第40卷 第3期 2005年3月
钢铁
Iron and Steel
Vol.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)0320001208
Progress of Theory and Controlled T echnology
of U ltraf ine G rained Steel
WEN 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 @https://www.doczj.com/doc/db3477308.html, ; 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]。之后韩国在1998年启动了“21世纪高性能结构钢”、我国在1998年10月启动了“新一代钢铁材料”的国家重大基础研究计划。东亚三国相差不到一年,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。按照我们的认识,“新一代钢铁材料”的特征是超细晶、高洁净和高均匀(高均质),其研发目标是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条件下强度翻番和使用寿命翻番。它的核心理论和技术是实现钢材的超细晶(或超细组织)。本文就我国的进展作简要扼述。
1 超细晶是新一代钢铁结构材料的
核心
钢铁结构材料约占钢铁材料的90%,强韧化是
结构材料的基本发展方向。钢铁材料提高强度的途径主要有4条:
(1)通过合金元素和间隙元素原子溶解于基体组织产生固溶强化,它是点缺陷的强化作用;
(2)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),它是线缺陷的强化作用;
(3)通过晶粒细化使位错穿过晶界受阻产生细
晶强化,它是面缺陷的强化作用;
(4)通过第二相(一般为M x (C.N )y 析出相或弥散相)使位错发生弓弯(奥罗万机制)和受阻产生析出强化,它是体缺陷的强化作用。
这4种强化作用中,细晶强化在普通结构钢中强化效果最明显,也是唯一的强度与韧性同时增加的机制。其他3种强化机制表现为强度增加,塑性(有时韧性)下降。发展超细晶钢,就是利用超细晶化发展细晶强化的强韧化作用,其增加屈服强度的效果见图1。
应当对钢铁材料的“超细晶”作一个说明。按
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图1 各种强化机制的强化效果示意图
Fig.1 Schem atic illustration of effects illustration
of various strengthening mechanisms
照晶粒度标准的评级,1～3级晶粒度(直径250～125μm )为粗晶,4～6级(直径88～44μm )为中等晶粒,7～8级(直径31～22μm )为细晶。S.Takaki [2]及其合作者做了基础研究,见图2。若纯
铁在铁素体晶粒尺寸为20μm 时,普通钢材的屈服强度R eL 是200MPa 级,若细化在5μm 以下,R eL 就能翻番;具有低碳贝氏体或针状铁素体的钢材若显微组织细化至2μm 以下,强度就能翻番。因此超细晶钢是将目前细晶钢的基体组织细化至微米数量级,新一代钢材目标强度与超细晶尺寸关系见表1[3]
。
图2 不同晶粒度与屈服强度的关系[2]
Fig.2 R elationship betw een grain size
and yield strength [2]
在钢材强度翻番时,有两个钢材冶金质量问题
应当引起注意:一是承载应力的提高势必要求钢材缺陷大小及形状不能引起缺口敏感,否则是不安全的,为此高洁净(减少夹杂物大小和数量)是基本要求。二是由于钢材的偏析(特别是中心偏析等宏观偏析)带来化学成分分布不均匀造成钢材性能在不同部位不同,造成批量、规格、质量的不同,为此要求钢材有高均质性。由于篇幅限制,本文不就这方面进展作介绍,详见其他叙述[4]。
2 几个重要的超细晶理论进展
日本在发展超细晶钢时,重点是采用强力变形。通过多轴变形、大变形量轧制[5],并配以动态再结晶轧制[6](图3)等机制运作。我国在发展超细晶钢时,除了采用强力变形和动态再结晶轧制因素外,主要发展了形变和相变耦合以及研究纳米析出相在超细晶钢中的作用二个方向
。
图3 Z ennre 2H ollomon 参数与奥氏体晶粒尺寸的关系[6]
Fig.3 R elationship betw een Z ennre 2H ollomon
parameters and austenite grain size [6]
2.1 形变与相变的耦合
传统压力加工(塑性加工,钢厂主要指轧钢)解决尺寸、形状和表面质量等问题,相变解决性能、组织和内在质量等问题。控轧控冷(TMCP )是利用控制轧制为轧后的相变(控冷)奠定基础,两者虽有关
表1 不同钢类确保强度翻番的超细晶化尺寸范围[3]
T able 1 G rain size variation ensuring the doubled increase of strength [3]
钢类组织现有强度/MPa
目标强度/MPa
超细晶尺寸/μm
低碳钢铁素体+珠光体R eL 约200R eL 约400(α)约5低(微)合金钢低碳贝氏体或针状铁素体R eL 约400R eL 约800(α)1～2合金结构钢
回火马氏体或贝/马复相钢
R m 约800
R m 约1500
(γ)约5
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2?
第3期翁宇庆:超细晶钢理论及技术进展
联,但基本上仍是两个互为独立的领域,两者的热点和发展关联不多。“耦合”是指诸因素相互关联、相互作用,是矩阵中的相关相。利用轧钢过程诱导相变、诱导第二相析出,利用新生相(在轧钢过程中相变而不是轧后冷却相变)的动态相变造成超细晶化是我们研究的关键点。
1983年新日铁的Yada博士[7,8]在实验室模拟轧机上将C2Mn钢的铁素体晶粒细化至2～3μm,并提出了动态相变的概念。2000年Yada用实验证实的确存在变形过程中γ→α的相变[9]。90年代中期,P.D.Hodgso n教授[10]将Nb2Ti复合微合金钢在实验室单机架轧机上将带材表面轧成1μm的铁素体晶粒,并提出了应变诱导相变(st rain induced t ransformation)概念。我们分析了这些现象并利用宝钢(X65)管线钢材在实验室也轧出了铁素体尺寸为0192μm的样品[11]。经过3年的系统研究,形成了形变诱导铁素体相变(DIF T)理论概要,笔者在2000年韩国召开的“21世纪高性能结构钢”会议上介绍了它的原理[12]。
低碳钢的热轧是在奥氏体相区进行,见图4 (a)。若我们将热轧的精轧温度降至接近实际的临界点相区(γ→α+γ的A3点区),就有可能在轧钢中发生γ→α的相变,这就是形变诱导铁素体相变。一个体系产生相变的热力学条件是体系总的自由能下降,即ΔG<0,按照热力学原理,应有
ΔG=-V(ΔG V-ΔG E)+SΔG S(1) 式中ΔG是体系总自由能变化,ΔG V是化学自由能变化(V是体积),ΔG E是弹性自由能变化,ΔG S 是新相形成表面自由能变化,S是表面积。
在现代热连轧过程中,精轧速度很高,热轧过程产生的部分残余塑性变形能不能被热释放和热驰豫。根据计算,约有5%～10%的残留变形能被储存,并在适当轧钢参数下促进了铁素体相变的产生。我们称这部分能量变化叫形变储存能ΔG D,它是铁素体相变的驱动力,式(1)改为式(2)
