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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。
碳钢研究报告碳钢是一种常见的金属材料，因其具有良好的韧性、可塑性和耐腐蚀性而被广泛应用于各个领域。
然而，随着科技的不断进步和对材料性能的要求越来越高，对碳钢的研究也变得越来越重要。
本文将从碳钢的组成、性能和应用等方面进行研究和探讨。
一、碳钢的组成碳钢是由铁和碳组成的合金，其中碳的含量通常在0.02%至2.11%之间。
碳钢的含碳量越高，其硬度和强度也会随之增加，但韧性和可塑性则会降低。
碳钢中还含有其他元素，如锰、硅、磷、硫等。
这些元素的含量和比例会影响碳钢的性能和用途。
二、碳钢的性能碳钢具有良好的机械性能，如高强度、高硬度和高韧性等。
同时，碳钢还具有良好的可塑性和耐腐蚀性。
这些性能使得碳钢在各个领域中得到广泛应用，如建筑、汽车、航空航天、机械制造等。
三、碳钢的应用碳钢在建筑领域中被广泛应用于钢结构、桥梁、钢筋混凝土等方面。
在汽车制造领域，碳钢被用于制造车架、车轮、发动机零部件等。
在航空航天领域，碳钢被用于制造飞机机身、发动机零部件等。
在机械制造领域，碳钢被用于制造各种机械零部件、轴承、齿轮等。
四、碳钢的研究进展随着科技的进步和对材料性能的要求越来越高，对碳钢的研究也变得越来越重要。
目前，碳钢的研究主要集中在以下几个方面：1.材料性能改进：通过改变碳钢中的元素含量和比例，来改善其机械性能、耐腐蚀性能等。
2.新型碳钢材料的研发：如高强度、高韧性、高耐腐蚀性的碳钢材料等。
3.碳钢的表面处理技术：如热处理、表面喷涂等，可以改善碳钢的表面性能，提高其使用寿命。
4.碳钢的加工技术：如热轧、冷轧、锻造等，可以改变碳钢的组织结构和性能，提高其机械性能和耐腐蚀性能。
五、碳钢的发展前景随着科技的不断进步和对材料性能的要求越来越高，碳钢的发展前景也越来越广阔。
未来，碳钢材料将会更加多样化、高性能化和智能化，应用领域也将会更加广泛，如新能源、生物医药、环保等领域。
总之，碳钢作为一种常见的金属材料，其研究和应用具有重要的意义。
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。
超细晶粒高碳钢的制备与组织性能研究超细晶粒高碳钢的制备与组织性能研究摘要：超细晶粒材料因其具有优异的力学性能而受到广泛关注。
本文以高碳钢为研究对象，介绍了超细晶粒高碳钢的制备方法和组织性能。
通过调节热处理工艺参数，采用重复退火和等通道转角挤压等方法制备了超细晶粒高碳钢，并对其组织结构和力学性能进行了分析。
结果表明，超细晶粒高碳钢具有优异的强韧性和抗磨损性能，有望在汽车制造、航空航天等领域得到广泛应用。
1. 引言高碳钢是一种重要的工程材料，在汽车制造、航空航天等领域发挥着重要作用。
传统的高碳钢具有优异的硬度和耐磨性，但由于其晶粒尺寸较粗，容易发生断裂而导致其强韧性不足。
超细晶粒材料具有强化和韧化效果，可以兼顾硬度和韧性，因此成为材料研究领域的热点之一。
2. 超细晶粒高碳钢的制备方法超细晶粒材料的制备方法主要有机械合金化、电子束辐照、等离子体深表面渗碳、重复退火、等通道转角挤压等。
对于高碳钢而言，重复退火和等通道转角挤压是常用的制备方法。
重复退火是一种常用的制备超细晶粒高碳钢的方法。
其原理是通过多次循环进行热处理，使晶粒尺寸不断细化。
首先将高碳钢经过常规热处理，然后进行退火处理，使晶粒尺寸得到显著细化。
这一过程可以通过多次重复实现，最终得到超细晶粒高碳钢。
等通道转角挤压（ECAP）是另一种制备超细晶粒高碳钢的方法。
它是一种通过连续挤压和弯曲来引入高应变量的变形过程。
通过控制挤压的方向和角度，可以使晶粒沿特定方向细化。
ECAP可以使晶粒尺寸细化到纳米尺度，从而显著改善材料的力学性能。
