状超高碳钢复合材料等,指出今后超细晶超高碳钢研究的发展方向。

关键词:超高碳钢;制备;力学性能;超塑性中图分类号:TG 269 文献标识码:A 文章编号:100028365(2004)1020799204Study Status and Prospect of U ltra 2f ine G rained U ltrahigh 2C arbon SteelsZHAN G Zhen 2zhong ,ZHAO Fang 2xia(College of Material Science &Engineering ,Nanjing University of Technology ,Nanjing 210009,China )Abstract :Ultrahigh 2carbon steels (U HCSs )with the microstructure of ultra 2fine spheroidized carbides distributed in the ultrafine ferrite grains was a new kind of material which was developed in recent years at abroad.These steels posess unique properties that are unavailable in other materials ,which makes them have important potential structural applications in the later.Recent development of the U HCSs ,which include the fabrication techniques ,the influence factors and characteristics of the microstructure ,the ambient mechanical properties ,the superplasticity and the laminated composite of this new material were systematically summarized.In the end ,the future research directions on U HCSs had also been pointed out.K ey w ords :Ultrahighcarbon steels ;Fabrication ;Mechanical properties ;Superplasticity 超高碳钢(U HCS )是指含C 为1.0%～2.1%的过共析钢[1],由于传统方法制备的U HCS 具有极高的脆性[2],该材料的工业化应用在过去一直被人们所忽视。

有关纳米晶/超细晶问题的研究一、纳米晶/超细晶介绍1、定义：纳米材料是指在三维空间尺寸至少有一维是处于纳米数量级 (d<100nm)的材料，而处于亚微米数量级 (0.1<d<lμm)的材料称为超细晶材料。

纳米晶/超细晶金属材料的最大优点是纯金属的强度达到甚至超过了相应合金的水平。

目前，对纳米晶/超细晶材料的研究主要集中在两个方面:纳米晶超细晶材料的制备方法和纳米晶/超细晶材料的组织结构与性能的研究。

其中，纳米晶/超细晶材料的制备技术是关键环节，细化材料微观组织成为目前新型高性能材料发展的共同趋势。

2、纳米晶/超细晶各方面的性能当金属材料的晶粒被细化到超细晶时，材料将表现出优异的力学、热学、光学、电学和磁学性能。

其各方面的性能变化原因主要体现在以下几个方面：1）力学性能和变形行为超细晶材料的性能改变首先表现在力学性能的提高上，Hall--Petch指出，常规多晶体的屈服应力与晶粒尺寸之间存在关系式:式中一一材料发生0.2%变形时的屈服应力一一移动单位个位错时产生的晶格摩擦阻力K一一常数d一一平均晶粒直径H--P关系式是在多晶体的位错塞积模型基础上导出的.对于传统的多晶材料而言，相对于晶粒内部，晶界的自由能很高，是阻碍位错运动的势垒.在外力作用下，为了在相邻晶粒内产生切变变形，晶界处必须产生足够大的应力集中。