ΔG=-V(ΔG V-ΔG E)+SΔG S-VΔG D(2) 我们按照式(2)的计算发现Fe2C相图的A e3线发生变化,如图4(b)描述。原有平衡A e3点在新条件下成为A d3点(d,deformation)。ΔG D愈大, A d3提高愈多。在精轧机组接近A3点变形可使钢材进入双相区(γ+α),在轧钢变形中产生了超细的铁素体(α)相,实验证明了它的正确性[13]。
DIF T相变有许多特性,笔者的文章[4,13]及孙祖庆、董瀚、孙新军、杨忠民、王国栋、
吴迪先生等的
图4 铁—碳相图(a)与形变后Ae3线的变化(b)
Fig.4 F e2C diagram(a)and the variation of
Ae3after deform ation(b)
众多文章多有描述,这些特性还在探索和争论之中,笔者仅想指出几点:
(1)DIF T受形变参数控制。产生DIF T存在临界形变条件和临界储存能。钢在接近γ→α相变温度(A e3),以较高的应变速率,足够的应变量,进行形变时,形变能部分被储存(主要是位错密度增加)。系统的自由能提高,增加相变驱动力。γ→α相变温度由平衡态的A e3提高到形变态的A d3,诱发铁素体相变。
(2)DIF T为形核不饱和机制。γ→α相变时,首先在奥氏体晶界和晶内高畸变区形核。随后在新生的γ→α相界生核,是不断生核过程,为形核不饱和机制。形核率高,晶粒细化。
(3)铁素体动态再结晶使晶粒进一步细化、等轴化。形变使铁素体内位错密度增加,形成亚结构,产出动态再结晶,使晶粒等轴化。在形变过程中DIF T和铁素体动态再结晶连续、交叉发生,阻止铁素体晶粒长大(图5)。
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图5 形变—相变耦合产生的超细晶组织
Fig.5 U ltraf ine grained microstructu re after coupled d eform ation and ph ase transform ation
(4)微合金化利于获得超细晶。在微合金钢
中,由于有M (C 、N )析出相存在,既可阻止晶粒长
大,又可促进相变形核,故可比碳素钢获得更细的晶粒尺寸。
(5)奥氏体过冷强化铁素体相变。钢坯粗轧后,快冷到A e 3～A r 3之间,增大过冷度,进行形变。
这为γ→
α相变提供更大的驱动力。可以具有更小的临界晶核尺寸,更大的形核率,获得更细的晶粒
尺寸,更厚的超细晶层。
如图6(a )所示[14],若过冷度不够,就只能产生表面超细晶,而大的过冷度,就能使轧件获得更厚的超细晶层。在薄板坯连铸连轧过程中,要得到这样的过冷条件是可以达到的,Hodgson 教授做到表面超细晶而心部未形成超细晶[10]就在于奥氏体的过冷度不够。我们采用铸坯厚度为50mm 的珠江CSP 铸坯,通过大过冷的奥氏体轧制,获得最终厚度为7mm 的超细晶载重汽车(翻斗车)护板,强度
比原同类钢种提高1倍。
如果将形变作用和奥氏体的过冷作用共同作用于形变诱导铁素体相变,就得到图7的结果。这里形成三维图形,z 坐标代表形变储存能ΔG D 的变化,它是DIF T 相变驱动力大小的重要参量;y 轴是
用形变速率ε?
(用SR ,st rain rate 缩写)代表形变作用,从计算可以得到强度表征量σ=A εa (d εd t )b exp (Q/R T )的表达式,其中ε为应变量,d ε/d t 为应变速率,T 为绝对温度(K ),其他为各种常数和系数;x 轴为轧制温度,它代表过冷作用。这是一个微合金钢的计算结果,是DIF T 关键控制技术的计算基础表达的代表。
形变—相变耦合不仅在低碳钢中产生了形变诱导铁素体相变。我们的研究还证明在低碳微合金钢中形变诱导了碳氮化物的析出。贺信莱[15]将C 2Mn 钢(w (C )=0103%,w (Mn )=1154%)与C 2Mn 钢中加Nb 、B (w (C )=01042%,w (Mn )=116%,w (Nb )=01051%,w (B )=01020%)钢比较轧后应力驰豫曲线,发现含Nb 2B 的C 2Mn 钢在18s 到180s 范围内出现Nb 的诱导析出,对比C 2Mn 钢轧制就没有析出特征。从析出过程的电镜能谱分析和析出等温曲线(P T T )的测定都证明形变诱导M (C.N )析出现象(图8)。
微合金钢轧后有几个过程交叉发生:形变诱导碳氮化物析出、轧制产生的应变积累和高位错密度要在轧后驰豫和位错组态稳定化,稳定化的结局是产生胞状结构,通过胞壁完整化、胞间取向差加大及胞的尺寸变化形成亚显微组织(旧称嵌锒块),而
(a )从试样表层至心部温度过冷度的分布; (b )从试样表层至心部温度历史的变化
图6 过冷奥氏体与超细晶形成的关系示意图[14]
Fig.6 Schem atic illustration of relationship of the form ation of ultraf ine grains and supercooled austenite [14]
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超细晶钢理论及技术进展
图7 形变储存能、形变速率与轧制温度的关系示意图
Fig.7 S chem atic relationship among stored d eform ation
energy,strain rate and rolling temp eratu
re
图8 C 2Mn 钢及C 2Mn 2Nb 2B 钢850℃,
变形5%后的应力驰豫曲线
Fig.8 Strain 2relax curve of C 2Mn steel and C 2Mn 2Nb 2B steel after 850℃,5%deform ation
诱导析出的碳氮化物在胞间脱溶析出,钉扎亚结
构,使其稳定化。这两个作用使随后发生的中温相变(贝氏体相变)组织被分割,促进相变细化,产生了微米级和亚微米级超细组织,反映出材料强度提高
200MPa 以上,有些微合金钢屈服强度达到翻番。2.2 运用纳米析出相产生超细晶
近年来纳米材料的发展受到极大关注。作为钢铁结构材料,虽然它是块状大体积的经济基础材料,但也存在着应用纳米相的可能性和利用纳米相改善钢铁结构材料的性能。我们在超细晶发展中注意到了运用纳米析出相产生超细晶的可能性,特别在薄板坯连铸连轧(TSCR )这一新兴冶轧流程中观察到了低碳钢中大量存在纳米级析出相并引起超细晶化现象。
珠江钢铁公司有我国第一条CSP 薄板坯连铸连轧生产线,在生产Q195(w (C )=0106%～0112%,w (Mn )=0125%～0150%,w (P )<01045%,w (S )<01050%)热轧薄带时发现存在大量的硫化物、氧化物及氮化物的纳米级析出相,见图9。
这三类纳米级析出相析出中,氮化物(分析是AlN )在固态析出得到了证实,康永林等人的电解萃取化学相分析表明,CSP 2Q195钢的AlN 析出相尺寸绝大多数小于20nm ,质量百分数为010064%[16],见图10。这是在900～1000℃区间内固态析出,也有形变诱导析出的作用。AlN 的析出对晶粒超细化起主要作用。而硫化物和氧化物的纳米级析出相是前人未报道过的。
以硫化物(MnS )析出为例,按照热力学析出条件(图11的平衡析出条件)应当取决于[Mn ][S ]积
的大小,若以Q195成分范围计算,T MnS 应在1473K
(1200℃)至1663K (1390℃)范围。而珠钢Q195具有高洁净特征,试验分析2002年1月63炉(118万t )统计平均成分为w (C )=01056%、w (Mn )=0137%、w (P )=01014%、w (S )=0.0052%,按照图11的析出条件就应落在1100℃附近析出。换言
之,MnS 的析出从碳锰钢的液态析出转至Q195在δ相区至γ相区(1200～1390℃)析出,而珠钢应落在γ相区析出(在1100℃附近)
。
