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21世紀(jì)新一代鋼鐵材料的重要發(fā)展方向及趨勢(shì)？

超細(xì)晶化理論及技術(shù)是21世紀(jì)新一代鋼鐵材料的重要發(fā)展方向。目前，工業(yè)生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用的低合金鋼的屈服強(qiáng)度約為400MPa，抗拉強(qiáng)度約為500MPa，晶粒尺寸約為lOpm。長(zhǎng)期研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，具有高強(qiáng)度且有高韌度的鋼鐵材料是最理想的材料，晶粒細(xì)化處理是同時(shí)提高材料強(qiáng)度和韌度的最有效途徑，因此世界各國(guó)研究者力爭(zhēng)通過對(duì)低合金鋼進(jìn)行細(xì)晶化
的研究，將低合金鋼的屈服強(qiáng)度由目前的400MPa級(jí)提高到800MPa級(jí)，其核心理論和技術(shù)是實(shí)現(xiàn)鋼材的超細(xì)晶（或超細(xì)組織）。
1997年4月，日本開始了“新世紀(jì)結(jié)構(gòu)材料（或超級(jí)鋼材料）”為期10年的研究計(jì)劃，提出生產(chǎn)將現(xiàn)有鋼材強(qiáng)度翻番和使用壽命翻番為目標(biāo)的新一代鋼材。之后韓國(guó)在1998年啟動(dòng)了“21世紀(jì)高性能結(jié)構(gòu)鋼”，我國(guó)予1998年末確立啟動(dòng)了“新一代鋼鐵材料重大基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目（國(guó)家973項(xiàng)目），其目標(biāo)是將現(xiàn)有的普碳鋼和低合金鋼的強(qiáng)度和壽命提高1倍，同時(shí)不降低鋼的綜合性能。東亞相差不到1年，設(shè)立相同目標(biāo)的研究項(xiàng)目帶動(dòng)了歐美各國(guó)鋼鐵界競(jìng)相參與和重視?？刂瞥?xì)晶粒鋼的組織而使鋼強(qiáng)韌化的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有高強(qiáng)度低合金(HSLA)鋼晶粒細(xì)化的理論和技術(shù)進(jìn)行了探討。探討高強(qiáng)度低合金鋼的晶粒細(xì)化理論。
1.高強(qiáng)度低合金鋼的晶粒細(xì)化理論：
2.低合金高強(qiáng)鋼最重要的力學(xué)性能指標(biāo)是屈服強(qiáng)度GB和韌脆轉(zhuǎn)變溫度T。對(duì)于新一代鋼鐵材料來說，提高其屈服強(qiáng)度民，降低其韌性轉(zhuǎn)變溫度T是研究和開發(fā)的重點(diǎn)。提高鋼鐵材料強(qiáng)度的方法有：固溶強(qiáng)化、析出相強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、形變強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化等。鋼鐵材料提高強(qiáng)度的途徑主要有4條Ⅲ：
通過合金元素和間隙元素原子溶解于基體組織產(chǎn)生周溶強(qiáng)化
通過加工變形增加位錯(cuò)密度造成鋼材承載時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難（位錯(cuò)強(qiáng)化）
通過晶粒細(xì)化使位錯(cuò)穿過晶界受阻產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化
通過第二相(一般為M(C，N),析出相或彌散相）使位錯(cuò)發(fā)生弓彎和受阻產(chǎn)生析出強(qiáng)化。
各種強(qiáng)化機(jī)制的效果。其中，細(xì)晶強(qiáng)化是唯一能同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性的方法，其它強(qiáng)化方法得到的顯微組織都存在強(qiáng)度提高而韌性下降的缺點(diǎn)。細(xì)晶強(qiáng)化可用傳統(tǒng)的Hall-Petch公式描述式中內(nèi)摩擦力；足為常數(shù)，晶粒直徑。同時(shí)，晶粒尺寸與材料的塑性和韌性有著密切的關(guān)系，Petch根據(jù)斷裂應(yīng)力與晶粒直徑的關(guān)系：α和β為常數(shù)，隨著晶粒尺寸的逐步變小，屈服強(qiáng)度提高，韌轉(zhuǎn)變溫度降低。研究工作表明：微米、亞微米級(jí)的鋼鐵材料，其強(qiáng)度和晶粒度仍服從Hall-Petch公式。材料從傳統(tǒng)的細(xì)晶（10mm或稍大）細(xì)化到1mm，其強(qiáng)度可提高l倍以上，并使鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度下降到200℃以下，顯著地改善了鋼的韌性。Takakic6及其合作者的研究指出，具有低碳貝氏體或針狀鐵素體的低（微）合金鋼若顯微組織細(xì)化至2mm以下，強(qiáng)度就能翻番。因此超細(xì)晶鋼是將目前細(xì)晶鋼的基體組織細(xì)化至微米及亞微米數(shù)量級(jí)。微米及亞微米組織的性能特征。
2.分析高強(qiáng)度低合金鋼的晶粒細(xì)化技術(shù)及其研究現(xiàn)狀
細(xì)化晶粒是控制金屬材料組織結(jié)構(gòu)的最重要、最基本的方法。目前，獲得細(xì)晶粒的方法有利用相變和再結(jié)晶的熱處理（或形變熱處理），鋼液超速冷卻，機(jī)械合金化，超細(xì)粒子燒結(jié)和非晶體結(jié)晶等。形變熱處理對(duì)晶粒細(xì)化極為有效，已以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模獲得了具有小于或等于超細(xì)晶組織的成塊材料。下面介紹幾種重要的細(xì)化晶粒技術(shù)。
 
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