超级钢的应用前景.docVIP

X X 大 学 文 献 综 述 论文题目：超级钢的研发及其应用前景 学生姓名： 学 号： 系 别：机械工程学院 专业班级：机械设计制造及其自动化专业2班 超级钢的研发及其应用前景 1、前言： 钢铁作为结构材料，一直是建筑行业、机械制造行业的基础，其主导地位在未来很长一段时期仍无法替代。2013年4月24日联合国环境规划署发布由国际资源专家委员会撰写的两份研究报告指出，由于未来全球金属资源需求将会大幅上升，全球需要重新考虑金属的循环利用，以减轻对环境的负面影响【1】。而钢铁与其他材料相比具有良好的循环再生能力，随着电炉炼钢技术的不断进步和完善, 将来几乎所有的钢铁制品废弃物最终将返回钢厂再生。因此立于21世纪经济和社会发展对节约资源、保护环境、便于回收的新型高性能材料的需求，开发及具有“双倍强度和寿命”又具有“易回收性”的超级钢，显得尤为紧迫和必要[2]。 超级钢系指具有超细晶粒、高洁净度、高均匀性的组织和成分特征，以及高强度、高韧性的力学性能特征的新一代钢铁材料。它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得到, 因而其强度有了大幅度的提高。 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。 2、超级钢的生产工艺： 想要得到超级钢，最重要的问题就是“如何将钢的晶粒超细化”，在研究这一问题的过程中，到目前为止所涉及的工艺主要有热机械控制（TMCP）、微合金化、等径角挤压（ECAP）、累积叠轧（ARB）和大塑性变形（SPD）。其中，微合金化通常要与先进TMCP技术相结合，才能获得高强高韧钢；大塑性变形多数情况下被应用于表面纳米化处理，这种技术虽然能够最大程度获得晶粒的细化效果（可以获得晶粒尺寸小于100nm的纳米晶）但只能够在机体表面几十微米厚的范围内有效，因此多用于特殊零部件的表面加工。下面对以上工艺方法作简要描述： 1.1热机械控制工艺（TMCP） 该工艺主要由控制轧制和控制冷却两部分组合而成，因此又叫控轧控冷工艺，是20世纪钢铁工业取得的重要成就之一，也是目前世界各国在工业大生产领域中普遍使用的工艺方法。其中，控制轧制又细分为奥氏体再结晶区控制轧制、奥氏体未再结晶区控制轧制和两相区控制轧制三个阶段[3]，不论采用何种控轧方式，其目的都是通过对奥氏体组织中有利于相变形核及晶粒细化的因素加以控制，进而获得控冷(加速冷却)后的细晶组织。图1为控制轧制的发展历程【4】。 (a)常规轧制;(b) C-Mn钢的控制轧制;(c) Nb钢的控制轧制(I);(d) Nb钢的控制轧制(B );(e)住友金属工业有限公司的高韧钢控制轧制;(f)日本钢铁公司的控制轧制 图I控制轧制的发展历程 1一直接淬火:2一间断式直接淬火;3一连续加速冷却; 4一间断式加速冷却;;5一控制轧制 在控制轧制基础上进行的加速冷却，其目的是实现相变继而对相变过程进行控制，同时加速冷却也强化了铁素体的晶粒细化和由碳化物或氮化物产生的沉淀强化。图2为轧后在线冷却的几种方法。这些冷却过程的最大差别在于冷却速率和强制冷却温度的不同。作为控制冷却过程的加速冷却，其最佳的冷却速度应当在实际的热轧过程能够实现。直接淬火的目的是为了获得马氏体或贝氏体等低温相变产物，然后进行回火。在间断式加速冷却(IAC)或直接淬火中，强制冷却终止于某一温度，然后进行空冷[5]，虽然在不连续直接淬火中，终冷温度必须低于马氏或贝氏体转变温度，但间断式加速冷却的终止温度则随冷却速度、钢的淬硬性和轧制条件而有较大的变化。利用TMCP工艺可在大生产条件下将钢板的铁素体晶粒尺寸细化至约5 wm，而这一尺寸也被认为是目前工业大生产条件下所能实现的最小临界晶粒尺寸。 1.2微合金化及强韧化特点 微合金化技术是近20 年来出现的一种新型冶金技术, 它是在钢中加人极少量微合金化元素, 利用这些微合金化元素的强化作用,进而可以在不加或少加贵重合金元素的情况下获得更高强度、更高韧性的钢材料。常用的微合金化元素主要有Nb 、V 、Ti 、B , 它们在钢中的加入量一般在0 .1 % 左右(B为0.001 % 左右)。这些元素可以固溶于钢中, 造成晶格的点阵畸变, 从而起到固溶强化作用。但由于这些元素的加入量极少, 因而钢材性能的提高主要不是依靠合金元素的固溶强化作用, 而主要是由于N b 、v 、Ti 可以和C 、N 形成碳化物和氮化物从而引起晶粒细化和析出强化, 这是这些微合金化元素