图9 CSP 生产Q 195热轧薄带观察到的纳米级的析出相
Fig.9 Precipitation of nano 2scaled oxides and sulf ides in Q 195strip produced by CSP line
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(a )尺寸较小的粒子;(b )尺寸较大的粒子
图10 化学相分析中含A lN 析出物粉末的TE M 照片[16]
Fig.10 TEM photographies of Al N precipitates by chemical analysis [
16]
图11 钢中MnS 的稳定性图
Fig.11 Stability of MnS in steel
CSP 薄板坯连铸连轧流程由于板坯薄(珠钢是
50mm 厚),因而凝固时间短、冷速大,造成二次枝晶臂间距短,见表2的比较值。而硫、氧都是极易偏析元素(分配系数均为0102),它们偏聚析出在枝晶间隙区,即形核位置分散。形核和长大都在较低
温度(约1100℃
)的γ固相区内,此时锰和硫的扩散系数比在δ2铁素体低1～2个数量级,因而抑制了MnS 的长大(表3),这就造成细小至纳米级析出相的存在。
用CSP 生产Q195的现场试样分析证明硫化物在F1轧制之后至F5轧制后其大小在20～60nm 之间,它对轧制过程奥氏体晶界迁移和奥氏体
表2 薄板坯与传统板坯的凝固比较
T able 2 Solidif ication comparison of slabs m ade by thin
slab casting and conventional casting 工艺传统板坯(250mm 厚)薄板坯(50mm 厚)
凝固时间/min 10～151冷速/(K ?s
-1)
(1560～1400℃)
0.152二次枝晶臂间距/μm
10～200
1～10
表3 元素在低碳钢中的扩散系数(D )
T able 3 Diffusion coeff icients of elem ents in low carbon steels
m 2?s -1
钢中的元素
δ2铁素体
奥氏体
Mn 4.0×10-11 4.2×10-13S
1.6×10-10
3.9×10-
11
(a )显示钢中晶界被沉淀粒子钉扎而呈现出弯曲形状;(b )正在向左下方运动的晶界AB 因被粒子钉扎而留下
一圈小圆形晶界(箭头所指)
图12 SEM 照片
Fig.12 SEM photograph
动态再结晶后新晶粒长大起到钉扎作用,从而形成
超细晶粒,这已被柳德橹等人的工作所证实,图12
的电子显微镜分析清楚表明了钉扎作用[17]。由于钉扎作用,形成了最终产品的超细化,见图13。
综上所述,薄板坯连铸连轧的超细晶化首先要有一定数量AlN 的析出,同时还要控制两个因素,一是高洁净化,使硫化物和氧化物的析出从液态析出、δ2相区固态析出转变到γ相区低温析出。二是快速凝固和铸坯快速冷却,使已在枝晶间析出的硫、氧化物晶核不易得到长大条件。由于夹杂物(硫、氧化物)的纳米相析出,就变有害夹杂为超细晶形成的有利因素,这是一种洁净化的换位思维,化不利因素为积极因素。2.3 机械制造用钢的超细晶化
前述两类超细晶方法适用于钢厂供应最终使用态材料,多数是热轧态经在线超细化处理。对于多数经切削加工、冷变形加工后再最终热处理为最终使用态的组织,就必须考虑另外的途径。
一种办法是机械制造用钢(多数为调质钢类)借助微合金化细化晶粒,对低合金高强钢和微合金钢细化晶粒已有许多成熟方法。以典型螺栓钢42CrMo 为例,通过V 、Ti 、Nb 的加入有明显的晶粒
细化作用,特别是它们的复合加入,可在更宽的温
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(a )F1机架; (b )F2机架; (c )F3机架; (d )F4机架; (e )F5机架; (f )F6机架
图13 CSP 生产Q 195各道次横向心部晶粒尺寸变化
Fig.13 G rain size variation in the center of CSP 2Q 195along the transverse direction
表4 微合金化处理的42C rMo 钢的奥氏体晶粒大小1)
T able 4
Austenite grain size of 42C rMo steels after microalloying
微合金元素/%w (Ti )=0101
w (Ti )=0104
w (Ti )=0.10
w (V )=0.12
w (V )=0.27w (V )=0.29,w (Nb )=0.06w (V )=0.29,
w (Ti )=0.01
未添加
晶粒尺寸/μm
19.09.48.816.08.0 5.6 6.2
22
1)试样奥氏体化温度为:900℃保温20min 。
度区间阻碍奥氏体晶粒的长大,见表4。
另一种办法是在热处理工艺中寻求细化机械制造用钢的办法。对这类中碳合金钢的细化办法,陈蕴博,褚作明有综述介绍[18]。采用循环热处理是传统的做法,图14是微合金化改性的42CrMo 钢(ADF1钢)经三次循环加热淬火可得2～3μm 级奥氏体晶粒的证明,也有某些技术简化它[19]。
一种实用、环保型热处理技术,利用电致快速
(a )920℃1次淬火; (b )920℃2次淬火;
(c )920℃3次淬火;
图14 ADF1钢快速加热淬火后的微观组织
Fig.14 Microstructure of ADF1steel
after heating and quenching
加热,通过奥氏体相变重结晶完成超细晶处理,已
经在高强螺栓用钢的超细晶化得到初步应用。通过低压大电流接触加热,能在600～1500℃温度范围内调节加热速度范围为10～200℃/s ,且控温精度达到±2℃。利用上述设备在880～920℃对ADF1钢进行重结晶细化处理,可得到直径为4μm 的超细晶。经三次循环处理晶粒可进一步细化。
3 其他的超细晶关键技术
除了超细晶钢的形成和组织控制技术以外,还有几个在制造过程和应用研究中的关键技术,它们包括:
(1)制造流程的组织性能预报:通过生产制造过程各工序可控参数和各工序中各种工序和物理模型确定组织与性能的定量关系,即利用控制平台预报产品的性能和质量,这是超细晶钢的现代冶金工艺学数值化实践。因超细晶钢性能对工艺过程敏感,对环境条件变化应有适当反馈并调整,要规
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模性生产应有这方面进展。
(2)超细晶钢的焊接:这是应用研究的最重要部分,通过小能量输入、高强匹配、焊接区组织结构调整以及母材/焊缝金属匹配等多种努力,已经在碳素钢板带材和螺纹钢中实现了超细晶钢的焊接工艺初步突破,尚需进一步努力在微合金高强钢中取得成功。
(3)超细晶钢的化学冶金:除了超细晶应有较好洁净度外,采用夹杂物改性(可变形夹杂)、去除大颗粒夹杂的细微夹杂形成技术,固体电解质脱氧体的新脱氧方法,极低硫(S≤5×10-6)的深脱硫技术等也是重要发展方向。
(4)超细晶钢的凝固基础:为保证均质性,电磁场对溶质均质分布、充分等轴晶化技术(包括低过热度、低温度梯度、结晶器设计及水冷水口技术等)以及凝固细化技术都正在发展之中。
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,它不仅是材料物理的重要课题,也是材料化学和材料制备过程的重要课题。由于它刚刚运作了几年,要形成一代新材料还需要10～20年的努力。
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[19] 王毛球,翁宇庆.发明专利,ZL00106082.1.
