金相学史话（4）：合金钢的早期发展史

Faraday进入皇家学院（Royal Institution)后，在1820－1822年间从事包括铜、镍、铬及贵金属在内的合金钢研究，尽管未发展出有实际用途的钢种，也可算是合金钢研究的先驱。1856年转炉炼钢法出现后，钢产量猛增，Musher高碳高钨自淬火刀具钢应运而生（1868），逐渐发展成18－4－1高速钢（1906）。Hadfield在1882年研制出高碳高锰奥氏体耐磨钢，成分至今未变。他还研制出硅钢片，并在1903年制出第一台铁损小的变压器。Brearley在1913年研制出低碳高铬（1Cr13)马氏体不锈钢，在这之后，铬镍奥氏体不锈钢才问世。本世纪初汽车工业的兴超，促进了合金结构钢的发展（合金钢牌号前面冠以SAE就是美国汽车工程师学会的缩写），而两次世界大战都伴随有合金钢的产量及品种的大发展。     

金相学史话(5):X射线金相学

1912年Laue等发明X射线衍射 ,接着Bragg父子就把它应用到金属及一些简单无机化合物的晶体结构测定。到了二十年代 ,金相学的一些基本问题得以迎刃而解 ,如 β Fe不存在(192 2 ) ,有序固溶体 (192 3) ,单晶体的滑移系统 (192 2 - 192 5 ) ,织构 (192 5 ) ,电子化合物 (192 6) ,马氏体的四方度 (192 6) ,等等。进入三十年代 ,略微复杂一些的晶体结构问题也列入研究日程 ,如间隙化合物 (1930 ) ,取向关系 (1930 ) ,G .P .区 (1939) ,等等。到了四十年代 ,不但已经开始用富里叶分析研究金属冷加工产生的晶粒碎化及晶格畸变 (194 8) ,并已出现“金属的结构”(C .S .Barrett,194 3)、“X射线金相学”(A .Taylor,194 5 )等专著     

金相学史话(3):Fe-C平衡图

18 6 8年Чернов首先指出钢的淬火温度应在临界点a以上 ,相当于Osmond后来给出的Ac1或Ac3 。Roberts Austen(即奥氏 )在 1896年绘制出Fe C临界点图 ,接着又在 1897年给出第一个Fe C平衡图 ,其中有碳在γ Fe中的单相区 (后来Howe称之为奥氏体 )。两年后他又给出第二个Fe C平衡图 ,根据相律 ,包晶、共晶、共析三相反应都发生在一固定温度。一年后 (190 0 ) ,Bakhuis Roozeboom引入Fe3 C并根据相律绘出Fe Fe3 C亚稳平衡图 ,与现今使用的Fe C平衡图基本相同     

金相学史话(1)：金相学的兴起

Widmanstatten在 19世纪初用硝酸水溶液腐刻铁陨石切片 ,观察到片状 Fe- Ni奥氏体的规则分布 (魏氏组织 ) ,予告金相学即将诞生。 Sorby在 1863年用反射式显微镜观察抛光腐刻的钢铁试样 ,不但看到珠光体中的渗碳体和铁素体的片状组织 ,还对钢的淬火和回火作了初步探讨 ,金相学已基本形成。到 19- 2 0世纪之交 ,Martens(马氏 )和 Osmond对金相学的发展和金相检验在厂矿中的推广做了重要贡献 ,同时 Roberts- Austen(奥氏 )和 Roogzeboom初步绘制出 Fe- C平衡图 ,为金相学奠定了理论基础。到了二十世纪中叶 ,金相学已逐步发展成金属学、物理冶金和材料科学。     