细化晶粒可产生更多的晶界，如果晶界的结构未发生变化，则需施加更大的外力才能产生位错塞积，从而材料得到强化。

因此，细化晶粒一直是改善材料强度的一种有效手段。

如果H--P关系式成立，则材料的屈服应力或硬度与几之间为斜率大于零的线性关系，即材料强度随晶粒尺寸的减小而迅速提高。

但是，材料强度并不可能随着晶粒尺寸减小而无限地增加.右图为与d之间关系的示意图。

理论上，材料强度不可能超过其完整晶须的强度，这可视为对应关系的上限。

此外，在晶粒非常细小的情况下，晶界处任何弛豫过程均可使强度下降；同时，如果晶粒小到不能容纳一个位错时，H--P关系式将不再成立，此即右图中的d＜时的情况。

超细晶钢理论及技术进展超细晶钢是一种具有优异强度、硬度和耐磨性能的先进材料，广泛应用于汽车、航空航天、能源等领域。

随着科技的不断进步，对超细晶钢的需求和研究日益增多。

本文旨在探讨超细晶钢的理论基础和技术进展，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考。

自20世纪80年代以来，超细晶钢的研究取得了长足进展。

在理论上，研究者们利用分子动力学、量子力学等多种手段，对超细晶钢的原子排列、位错结构等进行了深入探讨。

在技术上，各国科研机构和企业纷纷投入巨资，研发出一系列制备超细晶钢的工艺方法，如快速冷却、高压轧制、超声振动等。

然而，超细晶钢的制备和应用仍存在诸多挑战，如成本高昂、工艺复杂等。

本文旨在研究超细晶钢的制备工艺、性能及其应用，并探讨其内在机制。

假设超细晶钢的优异性能主要源于其独特的微观结构和位错行为。

本文采用了文献综述、实验研究及数据分析等多种方法。

对超细晶钢的相关文献进行梳理和评价，了解其研究现状和存在问题。

设计和实施实验，包括超细晶钢的制备、微观结构观察和性能测试等。

运用数据分析方法，对实验结果进行整理和解析，以验证本文提出的假设。

通过实验研究发现，超细晶钢的制备工艺对其微观结构和性能具有显著影响。

采用快速冷却和高压轧制等方法，可获得具有高度均匀的纳米晶结构和优良性能的超细晶钢。

适当的热处理工艺也能够优化超细晶钢的力学性能。

在应用方面，超细晶钢已成功应用于汽车、航空航天等领域的关键部件制造。

例如，在汽车发动机中采用超细晶钢制成的活塞环，能够有效降低摩擦损失，提高燃油效率。

在航空航天领域，超细晶钢可用于制造高性能的航空发动机零部件和结构材料。

本文的研究结果表明，超细晶钢的优异性能主要源于其独特的微观结构和位错行为。

在制备过程中，应工艺参数的优化和成本控制，以实现超细晶钢的大规模生产和广泛应用。

针对不同应用领域的需求，应进一步研究和开发具有更佳性能的新型超细晶钢。

本文对于超细晶钢的理论及技术进展进行了初步探讨。

超级钢的发展与现状超级钢是在压轧时把压力增加到通常的5倍，并且提高冷却速度和严格控制温度的条件下开发成功的。

其晶粒直径仅有1微米，为一般钢铁的1/10～1/20，因此组织细密，强度高，韧性也大，而且即使不添加镍、铜等元素也能够保持很高的强度。

在750摄氏度下施加压力，这种超级钢组织内部的微粒不变形，而会斜向滑动，因此两块钢板表面的微粒能够相互渗入，密切接合，呈现2倍于一般钢铁的超可塑性。

这种技术叫做“扩散接合技术”。

与现在使用的高温焊接技术相比，其优点是没有焊接痕迹，没有因此而发生的强度劣化现象。

这将大大提高各种钢铁加工产品的质量。

超级钢的开发应用已经成为国际上钢铁领域令人瞩目的研究热点。

微晶钢具有其它任何钢材都不具有的优异性能--超强的坚韧性,故被视为钢铁领域的一次重大革命.。

.中国是目前世界上唯一实现超级钢的工业化生产的国家，其它国家的超级钢尚未走出实验室。

超级钢是通过各种工艺方法将普通的碳素结构钢的铁素体晶粒细化，进而使其强度有大幅度提高的钢材．超级钢是20世纪90年代末为更好地利用钢铁材料在使用性能上的优势，并进一步改进传统钢铁材料的一些不足，减少材料消耗，降低能耗而研制的新材料，其主要目的在于解决传统钢铁材料在强度、寿命上的不足．同传统钢铁材料相比，超级钢具有高性能、低成本的特点超级钢是20世纪90年代末为更好地利用钢铁材料在使用性能上的优势，并进一步改进传统钢铁材料的一些不足，减少材料消耗，降低能耗而研制的新材料［!］。

其主要目的在于解决传统钢铁材料在强度、寿命上的不足。

同传统材料相比，超级钢具有以下特点：32 比传统钢铁材料有更高的性能价格比；42 强度比传统钢铁材料高! 倍以上；52使用寿命比传统钢铁材料高! 倍；62 基本消除宏观偏析。