3. 超细晶粒高碳钢的组织性能3.1 组织结构经过重复退火或等通道转角挤压制备的超细晶粒高碳钢，其晶粒尺寸明显细化。
通过电子显微镜观察，可以看到晶粒尺寸在几微米以下，晶界呈现出较为清晰的界面。
这种细化的晶粒结构有助于提高材料的强韧性和抗疲劳性能。
3.2 力学性能超细晶粒高碳钢具有优异的力学性能。
其硬度显著提高，能够达到甚至超过传统高碳钢。
汽车用超高强度钢板的研究发展现状近年来，人们对于汽车的安全性、节能性和舒适性都提出了更高的要求。
为满足这一市场需求，汽车生产商从源头做起，加大了汽车用先进高强钢（advanced high strength steel ，简称AHSS ）的工艺基础研究和应用技术研究，高强度钢板广泛应用于汽车行业中。
一、汽车用钢板综述图：各类汽车用钢板的屈服强度和伸长率的关系IF —无间隙原子钢； Mild —低碳铝镇静钢； HSSIF —高强度IF 钢； BH —烘烤硬化钢； IS —各向同性钢； CMn —碳锰钢； HSLA —高强度低合金钢；DP —双相钢；CP —复相钢；TRIP —相变诱发塑性钢；Mart —马氏体钢；TWIP —孪晶诱发塑性钢；由图可知，各钢种随着强度的提高，伸长率下降，相比较而言，DP、TRIP 和TWIP钢在拥有高强度的同时还表现为高的伸长率。
在ULSAB-AVC项目中，把屈服强度小于210MPa的钢板归为软钢，屈服强度在210～550MPa之间的成为高强度钢板，屈服强度大于550MPa以上的成为超高强度钢板。
为了同常规的高强度钢板区别开来，把DP、TRIP和Mart等以相变强化为主的钢板统称为先进高强度钢板，其强度范围500～1500MPa，这类钢板具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的疲劳强度、高的成型性和低的平面各向异性等优点。
二、汽车用超高强度钢板近几十年来，汽车用先进高强度钢（AHSS-Adanvanced High Strength Steel）是材料的研发重点。
第1代以铁素体为基的AHSS钢的强塑积为15GPa·% ，第2代以奥氏体为基的AHSS钢的强塑积为50GPa·% ，其合金含量高和生产工艺控制困难导致成本高，因此正研发第3代多相AHSS钢，通过多相、亚稳和多尺度的组织精细调控，其强塑积为30GPa·% 第3代AHSS钢以提高第1 代AHSS钢强度、塑性和降低第2代AHSS合金含量、生产成本两方面进行研发。
材料科学中的高性能钢材研究随着科技的不断发展，材料科学领域中的高性能钢材研究也在不断深入。
高性能钢材指的是具有更高的强度、硬度、耐蚀性以及其他优异性能的钢材。
这种钢材具有更广泛的应用领域和更高的市场需求。
本文将介绍高性能钢材研究的背景、现状以及未来发展方向。
一、高性能钢材研究背景随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，对于高性能钢材的需求也在不断增加。
高性能钢材广泛应用于汽车、机械、冶金、航空、船舶等领域中，成为现代工业不可或缺的材料之一。
与此同时，高性能钢材研究也已成为全球科技领域的热点。
二、高性能钢材研究现状高性能钢材研究的发展离不开材料科学的不断创新。
随着现代材料科学研究方法和技术的不断进步，高性能钢材研究也取得了重大进展。
以下是目前高性能钢材研究的几个主要方向：1、高强度钢材高强度钢材是近年来高性能钢材中的重要研究领域。
这种钢材具有更高的强度、韧性和可塑性。
目前高强度钢材的研究主要集中在其中一些合金元素的添加和热处理等方面。
随着高强度钢材的应用范围不断扩大，其研究方向也会愈加多元化。
2、高温合金钢材高温合金钢材具有耐高温、抗氧化、蠕变抗力等特性。
这种钢材在航空航天和石化工业中的应用领域非常广泛。
高温合金钢材的研究主要涉及到合金元素的添加和热处理等方面。
3、高硬度钢材高硬度钢材具有优异的耐磨性和抗强冲击能力。