开发超低CO2排放的炼钢技术
由欧洲克鲁斯、阿塞勒及蒂森克虏伯钢铁公司共同牵头,欧洲主要钢铁公司以及40个工业组织、研究团体、大学院校等参加的关于清洁生产专题研究项目(UL COS———超低CO2排放的炼钢技术)正式向媒体公布。该项目将集资4000万欧元作为研究经费,专门研究钢铁生产过程中二氧化碳排放问题。目前,该项目已经递交欧盟等待批准,如果欧盟同意这些研究项目,研究所需的4000万欧元中的一半即2000万欧元将由欧盟资助。此前,欧盟已经向钢铁厂发出通告,各钢铁生产企业必须用60%煤与焦炭作为基本原料,努力探索一个新的工艺技术,以降低炼钢工艺中的二氧化碳排放量,并颁布了关于2005年所有钢产品交易的保证条件,许多公司必须承诺坚守二氧化碳的排放量。到2008年,全球贸易产品将以新的污染排放标准进行交易。
这个提交欧盟的新技术项目实施的第一个阶段要持续5年,9个项目组将广泛研究有可能的解决方法,从高炉的发展到直接电解铁矿石,包括替代能源的可能性,如生物量。在第一阶段收尾时,将从技术与经济的角度出发,选出适当的项目进行评估。这些项目将会进入为期5年的中试阶段,验证项目的技术和经济可行性。晓 信
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TRIP钢的研究现状与发展趋势 学校上海大学 学院材料科学与工程学院 专业金属材料工程 学号 08125239 姓名南冬磊 指导教师符仁钰
TRIP钢的研究现状与发展趋势 南冬磊 （上海大学材料科学与工程学院08125239） 摘要：简述了相变诱发塑性（TRIP）钢的发展历史及研究现状，论述了TRIP钢的化学成分、显微组织和性能，介绍了生产TRIP钢的两种典型工艺：热轧、冷轧，分析了影响TRIP效应的因素。最后，对TRIP钢的发展趋势做了展望。 关键词：TRIP钢；显微组织；力学性能 Current Research Condition and Development of TRIP Steel NAN Dong-lei (School of Materials Science and Engineering，Shanghai University，08125239) Abstract: The development history and current research condition of transformation induced plasticity (TRIP) steel were briefly introduced. The chemical composition，microstructure and mechanical properties of the TRIP steel were described. The two typical process of the TRIP steel production were introduced. The influence factors of the TRIP effect were analyzed. Finally，the development tendency of TRIP steel was forecast. Key Words: TRIP Steel; microstructure; mechanical property 随着时代的发展，由于环境、能源、安全等要求的提高，需要汽车轻量化[1，2]。研究表明[3]：在其他条件不变的情况下，汽车质量每减轻10% ，则油耗可下降8%—10% ；而为了提高汽车安全性，又要增加主动与被动安全措施，这将增加汽车的质量，解决这一矛盾的有效手段就是采用高强度钢和先进高强度钢，如双相钢、TRIP钢、M 钢、TWIP钢、含硼超高强度钢等。图1[4]显示了各类汽车用板的屈服强度和断后伸长率的关系，从中可看出，随着强度的提高断后伸长率下降。与常规高强度钢板(HSLA、CMn、IS、BH和HSSIF)相比，以双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)和马氏体钢(M)为代表的相变强化钢板系列则拥有高的强度和断后伸长率，其中又以TRIP钢最受青睐，
钢结构基本原理复习总结 一．填空题 1、影响结构疲劳寿命的最主要因素是构造状态、循环荷载和循环次数。 2、钢材的机械性能指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、 Z向收缩率和冲击韧性。 3、荷载作用点的位置对梁的整体稳定有影响，相对于荷载作用于工字形截面简支梁受拉翼缘，当荷载作用于梁的受压翼缘时，其梁的整体稳定性将降低。 4、某工字形组合截面简支梁，若腹板的高厚比为100，应设置横向加劲肋，若腹板高厚比为210，应设置纵向加劲肋。 5．钢材中含有C、P、N、S、O、Cu、Si、Mn、V等元素,其中 N、O 为有害的杂质元素。 6、在轴心受压构件中，确定箱形截面板件满足局部稳定的宽（高）厚比限值的原则是构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不 低于屈服应力，或不先于屈服），确定工字形截面确定板件宽（高）厚比限 值的原则是构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不 低于整体屈曲临界应力或等稳定或不先于整体失稳）。 7．衡量钢材塑性性能的主要指标是伸长率。 9.钢材五项机械性能指标是屈服强度、抗拉强度、延伸率、冷弯性能、冲击韧性。
．角焊缝的最小计算长度不得小于和 单个普通螺栓承压承载力设计值，式中表示侧面角焊缝连接或正面角焊缝的计算长度不宜。
33．钢材在250oC度附近有强度提高塑性、韧性降低现象，称之为蓝脆现象。 二．简答题 1．简述哪些因素对钢材性能有影响？ 化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。 2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？ 钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性； 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。3．钢材两种破坏现象和后果是什么？ 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。 4．选择钢材屈服强度作为静力强度标准值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么？ 选择屈服强度fy作为钢材静力强度的标准值的依据是：①他是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性变开很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较大（Q235的fu/fy≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以fy作为强度极限的可靠安全储备。 将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的试件，比较极限和屈服强度是比较接近（fp=(0.7~0.8)fy），又因为钢材开始屈服时应变小（εy≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？
超细铜粉的制备及应用 周鼎 材料学院 1309101班 1130910125 摘要：针对目前国内外的研究现状，超细铜粉的各种制备技术及应用的研究已成为国内外关注的热点，超细铜粉颗粒尺寸小，比表面积大，在物理、化学方面表现出许多特殊性能，介绍了超细铜粉在催化剂、涂料、电子、医学和生物等领域的应用。 关键词：超细铜粉；制备技术；应用 超细材料是20世纪80年代中期发展起来的新兴学科，而金属超细材料是超细材料的一个分支。目前，在化学领域对超细材料并没有一个严格的定义，从几个纳米一直到几百个纳米的粉体，都可称之为超细材料。由于存在着小尺寸效应、表面界面效应、量子尺度效应及量子隧道效应等基本特征，使其具有许多与相同成分的常规材料不同的性质，在力学、电学、磁学及化学等领域有许多特异性能和极大的潜在应用价值。 超细颗粒(ultrafine particles)是指粒径介于1O-9～10-5 m的微小粒子，包括纳米颗粒(10-9～10-7 m)和微细颗粒(10-7～10-5 m)，其集合体称为超细粉体。由于超细颗粒具有比表面积大，表面活性高等特点，使超细粉体在机械、电磁、热、光、化学等方面性能特异，因而被广泛应用于宇航、国防、化工、冶金、电子、生物工程和核工业等方面。超细金属粉体具有不同于块状和大颗粒金属材料的特殊性能，在催化剂、涂料、电子、医学和生物等领域具有广阔的应用前景，它的研究已成为特殊功能材料研究和开发的重要课题之一超细铜粉作为其中一员，其应用与制备研究已引起人们的广泛关注。 近年来，有关超细铜粉的制备研究，国内外都有不少报道，如气相蒸气法、γ射线法、等离子法、机械化学法、液相还原法等，总的来说可归结为物理法和化学法，现将对各种制备方法的制备过程及优缺点进行评述。 气相蒸气法该方法是制备金属超微粉末最直接、最有效的方法，法国的Lair Liquid 公司采用感应加热法，用改进的气相蒸汽法制粉技术制备了铜超微粉末，产率为0.5kg/h。感应加热法是将盛放在陶瓷坩埚内的金属料在高频或中频电流感应下靠自身发热而蒸发，这种加热方式具有强烈的诱导搅拌作用，加热速度快、温度高。 在蒸发过程中，惰性气体在温度梯度的作用下携带着粉末在粉末收集器中对流。粉末弥散于收集室内并沉淀在收集器内的各种表面上。粉末收集器的结构和规格是决定粉末产率和产量的关键因素之一。通过工艺参数的控制可以制备出10nm～1μm的金属超微粉末。Champion等采用气相蒸气法制备了平均粒径为35nm的超细铜粉，颗粒成球形。 γ-射线法，γ-射线辐射制备各类金属颗粒是近年来发展起来的一种新方法，其基本原理是金属盐在γ-射线下还原成金属粒子。γ-射线使溶液生成了溶剂化电子，不需要使用还原剂即可还原金属离子，降低其化合价，经成核生长形成金属颗粒。与其它制备方法比较，