金相学史话 (2)：β-Fe的论战

自从Osmond在1885年首次提出β-Fe以为,直到1922年Westgren和Phragmén用高温X射线衍射证明β-Fe与α-Fe有相同的体心立方结构为止,在很长时间内,冶金学家一直为钢为什么在淬火后变硬而争论不休。同素异构派(Allotropist)认为是α-Fe→β-Fe相变的结果,而碳派(Carbonist)认为是C的作用,各执一词。尽管β-Fe的存在被否定了,同素异构相变(γ-Fe→α′-Fe)还是存在的,它与四方畸变的α′-Fe中固溶C都是钢在淬火后变硬的必要条件。这场长达四十年的激烈争论不但阐明了钢的淬火原理,对钢的结构与性能的深入了解也是有益的。,Ever since the first proposal of the presence of β-Fe in 1885 by Osmond, a great debate on the cause of quench hardening of steels was going on until 1922 when Westgren and Phragmén disproved the presence of β-Fe by high temperature X-ray diffraction analysis. The Allotropists like Osmond, Roberts-Austen, Sauveur, etc., claimed that the α-Fe→β-Fe allotropy was responsible for quench hardening, while the Carbonists like Arnold, Hadfield, Ledebur, etc., advocated that carbon in steel was the main cause. Though β-Fe was finally discarded, the allotropic transformation γ→α'(a tetragonally distorted α-Fe, namely martensite) as well as carbon (needed to cause the tetragonal distortion of α-Fe) were found to be the cause of quench hardening. Such a long, fierce debate not only clarified the mechanism of quenching hardening, but also improved our knowledge of the structure and properties of steels.     

金相学史话(6):电子显微镜在材料科学中的应用

Ruska在三十年代研制出第一台电子显微镜 ,战后 (195 4年 )又在极端困难条件下发展出带有电子衍射功能的高分辨电镜ElmiskopI。但是 ,从专利优先权角度看 ,他不是电镜的发明人。直到半个世纪后 ,有关的争议人都已过世 ,他才在 1986年获得这个迟到的但却是当之无愧的诺贝尔物理奖。材料科学的几次突破性进展充分说明电子显微镜的重要性。首先是电子衍射与成像的结合使位错的直接观察得以实现。在双束 (透射束与一个强衍射束 )条件下 ,位错产生的畸变区的衍射强度与基体不同从而显示衬度差异 (衍衬像 )。位错等晶体缺陷因此得以成为六、七十年代的研究热点。选区衍射使晶体结构分析进入到微米甚至到纳米层次。迄今为止 ,八十年代发现的各种类型的准晶 (五重、八重、十重、十二重旋转对称准晶 )都是使用这种手段实现的 ,从而扩大了晶体的范围 ,把无周期性的准晶也包括进去。高分辨电镜已发展到分辨单个原子的水平 ,这就为九十年代发现和研究纳米碳管创造了条件 ,开辟了纳米技术的新纪元     

金相学史话（2）：β—Fe的论战

自从Osmond在1885年首次提出β－Fe与α－Fe有相同的体心立方结构为止，在很长时间内，冶金学家一直为钢为什么在淬火后变硬而争论不休，同素异构派（Allotropist)认为是α－Fe→β－Fe相变的结果，而碳派（Carbonist)认为是C的作用，各执一词，尽管β－Fe的存在被否定了，同素异构相变（α－Fe→β－Fe）还是存在的，它与四方畸变的α－Fe中固溶C都是钢在淬火后变硬的必要条件，这场长达四十年的激烈争论不但阐明了淬火原理，对钢的结构与性能的深入了解也是有益的。     

合金钢中复相组织的彩色金相浸蚀方法

针对使用Lepera试剂进行合金钢彩色金相浸蚀容易失败的情况,对其具体操作步骤和注意事项进行了介绍和试验研究。结果表明:与普通金相浸蚀方法相比,该彩色金相浸蚀方法可以将合金钢中的马氏体/奥氏体岛组元、贝氏体组织和马氏体组织特征更为明显地显示出来,从而实现合金钢中复相组织的有效辨别。     

钒元素及热处理工艺对高碳微合金钢组织和性能的影响

为提高钒微合金钢的条件断裂韧度,利用Thermo-Calc热力学软件分析了含碳量(质量分数)为0.60%的钢在钒元素含量不同时,其析出相随温度的变化,确定了合适的钒元素含量。通过热力学计算及奥氏体晶粒度试验,提出了台阶式热处理工艺,并采用高温金相热模拟试验和实验室马弗炉对工艺效果进行了验证。结果表明:台阶式热处理工艺促进了铁素体形成,同时不会明显降低钢的硬度,使得试样强度和韧性均达到预定目标,明显改善了钒微合金钢的强韧配合关系。     

微合金钢的研究现状及发展趋势

微合金钢是近年来迅速发展起来的具有高性能的钢材品种之一,被广泛用于各个工业部门,是现代钢铁工业中的主力产品.简要介绍了微合金钢的属性,综述了国外微合金钢的研究现状,着重讨论了国内微合金钢的研究现状,总结了宝钢、鞍钢、攀钢和国内科研机构微合金钢的发展现状,并论述了国内外微合金钢未来的发展趋势.     