因此，超级钢必须具有超细晶粒，高均匀性和超纯净度。

超级钢生产中的关键技术在超级钢实际生产中有& 大技术难题。

12721 洁净化技术各类高洁净钢是20世纪90年代的研究热点。

材料研究与应用 2024，18（1）：72‐80Materials Research and ApplicationEmail ：clyjyyy@http ：// 超细晶/纳米晶钨材料制备技术的研究进展龙亮,刘炳刚,吴早明*（中国工程物理研究院材料研究所，四川 绵阳 621907）摘要： 晶粒细化可显著提高超细晶/纳米晶钨材料的性能，介绍了超细晶/纳米晶钨材料制备技术的最新研究进展，包括粉末冶金法和深度塑性变形法，粉末冶金法的烧结工艺主要包括热等静压烧结、超高压通电烧结、放电等离子体烧结、微波烧结等；深度塑性变形法包括高压扭转、等通道挤压、表面机械研磨处理和累积轧制等。

由于超细晶/纳米晶钨材料存在大量的晶界可有效提高材料的力学性能和抗辐照性能，因此有望解决纯钨材料作为核聚变堆面向等离子体材料存在的问题，对超细晶/纳米晶钨材料的发展提出了建议。

关键词： 钨材料；粉末冶金法；深度塑性变形法；制备技术；超细晶；纳米晶；核聚变能源；研究进展中图分类号：TF125 文献标志码： A 文章编号：1673-9981（2024）01-0072-09引文格式：龙亮，刘炳刚，吴早明.超细晶/纳米晶钨材料制备技术的研究进展［J ］.材料研究与应用，2024，18（1）：72-80.LONG Liang ，LIU Binggang ，WU Zaoming.Research Progress in the Preparation Technology of Ultrafine/Nanocrystalline Tungsten Materials ［J ］.Materials Research and Application ，2024，18（1）：72-80.0　引言开发核聚变能源是解决能源危机的根本途径之一，从工程上来考虑，磁约束核聚变堆中面向等离子体材料（Plasma Facing Materials ，PFMs ）问题是制约核聚变能源发展的瓶颈之一，核聚变堆中面向等离子体材料面临的环境非常苛刻，PFMs 的安全服役非常关键，决定着核聚变堆的运行状态，在核聚变反应堆中直接和等离子体接触的部件包括第一壁、偏滤器及限制器［1-2］。

第40卷　第3期　2005年3月钢铁Iron and SteelVol.40,No.3　March 2005超细晶钢理论及技术进展翁宇庆(中国金属学会,北京100711)摘　要:叙述了由国家973项目:“新一代钢铁材料的重大基础研究”所开展的超细晶钢理论及技术进展。

形变-相变耦合、纳米析出相引起超细晶以及机械制造用钢的超细晶热处理是3个主要手段。

相应的组织性能预报、超细晶钢的焊接及化学冶金高洁净、凝固均质化及细化是制造和应用的关键技术。

关键词:钢;超细晶;技术中图分类号:T G14211 文献标识码:A 文章编号:04492749X (2005)0320001208Progress of Theory and Controlled T echnologyof U ltraf ine G rained SteelWEN G Yu 2qing(The Chinese Society for Metals ,Beijing 100711,China )Abstract :Progress on theories and technologies for ultrafine grained steels in National Project :“Fundamental Re 2search on New Generation Steel ”has been reviewed.Interaction between deformation and phase transformation ,ul 2trafine grain phenomenon caused by nano 2scale precipitates and specific heat treatment for ultrafine grained steels of machinery industry are three major measures.Microstructure prediction ,welding technology for ultrafine grained steels ,high 2cleanness technology in chemical metallurgy and homogeneous distribution of solute in solidification process are key technologies for processing and application.K ey w ords :steel ;ultrafine grain ;technology基金项目:国家重大基础研究规划(973)———“新一代钢铁材料重大基础研究”资助项目(G1998061500)作者简介:翁宇庆(19402),男,博士,教授级高级工程师; E 2m ail :weng @ ; 修订日期:2004211206 1997年4月,日本开始了“新世纪结构材料(或超级钢材料)”为期10年的研究计划,提出将现有钢材强度翻番和使用寿命翻番为目标的新一代钢材,称为“超级钢”并在国家组织下开展研究[1]。

超细晶粒钢制备技术1、名词解释：超细晶粒钢(Ultrafine—Grained Steel，简称UFG钢，目标粒径约1um)作为21世纪的代表性先进高性能金属结构材料，其强化思路具有鲜明的特点，即通过晶粒的超细化同时实现强韧化，完全不同于传统的以合金元素添加及热处理为主要手法的强化思路。