钢结构基本理论 第一节概况 中国虽然早期在钢铁结构方面有卓越的成就，但由于2000多年的封建制度的束缚，科学不发达，因此，长期停留于铁制建筑物的水平。直到19世纪末，我国才开始采用现代化钢结构。新中国成立后，钢结构的应用有了很大的发展，不论在数量上或质量上都远远超过了过去。 钢结构建筑的多少，标志着一个国家或一个地区的经济实力和经济发达程度。进入2000年以后，我国国民经济显著增长，国力明显增强，钢产量成为世界大国，在建筑中提出了要“积极、合理地用钢”，从此甩掉了“限制用钢”的束缚，钢结构建筑在经济发达地区逐渐增多。特别是2008年前后，在奥运会的推动下，出现了钢结构建筑热潮，强劲的市场需求，推动钢结构建筑迅猛发展，建成了一大批钢结构场馆、机场、车站和高层建筑，其中，有的钢结构建
筑在制作安装技术方面具有世界一流水平，如奥运会国家体育场等建筑。 奥运会后，钢结构建筑得到普及和持续发展，钢结构广泛应用到建筑、铁路、桥梁和住宅等方面，各种规模的钢结构企业数以万计，世界先进的钢结构加工设备基本齐全，如多头多维钻床、钢管多维相贯线切割机、波纹板自动焊接机床等。还有我们自行研制开发的弯扭构件加工设备和方法，数百家钢结构企业的加工制作水平具有世界先进水平，如钢结构制作特级和一级企业。近几年，钢产量每年多达6亿多吨，钢材品种完全能满足建筑需要。钢结构设计规范、钢结构材料标准、钢结构工程施工质量验收规范、以及各种专业规范和企业工法基本齐全。 一、建筑钢结构主要应用： 1、轻钢结构(单层工业厂房) ---门式刚架体系 2、网格结构(体育馆、体育场、航站楼)--现在一般做成球节点网架，有焊接球、螺栓球节点的，杆件都是钢管，也有全用角钢焊接的屋架。
Metallurgical Engineering 冶金工程, 2014, 1, 35-39 Published Online June 2014 in Hans. https://www.doczj.com/doc/db3477308.html,/journal/meng https://www.doczj.com/doc/db3477308.html,/10.12677/meng.2014.12006 Study on Microstructure and Mechanical Properties of Ultrafine-Grained 45 Steel Xin Zhao The Six Department, Zhengzhou Institute of Aeronautics, Zhengzhou Email: zhaoxin@https://www.doczj.com/doc/db3477308.html, Received: Jun. 26th, 2014; revised: Jul. 7th, 2014; accepted: Jul. 14th, 2014 Copyright ? 2014 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/db3477308.html,/licenses/by/4.0/ Abstract In order to produce ultrafine-grained steel, 45 steel was quenched and warm-rolled. The total re-duction was 50%. The microstructural evolution during the process was studied by using an opti-cal microscope and a transmission electron microscopy. The properties were investigated by us-ing tensile tests. The starting microstructure was lath martensite with a small amount of flake martensite. The microstructure of the specimen compressed at 600?C - 700?C was nano-carbides + equiaxed ultrafine ferrite grains and a good combination of strength and ductility was obtained. The tensile strength and total elongation were 646 - 861 MPa and 21.51% - 9.1%, respectively. Keywords Ultrafine Grain, Steel, Microstructure, Mechanical Property 超细晶45钢的制备及其组织与力学性能的研究 赵新 郑州航空工业管理学院六系，郑州 Email: zhaoxin@https://www.doczj.com/doc/db3477308.html, 收稿日期：2014年6月26日；修回日期：2014年7月7日；录用日期：2014年7月14日 摘要 为了制备超细晶粒钢，将45钢淬火后进行了温轧。总变形量为50%。采用光学显微镜和透射电子显微镜
低硅TRIP钢的力学性能及残余奥氏体稳定性研究Mechanical Propert y and Retained Austenite of Low2Si TRIP Steel 定 巍,江海涛,唐 荻,田志强,殷安民 (北京科技大学高效轧制国家工程研究中心,北京100083) DIN G Wei,J IAN G Hai2tao,TAN G Di,TIAN Zhi2qiang,YIN An2min (National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology, University of Science and Technology Beijing,Beijing100083,China) 摘要:通过常温拉伸实验研究低Si TRIP钢的力学性能及其加工硬化特点,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)等手段研究低Si TRIP钢在拉伸变形前后组织变化特别是残余奥氏体特性的变化。结果表明:低Si TRIP钢表现出良好的力学特性,没有屈服平台,低的屈强比,同时又拥有比双相钢更好的延伸率和均匀应变。TRIP钢的残余奥氏体的分布也影响着其稳定性,分布在铁素体晶内的残余奥氏体在拉伸变形后仍然存在。关键词:低硅TRIP钢;力学性能;加工硬化;残余奥氏体 中图分类号:T G142.1 文献标识码:A 文章编号:100124381(2010)0420072204 Abstract:The mechanical properties and work2hardening characteristics of A low2Si TRIP steel were researched by t he tensile test.The change of st ruct ure before and after tensile test,especially t he change of retained austenite,were st udied wit h scanning elect ron microscope(SEM),X2ray diff rac2 tion(XRD),elect ron back2scattered diff raction(EBSD)and t ransmission elect ron microscope (TEM).The result s show t hat t he low2Si TRIP steel has good mechanical p roperties,no yield point and po ssess of low yield ratio,meantime it has better extensibility and homogeneous strain t han DP steel.Retained austenite dist ribution also affect s t he stability of t he low2Si TRIP steel,retained aus2 tenite in ferrite grain still exist s after t he tensile test. K ey w ords:low2Si TRIP steel;mechanical p roperty;work2hardening;retained austenite TRIP(Transformation Induced Plasticity)钢即相变诱导塑性钢,具有高的屈服强度和抗拉强度,延展性强,冲压成形能力高,用作汽车钢板可减轻车身自重,降低油耗,同时还具有较强的能量吸收能力,能够抵御撞击时的塑性变形,显著提升了汽车的安全等级,具有明显的优越性[1]。