这种钢材广泛应用于挖掘设备、机械加工等领域。
其研究主要涉及到钢材组织结构的优化设计、冶金制度的优化等方面。
4、先进钢材制备技术随着先进制造技术的发展，高性能钢材的制造技术也在不断创新。
包括火力冶金、粉末冶金等多种制备技术的出现，使得高性能钢材的制备更加精确和高效。
同时，近年来3D打印技术也被广泛应用于高性能钢材的制备中，为新型高性能钢材的研究提供了更多可能性。
三、高性能钢材研究未来发展方向随着科技的不断进步和市场需求的不断增加，高性能钢材的研究也将更加突出。
以下是高性能钢材研究未来发展的几个重要方向：1、多元合金化未来高性能钢材的研究会越来越多地涉及到多种合金元素的协同作用。
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。
20世纪70年代中期以来,斯坦福大学O D Sher 2by [3]、美国Lawrence Livemore 国家实验室[3～7]和日本[8]等国学者相继开展了一些研究,当采用适当制备工艺获得超细铁素体基体上分布着超细粒状渗碳体组织后,该材料不仅具有高的超塑性和良好的综合力学性能,而且利用其高温下良好的固态连接特性,还可与自身及其它金属材料(黄铜、铝青铜等)连接制备成新型高性能层状复合材料,具有较好的市场前景。
而国内至今对其研究甚少。
为引起国内同行的重视,本文综述了目前国外超细晶U HCS 的研究现状,提出了今后的研究方向。
1 超细晶超高碳钢的制备工艺从国外近三十年来的研究结果看,U HCS 的超细晶制备工艺分为:形变热处理、普通热处理和粉末冶金3大类。
1.1 形变热处理通过塑性变形与相变相结合实现U HCS 组织细化的一类方法。
由该方法衍生出的各种制备工艺路线见图1～图4。
高温形变热处理工艺[3],由奥氏体(A )均匀化、A +渗碳体(Fe 3C )区的连续形变和铁素体(F )+Fe 3C 区的再等温形变3步组成,最终形成超细F +粒状Fe 3C 组织。
Walser 等[9]利用该工艺,将含1.6%C 钢的F 细化至0.5μm 。
等温形变热处理工艺可采用A 1以上[3]与A 1以下两种形变温度[10]。
古原忠等[14]采用图1(c )工艺在温度为923K ,变形量为90%条件下,使SUJ 2轴承钢的F 和粒状Fe 3C 尺寸分别细化至0.4μm 和0.18μm 。
温加工工艺[3],通过A 均匀化后快速冷却获得马氏体(M )+残余A 组织,然后在923K 高温回火时形变使Fe 3C 粒化,最终得到回火索氏体和F 基体上弥散分布着粒状Fe 3C 组织。
低温形变热处理工艺[11],采用冷轧,其超细化工艺简单,但对设备要求高,难用于含C 在1.5%以上的钢,Seto 等利用该工艺对1.2%C 的钢进行50%冷轧后退火,最终组织的0.5μmF +0.2μm Fe 3C 。
离异共析转变工艺有3种路线[4],即HWW (Hot and Warm Working )+DET (Divorced Eutectoid Transformation )(图2)、・997・Vol.25No.10Oct.2004铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GYHWW +DETWAD Ⅰ(With Associated Deformation )(图3)和HWW +DETWAD Ⅱ(图4)。
HWW +DET工艺中,HWW 的目的是碎断网状Fe 3C 和细化A 晶粒。
DET 则是使含碳不均匀的过冷A 分解转变为各自独立呈球状长大的F 和Fe 3C 。
HWW +DETW AD Ⅰ和HWW +DETWAD Ⅱ与HWW +DET 不同,都需在DET 中的不同温度区间施加连续变形,进一步细化组织。
研究表明,工艺Ⅱ比工艺Ⅰ的组织更为细化。