其优点在于：能同时实现强韧化；可尽量少用合金元素降低碳当量、改善焊接性，并利于循环利用以降低对环境的损害。

超细晶粒钢与同等强度的传统钢相比，其化学成分的主要特点是碳含量低，这有利于提高其焊接性，因此其强化手段不是通过增加碳含量和合金元素含量，而是通过晶粒细化、相变强化、析出强化等相结合的方法来达到提高强韧化的目的。

晶粒细化(包括变形细化和相变细化)是唯一能够同时提高钢强度和韧性的方法。

超细晶粒钢与同等强度的传统钢相比，其化学成分的主要特点是碳含量低，这有利于提高其焊接性，因此其强化手段不是通过增加碳含量和合金元素含量，而是通过晶粒细化、相变强化、析出强化等相结合的方法来达到提高强韧化的目的。

晶粒细化(包括变形细化和相变细化)是唯一能够同时提高钢强度和韧性的方法，因而成为超细晶粒钢最佳的强化机制。

利用第二相粒子析出的沉淀强化是超细晶粒钢采用的另一种强化机制，高温时在奥氏体内形成的粒子虽然对控制晶粒长大有效，但不会造成强化，强化粒子是低温时在奥氏体或铁素体内形成的，位错与亚结构强化也是一种有效的强化方式。

2、分类：传统钢中，晶粒尺寸在100μm以下就称为细晶粒钢，即传统细晶粒钢。

随着冶金技术和生产工艺的不断进步，细晶的尺寸不断缩小，甚至达到了微米、亚微米。

本文提到的超细晶粒钢不包括传统细晶钢。

按超细晶粒钢发展进程和其尺寸大小，可分为以下几类：(1)TMCP钢控轧后立即加速冷却所制造的钢，称为TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)钢。

利用TMCP工艺在实验室中，晶粒尺寸可达到几个微米，但在实际工业生产中，所得钢的晶粒尺寸小于50μm，最小可达10μm。

超细晶粒钢超细晶粒钢是指通过特殊的冶炼和轧制方法得到的晶粒尺寸在微米级或亚微米级的新一代超强结构钢。

它是当前汽车用钢铁材料的研究热点，是21世纪先进高性能结构材料的代表。

传统钢中，晶粒尺寸在100μm以下就称为细晶粒钢，即传统细晶粒钢。

随着冶金技术和生产工艺的不断进步，细晶的尺寸不断缩小，甚至达到了微米、亚微米。

超细晶粒钢的强化思路具有明显的特点，即通过晶粒的超细化同时实现强韧化，完全不同于传统的以合金元素添加及热处理为主要方式的强化思路。

其强度与目前相同成分的普通钢材相比至少要高出一倍左右。

工业上的超细晶粒钢是指微米级的超细晶粒钢。

同等强度的传统钢相比，超细晶粒钢具有低碳和低碳当量以及低的杂质含量，不仅有益于其焊接性，同时也有利于改善钢的其他性能，如接头中HAZ和母材的韧性以及对氢致裂纹(HIC)、硫化物应力腐蚀裂纹(SSCC)抗力等。

超细晶粒钢中也含有少量的Nb、V、Ti等微合金元素，其主要目的是为了形成碳、氮化合物，从而有效防止晶粒长大。

由于超细晶粒钢低的S、P、N元素含量和控制加入的微合金元素，其氮化物形成元素的存在将使自由氮降低，减小了时效影响，有利于韧性的改善。

由于超细晶粒钢具有优良的抗疲劳性能、良好的焊接性、较高的强度以及良好的低温韧性等优点，其在加工领域得到了广泛的应用。

为获得超细晶粒钢，已开发出多种工艺方法：同一快速加热条件下的热处理反复多次作用、金属粉末机械研磨、控轧、控冷、TMCP、复合TMCP法等。

利用生产工艺技术是获得超细晶粒的主要手段，是超细晶粒钢具有优良强韧综合性能的决定因素，因此超细晶粒钢与传统钢所不同的是其化学成分不能用于预测钢种的强度。

东风汽车公司从2002年开始超细晶粒钢的推广应用工作，主要应用攀钢生产的SP52的超细晶粒钢。

我国的宝钢、武钢等生产的400MPa超细晶粒钢也在中国一汽、东风汽车等厂家批量使用，用于制造卡车横梁或汽车底盘加强梁。

失效形式超细晶粒钢是新一代钢铁材料,其晶粒十分细小,具有良好的强度与韧性配合,在汽车、船舶、桥梁及机械设备等领域正在越来越多地替代低合金钢。

国内棒材生产线生产超细晶棒材的轧制工艺与前景2007-12-14 13:24:38 来源:TNC数据库钢铁是国家经济建设和社会发展的重要物质基础，其新一代材料的开发亦倍受钢铁行业的重视。