TRIP效应是钢中的残余奥氏体在变形过程中诱发马氏体相变,使材料的局部加工硬化能力提高并推迟缩颈的发生,从而提高钢的强度和塑性[2]。 常用C2Mn2Si系TRIP钢中,元素Si的含量(质量分数)一般在1.5%～2%之间。Si能有效提高残余奥氏体的稳定性,同时Si还有较强的固溶强化作用,能提高TRIP钢中铁素体的强度,然而高的Si含量会降低热轧钢板的表面质量和冷轧钢板的涂层性能[3]。由于Al与Si有类似的不溶于渗碳体以及强烈阻止奥氏体中渗碳体析出等特点,因此,有学者尝试着用Al 来完全或部分替代C2Mn2Si系TRIP钢中的Si[4]。 本工作研究了一种低Si TRIP钢在拉伸变形时的力学行为以及其微观组织,特别是残余奥氏体的演变,探讨了低Si TRIP钢其残余奥氏体分布及残余奥氏体分布对稳定性的影响规律。 1 实验过程 1.1 实验材料 实验用钢化学成分如表1所示。合金经真空熔炼后热锻至70mm厚,在1200℃的箱式加热炉中加热保温2h,热轧至5mm厚,酸洗,最终冷轧至1125mm厚的薄板。冷轧钢板用Gleeble3500进行热处理,在两相区保温一段时间,然后快冷至贝氏体区域温度保温一段时间,等温处理后空冷至室温。 表1 实验用钢的化学成分 Table1 Chemical composition of examined steel Element C Si Mn S N Al Mass fraction/%0.170.2 1.20.0050.005 1.0
非晶硅薄膜及其制备方法研究进展 摘要：氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管、辐射探测和液晶显示等领域有着重要的应用，因而在世界范围内得到了广泛的关注和大量的研究。本文主要介绍了a-Si:H薄膜的主要掺杂类型和a-Si:H薄膜的主要制备方法。 关键词：非晶硅薄膜；掺杂；制备方法；研究进展 Research Progress on a-Si:H Thin Films and Related Preparation Method Abstract:Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin film has attracted considerable attention and been a subject of extensive studies worldwide on account of its important applications such as thin film solar cells, thin film transistors, radiation detectors, and liquid crystal displays based on its good electrical and optical properties. In this paper, the progress research on a-Si:H thin films and related preparation method are reviewed. Key words: a-Si:H thin films; doped; preparation method; research progress 1 引言 氢化非晶硅(a-Si:H)是硅和氢的一种合金，网络中Si-H键角和键长的各种分布打乱了晶体硅晶格的长程有序性，从而使非晶硅具有独特的光电性质。本征a-Si:H薄膜中，一般含有8% ~12%（原子分数）的氢，本征的a-Si材料的带隙宽度Eg约为1.7eV[1-3]。 1976年，美国RCA实验室Carlson和Wronski首次报道了非晶硅薄膜太阳电池[4]，引起普遍关注，全世界开始了非晶硅电池的研制热潮。一般在太阳能光谱可见光波长范围内，非晶硅的吸收系数比晶体硅大将近一个数量级，其本征吸收系数高达105cm-1。而且非晶硅太阳能电池的光谱响应的峰值与太阳能光谱峰值接近，这就是非晶硅材料首先被用于太阳能电池的原因。首先非晶硅材料高的吸收系数，非晶硅吸收层的厚度可以小于1μm就可以充分的吸收太阳能，这个厚度不及单晶硅电池厚度的1%，可以明显的节省昂贵的半导体材料；其次硅基薄膜电池采用低温沉积工艺技术（200℃左右），这不仅可节能降耗，而且便于采用玻璃、塑料等廉价衬底；最后硅基薄膜采用气体的辉光放电分解沉积而成，通过改变反应气体组分可方便地生长各种硅基薄膜材料，实现pin和各种叠层结构的电池，节省了许多工序，非晶硅薄膜的这些优点都很大程度上促进了非晶硅太阳能电池的开发与研究[5-7]。 但是，非晶硅材料自身存在一些问题，由于薄膜内部存在大量的缺陷态(主要是悬挂键)，
钢结构基本原理 1、目前钢结构设计所采用的设计方法，只考虑结构的一个部件，一个截面或者一个局部区域的可靠 度，还没有考虑整个结构体系的可靠度. 参考答案：正确 20、柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平反力, 剪键承受。 参考答案：正确 值进行计算。 参考答案：正确 18、加大梁受压翼缘宽度，且减少侧向计算长度，不能有效的增加梁的整体稳定性。 参考答案：错误 17、当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载，且该处又未设置支承加劲肋时，则应验算腹板计算 高度上边缘的局部承压强度。 参考答案：正确 16、在格构式柱中，缀条可能受拉，也可能受压，所以缀条应按拉杆来进行设计。 参考答案：错误 15、在焊接连接中，角焊缝的焊脚尺寸 愈大，连接的承载力就愈高. 参考答案：错误 14、具有中等和较大侧向无支承长度的钢结构组合梁，截面选用是由抗弯强度控制设计，而不是整体 稳定控制设计。 参考答案：错误 13、在主平面内受弯的实腹构件，其抗弯强度计算是以截面弹性核心几乎完全消失，出现塑性铰时来 建立的计算公式。 参考答案：错误 12、格构式轴心受压构件绕虚轴稳定临界力比长细比 相同的实腹式轴心受压构件低。原因是剪切变 形大，剪力造成的附加绕曲影响不能忽略。 参考答案：正确 11、轴心受力构件的柱子曲线是指轴心受压杆失稳时的临界应力 与压杆长细比之间的关系曲线。 参考答案：正确 10、由于稳定问题是构件整体的问题，截面局部削弱对它的影响较小，所以稳定计算中均采用净截面 几何特征。 参考答案：错误 9、无对称轴截面的轴心受压构件，失稳形式是弯扭失稳。 参考答案：正确 8、高强度螺栓在潮湿或淋雨状态下进行拼装，不会影响连接的承载力，故不必采取防潮和避雨措施。 参考答案：错误 此水平反力应由底板与砼基础间的摩擦力或设置抗 19、计算格构式压弯构件的缀件时, 应取构件的剪力和按式 计算的剪力两者中的较大
2.2 非晶硅薄膜的生长机理 制备氢化硅薄膜是基于辉光放电的PECVD 技术，在外界电场的激励下使反应气体电离形成等离子体，在等离子体内部及薄膜表面，发生一系列非常复杂的物理-化学反应，在用辉光放电分解SiH 4制备a-SiH 4薄膜的过程中，可能发生以下的反应[19]： ①SiH 4和稀释SiH 4用的H 2分解，生成激活型的原子或分子团； ②这些激活型的原子或分子团向衬底或反应室器壁表面扩散； ③在衬底表面上发生吸附原子或分子团的反应，同时还伴随着其他气相分子团的产生和再放出。 在PECVD 中，以硅烷为工作气体，在几十帕的压强下进行放电，便可以生成电子密度≈1015m -3的等离子体。在这种等离子体中，能量大约在10 eV 以上的高能电子与SiH 4碰撞，会产生以下的离解、电离反应，生成大量的中性基团(SiH 3、SiH 2、SiH 、Si )、H 2、H 以及它们的带电基团。等离子体中可能存在如下反应[19][20]： H H ev H +???→?6.42 （式2-1） -++++????→?-+e H H SiH ev e SiH 233.1024 （式2-2） -+-++??→?+e H SiH e SiH ev 22247.94 （式2-3） -+-++??→?+e H SiH e SiH ev 375.84 （式2-4） mH Si SiH m +?→← （式2-5） 同时等离子体中的电子经外电场加速后，其动能通常可达到10～20eV ，甚至更高，这些高能电子与气体分子发生碰撞，足以使气体分子键断裂并产生大量离子、活性原子、活性分子等基团，氢化硅薄膜的生长原子是来自等离子体中SiH 4分解的SiH m 反应先驱物[19]，由于离解产生SiH 3所需的能量最小，一般认为，SiH 3是硅基薄膜最主要的生长基元，。 Veprek 研究发现，等离子体中电子的碰撞有利于硅烷分解和成膜过程，而离子碰撞则有利于H 基刻蚀过程的进行。 当硅烷浓度较高时，mH Si SiH m +?→←正反应速率大于逆反应速率，使刻 蚀过程来不及进行，Si-Si 弱键及无规则网络结构都保留了下来，因而形成的是非晶硅，为亚稳态结构，具有特征性的Staebler-Wronski 效应。