热变形和冷却速率对Nb-Ti微合金钢相变行为和显微组织的影响

采用热加工物理模拟和金相技术研究了高温奥氏体区的变形和不同冷却速度对Nb-Ti微合金钢相变行为和显微组织的影响。结果表明．形变诱导相变；试验钢在较宽的冷却速度范围内（5～20℃／s)均能形成贝氏体组织．且在不同冷却速度下．贝氏体转变开始温度很相近，这有利于在工业生产中获得稳定的性能。     

提高合金钢中的碳、硫含量测量准确度的方法

针对影响高频红外碳、硫分析仪测定合金钢中硫的成分准确度原因进行分析,提出改进方法,通过对比试验,验证方法可行。     

含钒钛微合金钢连铸板坯的热塑性模拟研究

含钒钛微合金钢连铸板坯因表面裂纹严重影响铸坯质量,这与其在连铸过程中的热塑性密切相关。以攀钢目前生产的含钒钛微合金钢为研究对象,研究了从熔点到550℃温度范围内热塑性的变化规律。采用数理分析方法,首次建立了含钒钛微合金钢的流变模型。用此模型预测含钒钛微合金钢在连铸条件下的热塑性,并作为改进连铸工艺的依据之一。在研究含钒钛微合金钢连铸板坯的表面裂纹与热塑性的关系时,发现连铸板坯表面横裂纹往往在振痕谷部产生。据此开创性地用高温下的非连续模型热拉伸实验模拟铸坯表面横裂纹的产生过程。结果表明,振痕产生的应力集中降低了含钒钛微合金钢的热塑性。论文把高温时应力集中导致材料热塑性变化称为材料的高温应力集中敏感性,并用高温应力集中敏感参数τ=(RA-RA′)/RA×100％来描述(RA是连续模型断面收缩率;RA′是非连续模型断面收缩率)。根据这一定义。采用数理分析方法定量研究了含钒钛微合金钢从熔点到700℃温度范围内高温应力集中敏感性的变化规律,并建立了高温应力集中敏感性模型。通过此模型,可预测含钒钛微合金钢在连铸过程中的高温应力集中敏感性,并对由流变模型得到的连铸工艺参数进行调整。采用理论计算和实验手段研究了钒钛在钢中的存在状态及其对热塑性和高温应力集中敏感     

合金钢瓦楞辊的制造与修复

瓦楞辊是瓦楞纸板生产线上最昂贵的心脏部件,它的楞型合理性,楞型精度、耐磨、耐压性能和运行速度是判断其品质和经济性的主要技术指标,直接关系到纸箱企业的产品质量和经济效益。 瓦楞原纸在高速连续节进的熨烫弯曲成形过程中,在压力线作用下不断与瓦楞辊楞顶相对位移产生摩擦挤轧,原纸中的夹杂物、硬砂粒的撞击,使楞顶部剧烈磨损,逐渐由圆孤而变成平头,使楞齿高度慢慢低于标准下限。同时一些楞面硬度低的瓦楞辊会因此而使楞面楞顶产生麻坑和凹陷。由于生产线往往不是经常会满幅走纸,使瓦楞辊表面不均匀磨损而致辊形中凹,低硬度…     

淬火回火低碳合金钢的疲劳形变与断裂的电镜观察

应用透射电子显微术研究了淬火并400℃和600℃回火钢中疲劳位错结构随循环加载周数的增加所发生的变化。钢中出现具有循环显微硬化与循环显微软化的位错结构形式。前者主要是形成位错缠结,后者主要是粗大疲劳变形带的萌生和扩展,在扩展过程中萌生显微疲劳裂纹。     

Cr-Si合金钢表面纳米晶热稳定性的研究

采用超音速微粒轰击技术在Cr-Si合金钢的表面制备了纳米结构层.最表面层的晶粒尺寸约为16nm.利用X射线衍射(XRD)技术和透射电镜(TEM)分析技术对退火后表面纳米晶的结构变化进行分析.结果显示:当温度低于450℃进行退火时,表面纳米晶的尺寸变化不大.当退火温度达到450℃时,表面纳米晶失去稳定急剧长大到100nm左右.分析表明在低于450℃时,Cr-Si合金钢表面纳米晶具有良好的热稳定性,表面纳米晶的本征结构、退火时结构的动态回复以及渗碳体颗粒对晶界运动的阻碍是决定其具有一定的热稳定性的主要因素.     