1998年10月启动的“新一代钢铁材料”研究计划，经多年的研究、探讨及实践已取得重要成就，并已进入推广应用的关键阶段。

国内学派尽管对超细晶的形成理论及应用技术的思路不同且有争论，但都公认其在经济效益、社会效益和材料科学方面的重要贡献。

试验和实践表明，采用超细晶钢生产工艺可显著细化钢的晶粒，用Q235钢代替2OMnsiV和20MnSiNb生产400MPa级，用20MnSi钢生产500MPa级带肋钢筋，能降低成本、节约资源，并符合可持续发展方针。

目前，细晶粒钢筋产品标准已纳入GB1499《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》修订版，即将正式颁布，其中单独设有HRBF335、HRBF400、HRBF500牌号，其化学成分、力学性能等主要技术标准与HRB系列牌号完全相同。

本文从分析国内钢铁工业装备现状人手，在“制造成本基本不增加，少用合金资源和能源，塑性和韧性基本不降低的条件下强度翻番和使用寿命翻番”的目标下，探讨了棒材生产线改造生产超细晶棒材的轧制工艺与发展前景。

1、国内棒材生产线及其控制技术有关统计数据表明，棒材产量在国内钢材生产总量中约占25%以上，且随社会的发展其需求量有增无减。

但国内棒材生产线装备却有相当一部分是2O世纪70-80年代，有的甚至更早。

据了解，目前国内全连轧、半连轧棒材生产线约有7O多条，已进行超细晶棒材工业试验和推广应用的不足10条且应用程度差异较大，绝大多数距全流程控温轧制工艺装备有很大差距。

既要不失时机地应用超细晶理论指导生产超细晶棒材，又不可能投入大量资金或长时间停产进行改造，是目前存在的最大困难和问题。

1.1、超细晶棒材的形成原理与生产流程超细晶形成的基本原理是形变与相变耦合机制，主要控制技术是使奥氏体过冷和获得大的累积变形量，精轧阶段轧制温度控制在Ae3～Ar3，使其产生形变诱导铁素体相变（DIFT），获得细小的铁素体晶粒，轧后的控冷进一步阻止铁素体晶粒长大。

细晶强化的理论及发展黄一聪(辽宁工程技术大学材料科学与工程学院阜新123000)摘要：通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。

实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑形和韧性]1[。

因此，在实际使用中，人们常用细晶强化的方法来提高金属的力学性能。

关键词：定义、细晶强化机制、细化晶粒本质与途径、细晶强化新方法、位错。

0前言：通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。

实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。

这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。

故工业上将通过细化晶粒以提高材料强度的方法称为细晶强化。

细晶强化的关键在于晶界对位错滑移的阻滞效应。

位错在多晶体中运动时，由于晶界两侧晶粒的取向不同，加之这里杂质原子较多，也增大了晶界附近的滑移阻力，因而一侧晶粒中的滑移带不能直接进入第二个晶粒，而且要满足晶界上形变的协调性，需要多个滑移系统同时动作。

这同样导致位错不易穿过晶界，而是塞积在晶界处，引起了强度的增高。

可见，晶界面是位错运动的障碍，因而晶粒越细小，晶界越多，位错被阻滞的地方就越多，多晶体的强度就越高，已经有大量实验和理论的研究工作证实了这一点。

另外，位错在晶体中是三维分布的，位错网在滑移面上的线段可以成为位错源，在应力的作用下，此位错源不断放出位错，使晶体产生滑移。

位错在运动的过程中，首先必须克服附近位错网的阻碍，当位错移动到晶界时，又必须克服晶界的障碍，才能使变形由一个晶粒转移到另一个晶粒上，使材料产生屈服。

因此，材料的屈服强度取决于使位错源运动所需的力、位错网给予移动位错的阻力和晶界对位错的阻碍大小。

晶粒越细小，晶界就越多，障碍也就越大，需要加大外力才能使晶体产生滑移。