钢结构原理与设计练习题 第1章 绪论 一、选择题 1、在结构设计中，失效概率P f 与可靠指标β的关系为（ B ）。 A 、P f 越大，β越大，结构可靠性越差 B 、P f 越大，β越小，结构可靠性越差 C 、P f 越大，β越小，结构越可靠 D 、P f 越大，β越大，结构越可靠 2、若结构是失效的，则结构的功能函数应满足（ A ） A 、0
8、大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（B） A.密封性好 B.自重轻 C.制造工厂化 D.便于拆装 二、填空题 1、结构的可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。 2、承载能力极限状态是对应于结构或构件达到了最大承载力而发生破坏、结构或构件达到了不适于继续承受荷载的最大塑性变形的情况。 3、建筑机械采用钢结构是因为钢结构具有以下特点：1）______强度高、自重轻__________、2）_____塑性、韧性好_______________，3）______材质均匀、工作可靠性高______________。 4、正常使用极限状态的设计内容包括控制钢结构变形、控制钢结构挠曲 5、根据功能要求，结构的极限状态可分为下列两类：__承载力极限状态____ ______正常使用极限状态_____、 6、某构件当其可靠指标β减小时，相应失效概率将随之增大。 三、简答题 1、钢结构与其它材料的结构相比，具有哪些特点？ 2、钢结构采用什么设计方法？其原则是什么？ 3、两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？ 4、可靠性设计理论和分项系数设计公式中，各符号的意义？ 第2章钢结构材料 一、选择题 1、钢材在低温下，强度（A），塑性（B），冲击韧性（B）。 (A)提高(B)下降(C)不变(D)可能提高也可能下降 2、钢材应力应变关系的理想弹塑性模型是（A）。
第３５卷第４期稀有金属与硬质合金Ｖ０１．３５№．４２ＯＯ７年１２月ＲａｒｅＭｅｔａｌｓａｎｄＣｅｍｅｎｔｅｄＣａｒｂｉｄｅｓＤｅｃ．２０Ｏ７ ?试验与研究? 超细晶硬质合金的制备 谢海根１’２，易丹青１，黄道远１，李荐１，刘刚２，刘瑞１ （１．中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙４１００８３； ２．崇义章源钨制品有限公司，江西崇义３４１３００） 摘要：以纳米ｗＣ粉末与超细钴粉为原料，采用行星球磨混料一压制成形一氢气脱胶一真空烧结工艺制备了Ｗｃ一１０Ｃｏ超细晶硬质合金。研究表明，采用行星球磨混料获得的混合料分散均匀，颗粒细小且成形性好。采用该混合料在１３６０℃下真空烧结制备的超细硬质合金其平均晶粒尺寸约ｏ．３４＂ｍ，抗弯强度３１００ＭＰａ，硬度ＨＶ６０为１９００，断裂韧性ｌｏ．３ＭＰａ?ｍ“２ 关键词：纳米；超细晶；硬质合金；ｗＣ粉；钴粉 中图分类号：ＴＦ１２５．３文献标识码：Ａ文章编号：１００４一０５３６（２００７）０４一ｏＯｌ４一０４ ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＵｌｔｒａ—ｆｉｎｅＧｒａｉｎｅｄＨａｒｄＭｅｔａｌｓ ＸＩＥＨａｉ—ｇｅｎｌ”，ＹＩＤａｎ—ｑｉｎ９１，ＨＵＡＮＧＤａｏ—ｙｕａｎｌ，ＬＩＪｉａｎｌ，ＬＩＵＧａｎ２，ＬＩＵＲｕｉｌ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣｈｏｎｇｙｉＺｈａｎｇｙｕａｎＴｕｎｇｓｔｅｎＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｏｎｇｙｉ３４１３００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｕｐｅｒｆｉｎｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＷＣ一１ＯＣｏｈａｒｄｍｅｔａｌｉｓｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｎａｎｏ—ｍｅｔｅｒＷＣａｎｄｓｕｐｅｒｆｉｎｅＣｏｐｏｗｄｅｒｂｙｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｌａｎｅｔｂａｌｌｍｉｌｌｉｎｇ—ｐｒｅｓｓｉｎｇ—ｈｙｄｒｏｇｅｎｄｅｇｕｍｍｉｎｇａｎｄｖａｃｕｕｍｓｉｎｔｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｕｓｅｏｆｐｌａｎｅｔｍ订ｌｉｎｇｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｅｖｅｎｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｆｉｎｅ—ｇｒａｉｎｅｄｍｉｘｔｕｒｅｗｉｔｈｇｏｏｄｃｏｍｐａｃｔａｂｉｌｉｔｙ．ＴｈｅｓｕｐｅｒｆｉｎｅｈａｒｄｍｅｔａｌｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｖａｃｕｕｍｓｉｎｔｅｒｉｎｇｈａｓｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｂｏｕｔＯ．３４“ｍ，ｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ３１００ＭＰａ，ｈａｒｄｎｅｓｓ１９００ｋｇ／ｍｍ２，ｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓ１０．３ＭＰａ?ｍ１／２． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｍｅｔｅｒ；ｓｕｐｅｒｆｉｎｅｇｒａｉｎ；ｈａｒｄｍｅｔａｌ；ｔｕｎｇｓｔｅｎｃａｒｂｉｄｅ；Ｃｏｐｏｗｄｅｒ 前言 硬质合金具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等一系列优异性能，在切削加工、凿岩采矿、成型模具、耐磨零件等方面得到了越来越广泛的应用。 硬质合金合金自问世以来，其强度和硬度之间就一直是一对“不可调和的矛盾”。制造业的飞速发展，对硬质合金刀具材料提出了越来越高的要求，在要求高强度的同时还要求高硬度，即所谓的“双高合金”。研究表明，当ＷＣ的晶粒尺寸减小到亚微米以下时，硬质合金材料的硬度和耐磨性、强度和韧性均获得了提高。因此，超细ＷＣ—Ｃｏ硬质合金开发及应用，成为超硬工具领域竞相研究的热点阻５｜。 ２试验内容与方法 ２．１试验过程 本研究采用崇义章源钨制品有限公司生产的纳米钨粉，在常规碳化设备中进行低温通氢碳化制备纳米ＷＣ粉末，再与超细钴粉混合，经压制、脱胶、真空烧结等工艺制备超细晶ＷＣ一１０Ｃｏ硬质合金。２．２粉末样品的分析检测 采用日本理学Ｄ／ｍａｘ２５５０ＶＢ＋Ｘ射线衍射仪对粉末样品进行物相和晶粒度分析，通过式口一忌Ａ／（Ｄｃｏｓ口） 收稿日期：２００７一０５—２１ 作者简介：谢海根（１９６８一），男，高级工程师，在读硕士研究生，从事超细硬质合金的研究工作。
第2期总第192期 冶金丛刊 Sum．192No．2 2011年4月METALLURGICAL COLLECTIONS April 2011 作者简介：高吉祥（1973－），男，高级工程师，博士， 2004年毕业于华南理工大学.VN 微合金化超细晶高强钢的组织性能研究 高吉祥 1，2 李春艳 2 朱达炎 2 谢利群 2 （1．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东，广州510640；2．广钢集团技术中心，广东，广州， 510730）摘 要 基于电炉薄板坯连铸连轧流程氮高的特点，采用VN 微合金化的成分设计，通过炼钢、连铸、均热、轧制和 冷却各工艺过程的控制研究，开发了VN 微合金超细晶高强钢板。钢板屈服强度达到了550MPa 级，铁素体晶粒尺寸达到了3．0 4．0μm ，具有良好的韧性、冷成形性能和焊接性能，满足汽车、工程机械制造等行业的要求。关键词 薄板坯连铸连轧；VN 微合金化；超细晶高强钢 中图分类号：TG142．1 文献标识码：A 文章编号：1671－3818（2011）03－0022－03 STUDY ON MICROSTRUCTURE AND PROPERTY OF VN MICRO-ALLOYING ULTRA-FINE GRAIN HIGH STRENGTH STEEL Gao Jixiang 1， 2 Li Chunyan 2Zhu Dayan 2Xie Liqun 2 （1．