HP40Nb合金钢高温劣化的非线性超声评价

耐高温合金材料在服役过程中会发生高温劣化,主要表现为微观组织结构的变化,从而导致在其中传播的超声波能产生显著的高次谐波.针对HP40Nb合金钢材料高温劣化的检测及评价,提出采用归一化超声纵波非线性参量来表征材料的高温损伤状态.对HP40Nb损伤试样进行了非线性超声信号的测量结果显示,归一化超声纵波的非线性参量随着材料高温加载时间呈现出显著的上升-平稳-下降趋势.对材料微观组织演化过程进行了扫描电镜(SEM)的观察和分析,结果表明,超声非线性参量在早期阶段的上升与HP40Nb材料高温加载过程中η相等第二相的析出和聚集密切相关;其在后期阶段的下降归因于析出相的减少和脱落以及微孔洞的产生.由此可见,非线性超声对HP40Nb材料高温劣化后微观组织的变化非常敏感.     

25Cr2Ni4WA合金钢高温锰系磷化工艺

高温锰系磷化对部分高合金钢处理效果不佳.为此,对25Cr2Ni4WA合金钢黑色锰系磷化工艺进行了研究,通过正交试验,分析了磷化过程中总酸、酸比、Fe2+浓度、表调时间、磷化时间等因素对磷化膜耐蚀性能和膜重的影响.结果表明,适当的总酸、酸比、磷化时间以及降低Fe2+浓度和表调时间有利于提高耐蚀性能;适当的表调时间及增加总酸、酸比、Fe2+浓度和磷化时间有利于增加膜重.结果表明,为提高耐蚀性能,应尽量使磷化膜晶粒细小均匀、致密;获得较佳磷化膜耐蚀性能的工艺参数为:总酸110点,酸比6.0,0.6g/L Fe2+,表调时间20s,磷化时间20min;膜重较佳的工艺参数为:总酸130点,酸比7.0,1.8g/L Fe2+,表调时间40s,磷化时间20min.     

强磁场对微合金钢晶粒细化的作用

近来,关于外加磁场处理对钢材组织性能的影响在国内外受到普遍关注,但有关工作的研究对象大多是合金钢和高碳工具钢,关于外加磁场对低碳微合金钢组织性能影响的研究报道很少.本文主要研究了在微合金钢的热处理冷却过程中外加稳恒磁场的作用.实验结果表明,钢材热处理冷却过程中的磁场处理可以使微合金钢晶粒细化.外加稳恒磁场可诱导奥氏体向铁素体相变,即降低转变势垒,提高转变形核数量,细化相变后的晶粒.在本文的实验条件下,随着磁感应强度的升高,晶粒尺寸减小.当磁感应强度在0.1特斯拉以下时,对晶粒细化的影响不大.磁场产生的晶粒细化作用可使试样相变后铁素体显微组织均匀,这种均匀的金相组织分布明显不同于加速冷却产生的不均匀金相组织.     

温度和湍流对Cr合金钢环烷酸腐蚀的影响

对环烷酸腐蚀控制机制分析推测高温高流速下lnv与(-1/T)间的规律。对API581中Cr合金钢的腐蚀数据进行分析及模拟实验。结果表明:lnv-(-1/T)之间存在线性规律,应用lnv-(-1/T)线性规律可以较准确预测不同温度下Cr合金钢的平均环烷酸腐蚀速率。根据Fluent模拟得到不同条件下腐蚀试样表面的湍流分布,将试样表面湍流分布与表面3D腐蚀深度关联后可明确湍流强度会显著影响局部腐蚀深度。在2%弱湍流区,局部最大腐蚀深度与总平均腐蚀深度比值仅为1.56,但在8%湍流强度下,两者比值可大于3.7,影响程度随湍流强度的增加呈曲线快速提高。