图1 各种典型的形变热处理工艺曲线Fig.1 Various typical thermomechanical processing routes for thefabrication of ultrafine 2grained U HCSs图2 典型的HWW +DET 工艺曲线Fig.2 Typicalprocessing route of HWW +DET technology图3 典型HWW +DETWAD Ⅰ工艺曲线Fig.3 Typical processing curveof HWW +DET WAD Ⅰtech 2nology1.2 普通热处理近年来国外发展的普通热处理工艺主要有循环淬火(图5)、球化退火+淬火+回火(图6)和淬火十回火(图6中的W.Q 2A.C 部分)3种。
相比而言,第1种工艺最简单,但周期长、温度控制要求高;第2种工艺易使Fe 3C 相球化,适用成分范围更宽;第3种工艺获得图4 典型的HWW +DETWAD Ⅱ工艺曲线Fig.4 Typical processing curve of HWW +DETWAD Ⅱtech 2nology图5 循环淬火工艺曲线Fig.5 Processing curve of thermal cycling quenchingtechnology图6 球化退火+淬火+回火工艺曲线Fig.6 Processing curve of spheroidizing annealing +quenching+tempering technology的组织中F 晶界多为大角度,有利于提高超塑性和室温性能,但材料碳含量不能过高,否则难以碎断网状・008・ FOUNDR Y TECHNOLO GY Vol.25No.10Oct.2004Fe3C。
与形变热处理工艺相比,该类工艺成本低,对材料的成分有一定限制。
1.3 粉末冶金该工艺是将制备出的超细晶U HCS粉末置于热等静压机中,升温至烧结温度后加压,使其致密化至理论密度而获得块体超细晶CHCS的方法。
与其它工艺相比该工艺特别适用于含碳高于2.1%铁基合金的制备,且超塑性高于铸锭法[12]。
但存在生产成本高,模具费用大,对制品的尺寸和形状有限制等问题。
2 超细晶超高碳钢的微观组织及其影响因素典型超细晶U HCS的室温组织[13]是在尺度为0.4～2.0μm等轴状F的晶内、晶界上分布一定体积分数、尺寸为0.2～1.0μm粒状Fe3C。
由于U HCS易在晶界上形成网状Fe3C,因此,晶界上的Fe3C尺度一般略大于晶内。
古原忠等[14]还发现,新相F与母相A 之间具有一定结晶学位向关系,称为K2S关系。
通过后期热处理,可使U HCS获得马氏体、回火马氏体、贝氏体、珠光体等[15]显微组织。
大量研究表明,合金成分、制备工艺[16]均对其微观组织具有较大影响。
含碳低,Fe3C易完全溶解,但F易长大;含碳高,网状Fe3C的碎断及溶解较困难, Fe3C较粗大。
添加Cr可抑制Fe3C粗化[13],添加Al、Si可抑制网状Fe3C形成,也有利于细化组织[9]。
当保温温度超过1273K时[13,15],会形成粗大Fe3C。
保温时间过短或过长均可能造成组织粗大,合适的保温时间应为片状Fe3C刚球化完毕。
形变温度低,有利于组织细化[13],但变形抗力大。
形变量越大,形核质点越多,越有利于组织细化。
3 超细晶超高碳钢的室温力学性能目前对U HCS室温性能研究较多的是拉伸强度和塑性,对疲劳强度、冲击韧度等则研究较少。
研究表明,相同组织条件下,U HCS比共析钢强度和塑性都高[1,13]。
U HCS也比低碳钢、高强钢和双相钢的室温力学性能更优良[16]。
另外,超细晶U HCS还具有很高的硬度,含1.3%C的U HCS经1043K淬火后硬度可达67～68[1]HRC。
这表明,超细晶U HCS不仅可取代目前已在工业中广泛使用的含C为0.5～1.0%的高碳钢,而且在其他高强结构钢的应用场合具有广泛应用前景,从而在耐磨件、工模具、建筑用钢筋、汽车和铁轨等领域发挥重要作用[1,13]。