School of Mechanical ＆Automotive Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou ，510640，Guangdong ；2．Technology Center of GISE ，Guangzhou ，510730，Guangdong ） Abstract Based on characteristics of high N in EAF-TSCR ，using the design of VN micro-alloying ， controlling the steelmaking ，continuous casting ，soaking ，rolling and cooling processes ，the VN Micro-al-loying ultra-fine grain high strength steel was developed．The strip yield strength reached 550MPa grade ，ferrite grain size reached 3．0to 4．0microns．The strip has good toughness ，cold formability and weld-ability which met the requirements of automotive ，mechanical industry and other industry．Key words Thin slab casting and rolling ；VN micro-alloying ；ultra-fine grain high strength steel 提高钢铁材料的强度是实现用钢行业节能减排的有效手段。提高钢铁材料强度的途径有固溶强化、位错强化、细晶强化和第二相粒子的析出强化等等。其中细晶强化效果最为明显，也是唯一的强度与韧性同时增加的机制［1］ 。薄板坯连铸连轧流程 由于其铸坯薄、 拉速快、板坯温度均匀性好的特点，更适合于高强度钢的生产。珠钢针对电炉薄板坯连 铸连轧流程自身原料的特点，钢水的氮含量比转炉的高，采用VN 微合金化的成分设计，通过炼钢、连 铸、 均热、轧制和冷却各工艺过程的控制研究，开发了VN 微合金超细晶高强钢板［2］ 。钢板屈服强度达到了550MPa 级，铁素体晶粒尺寸达到了3．0 4．0μm ，具有良好的韧性、冷成形性能和焊接性能。 1 成分设计及工艺控制技术 1．1 成分设计 VN 的溶解度在铁素体与奥氏体中都比VC 低得多。因此VN 的形成有更大的化学驱动力，容易形成体积分数大且稳定性高（粗化倾向小）的细小弥散颗粒，对铁素体尺寸进行细化，同时随着氮含量的增加，沉淀颗粒变得越来越小，数量不断增加。氮含量的增加还可以促进沉淀颗粒的成核，防止颗粒粗化，充分发挥微合金化元素在钢中的关键作用 ［3］ 。 珠钢发挥电炉钢水中约0．007%的氮含量优势， 同时加入VN 合金增氮，才能使钢中的含氮量在0．02%以上。 试验钢的化学成分设计见表1［4，5］ 。 1．2 生产流程及工艺控制技术 珠钢生产工艺流程为废钢料→150吨超高功率
超细晶粒钢焊接性分析1． 超细晶粒钢 随着现代工业和科学技术的发展, 建筑、机械、汽车、铁路、船舶、海洋等各行业对钢铁材料的性能提出了越来越高的要求。大量研究表明晶粒细化处理是能够同时提高材料强度和韧性的最佳强化机制。自20世纪90年代以来,世界各主要钢产国相继开展了新一代钢铁材料的研究工作。其中,以日本的“超级钢铁材料” 研究计划、中国的“新一代钢铁材料重大基础研究”和韩国的“ 21 世纪高性能结构钢”研究最为引人瞩目。通过各种先进的材料制备技术把钢铁材料的组织细化到了微米级、亚微米级, 甚至纳米级,大幅度提高了钢铁材料的强度和韧性。材料从传统的细晶细化到l um , 其强度可提高一倍以上, 并使钢的韧脆转变温度下降到-20℃以下, 显著改善钢的韧性。 新一代钢铁材料的主要特征表现为超细晶粒尺寸、高洁净度和高均匀性, 其强度和寿命比原同类钢种提高一倍, 是应用前景广泛的结构材料。作为结构材料, 其焊接性的好坏是评价钢材使用性能的主要指标之一。微米级超细晶粒钢是现阶段最接近实际生产和应用的结构材料, 对其焊接性的研究已成为热点问题之一。 2. 焊接性研究 2.1 微米级超细晶粒钢的特点 超细晶粒钢与同等强度的传统钢相比, 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性的目的。为了获得超细晶粒钢, 目前已经发展了多种晶粒超细化处理工艺，主要有冶金处理细化、形变诱导铁素体相变细化、热处理细化、磁场或电场处理细化和新型热机械控制轧制(TMCP )技术细化等。 2.2 HAZ组织性能 在新一代微合金高强高韧钢中,研究400 MPa和800 MPa两种强度级别的超细晶粒钢,400 MPa级细晶钢是指在普通Q235钢的基础上进行细化晶粒和纯净化处理,使其强度提高一倍,寿命增加一倍的新一代钢铁材料。400 MPa级细晶钢焊接时,薄弱环节出现在HAZ,因细晶粒本身已使得晶粒长大驱动力很大(驱动力与晶粒尺寸成反比),又因400MPa的细晶钢中没有或含有极少碳、氮化物形成元素,所以其焊接热影响区有严重的晶粒长大倾向,粗大的晶粒将损害HAZ的性能,晶粒较粗大时,强度和韧性会随之下降。因此,对于400 MPa的细晶钢最主要的问题是探索400 MPa细晶钢的合适焊接方法、研究其晶粒长大规律、动力学和可控因素,从而寻找防止晶粒长大的有效措施。800 MPa级细晶钢是指在X65管线钢的基
第11卷第3期1999年6月 钢铁研究学报 JOU RNAL O F I RON AND ST EEL R ESEA RCH V o l .11,N o.3 Jun .1999 康永林,男,44岁,博士,教授; 收稿日期:1998209202;修订日期:1998212230 ?综合论述? TR IP 钢板的组织、 性能与工艺控制康永林 王 波 北京科技大学压力加工系 北京 100083 摘 要:介绍了TR IP 钢板的组织形成机理、影响因素、性能以及国内外近几年的研究、开发进展情况,为TR IP 钢板的进一步研究、开发和应用提供依据。关键词:TR IP 钢板,组织,性能,工艺控制中图分类号:T G 335,T G 113 Structure and Property of TR IP Plate and Its Con trol Process K ang Y ong lin W ang B o U n iversity of Science and T echno logy Beijing Beijing 100083 ABSTRACT :T he fo rm ing m echan is m ,influence facto rs ,p roperties and recen t research develop 2m en t of the structu re of TR IP p late are in troduced fo r the fu rther research ,developm en t and app li 2cati on of TR IP p late . KEY WOR D S :TR IP p late ,structu re ,p roperty ,con tro lling p rocess TR IP (T ran sfo rm ati on Induced P lasticity ——相变诱发塑性)钢板是近几年为满足汽车工业对高强度、高塑性新型钢板的需求而开发的。TR IP 钢板最先是由V .F .Zackay 发现并命名的,他利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性并改善了钢板的成形性能,但早期的TR IP 钢因含有较多镍、铬等贵重合金元素,成本高,使用受到限制。后来H ayam i 在双相钢中发现其含有残余奥氏体并具有TR IP 效应[1],因此人们开始考虑以硅、锰等廉价的合金元素代替镍、铬等贵重元素来研制TR IP 钢板。目前,日本已可以工业规模的生产与制造TR IP 钢板[2]。按生产工艺的不同,该类钢可分为热处理型冷轧TR IP 钢板和热轧型热轧TR IP 钢板[3]。热处理型冷轧TR IP 钢板是采用临界加热、下贝氏体等温淬火的工艺方法来获取TR IP 所需的大量残余奥氏体,而热轧型热轧TR IP 钢板是通过 控制轧制和控制冷却来获得大量的残余奥氏体,因为只有存在足够的残余奥氏体才能使钢板具有TR IP 现象。钢中残余奥氏体含量(体积分数,下同)一般为10%～20%。两种工艺生产的TR IP 钢板显微组织都是由铁素体、贝氏体和残余奥氏体三相组成。目前,对热处理型冷轧TR IP 钢板的研究较多,而热轧型热轧TR IP 钢板的研究较少。 1 TR IP 的形成机理 金属材料的相变超塑性可以分为扩散型与非扩散型,TR IP 现象属于非扩散型[4]。具有相变超塑性的材料除纯铁、钢和铸铁外,还有T i 、A l 和Zr 等非铁金属和合金。在钢中,非扩散型超塑性可发生在950℃←→室温的奥氏体←→马氏体转变温度范围。若在冷却的同时,对钢施加载荷,也可以出现在马氏体转变温度M s 以上的温度范围,此温度的上限