第一篇：先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)的進(jìn)展

先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)的進(jìn)展

鋼鐵研究總院先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)國家工程研究中心董瀚

摘要：鋼鐵材料是不斷發(fā)展的先進(jìn)材料，它依然是本世紀(jì)的主要結(jié)構(gòu)材料。先進(jìn)鋼鐵材料具有環(huán)境友好、性能優(yōu)良、資源節(jié)約、成本低廉的特征。本文從鋼鐵材料理論進(jìn)展出發(fā)，評述微合金化鋼、超細(xì)晶粒鋼、氮合金化不銹鋼、高質(zhì)量特殊鋼、鋼材組織性能預(yù)報(bào)和材料信息化技術(shù)等重要的先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)、微合金化鋼、超細(xì)晶粒鋼、氮合金化不銹鋼、高質(zhì)量特殊鋼、鋼材組織性能預(yù)報(bào)

WTHZRecent Progress in Advanced Steel TechnologiesWT(Yong GAN and Han DONG

Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China

National Engineering Research Center for Advanced Steel Technology, China)WTHZAbstractWTSteel is generally believed to be as one of the dominant structural materials in the 21st century due to its environmental benign, high performance, resource saving and low cost characteristics.The paper overviewed the newly developments in advanced steel technology.It was stressed on the important progresses of microalloyed steel, ultrafine grained steel, nitrogen alloyed stainless steel, high quality specialty steel, process modeling and steel database technology.WTHZKeywordsWTadvanced steel technology, microalloyed steel, ultrafine grained steel, nitrogen alloyed stainless steel, high quality steel, process modeling, steel databaseWT

一、引言

鋼鐵材料具有資源相對豐富、生產(chǎn)規(guī)模龐大、加工制造容易、性能多樣可靠、成本低廉穩(wěn)定、使用便利習(xí)慣和回收利用方便等特點(diǎn)，是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工業(yè)設(shè)備制造和人民日常生活中廣泛使用的材料。目前和可預(yù)見的未來還沒有任何材料能夠全面取代鋼鐵材料，鋼鐵材料仍然是占據(jù)主導(dǎo)地位的結(jié)構(gòu)材料，是社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。

經(jīng)過人類不懈的努力積累和創(chuàng)造，在鋼鐵材料科學(xué)和技術(shù)上取得了巨大的進(jìn)步。鋼鐵材料的宏觀性能和微觀組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系已逐漸清楚，可運(yùn)用量子力學(xué)理論解釋鋼鐵材料的某些宏觀行為。人們逐漸地可以從理論出發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)鋼鐵材料。鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐復(fù)吹、超高功率電爐冶煉、爐外精煉、中間包冶金、連鑄、控軋控冷、微合金化等迅速進(jìn)步的冶金生產(chǎn)工藝技術(shù)為鋼鐵材料的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。而計(jì)算機(jī)等相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展也為鋼鐵材料設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了先進(jìn)的控制手段?？v觀鋼鐵材料的發(fā)展歷史，歸納當(dāng)前鋼鐵材料精采紛呈的理論和技術(shù)的發(fā)展，人們不難得出一個結(jié)論：基于當(dāng)前的理論和技術(shù)發(fā)展，鋼鐵材料本身在21世紀(jì)還會發(fā)生重要的變革，最終將會導(dǎo)致鋼鐵材料的性能顯著提高，并將對整個社會發(fā)展起巨大的推動作用。先進(jìn)鋼鐵材料的含義是：在環(huán)境性、資源性和經(jīng)濟(jì)性的約束下，采用先進(jìn)制造技術(shù)生產(chǎn)具有高潔凈度、高均勻度、超細(xì)晶粒特征的鋼材，強(qiáng)度和韌度比傳統(tǒng)鋼材提高，鋼材使用壽命增加，滿足21世紀(jì)國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需求。

今天，先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)在鋼鐵生產(chǎn)和應(yīng)用的各個方面，全面和詳盡的述及是不可能的。本文從鋼鐵材料學(xué)科的理論進(jìn)展出發(fā)，結(jié)合市場發(fā)展的需求，論述微合金化鋼、超細(xì)晶粒鋼、氮合金化不銹鋼、高質(zhì)量特殊鋼、鋼材組織性能預(yù)報(bào)和材料信息化技術(shù)等當(dāng)前重要的先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)進(jìn)展。

二、微合金化鋼技術(shù)

在鋼中添加微量（單獨(dú)或復(fù)合加入含量少于0.1%）的合金化元素（釩、鈮、鈦等），形成相對穩(wěn)定的碳化物和氮化物，從而在鋼中產(chǎn)生晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化效果，使屈服強(qiáng)度較碳素鋼和碳錳鋼提高23倍的鋼類稱為微合金化鋼。微合金化元素的作用與熱變形密切相關(guān)。20世紀(jì)5070年代是微合金化鋼的理論和技術(shù)取得重要進(jìn)展的時期［1］。人們將HallPetch關(guān)系式應(yīng)用于描述低碳鋼和微合金鋼的強(qiáng)度與晶粒尺寸的關(guān)系，提出了晶粒細(xì)化不僅有效提高鋼的強(qiáng)度還可提高韌性，特別是改善韌脆轉(zhuǎn)折溫度。觀測到含鈮鋼的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸關(guān)系明顯偏離傳統(tǒng)的HallPetch關(guān)系，并由此發(fā)現(xiàn)在鐵素體中沉淀析出了非常微細(xì)的碳化鈮、氮化鈮或碳氮化鈮沉淀相導(dǎo)致附加強(qiáng)化。這個期間值得提及的重要工作有：第二相阻止晶粒粗化原理的提出及微合金碳氮化物用于控制奧氏體晶粒；微合金碳氮化物在奧氏體中的固溶度積公式及微合金元素的溶解與微合金碳氮化物的沉淀規(guī)律；稀溶體中第二相的Osterwald熟化過程及微合金碳氮化物的粗化規(guī)律；微合金化元素對變形奧氏體再結(jié)晶行為的影響；微合金化鋼的控軋控冷技術(shù)；微合金化鋼中夾雜物對性能的影響規(guī)律和夾雜物改性控制技術(shù)；微合金化鋼中滲碳體或珠光體對性能的影響規(guī)律及低珠光體鋼和針狀鐵素體鋼的研制開發(fā)；微合金化鋼的組織—性能關(guān)系式與微合金化鋼設(shè)計(jì)。標(biāo)志性的國際會議Microalloying'75對這一時期微合金化鋼的研究開發(fā)及生產(chǎn)應(yīng)用工作進(jìn)行了充分的總結(jié)［2］，確立了微合金化鋼的地位和進(jìn)一步發(fā)展的方向，使得微合金化鋼成為重要發(fā)展方向。

20世紀(jì)80年代至今是微合金化鋼產(chǎn)品的迅速發(fā)展時期，特別是90年代后期世界主要鋼鐵生產(chǎn)國相繼制定和實(shí)施新一代鋼鐵材料研發(fā)計(jì)劃，超細(xì)組織、高潔凈度、高均勻度和微合金化是鋼鐵材料的最重要發(fā)展趨勢，微合金化鋼的研發(fā)獲得了更為廣泛的認(rèn)同和重視［3］。這一時期的主要工作有：復(fù)合微合金化原理；微合金碳氮化物的沉淀析出次序；微鈦處理控制奧氏體晶粒尺寸的原理及其應(yīng)用；微合金碳氮化物在鐵素體中的固溶度積公式及其在鐵素體中的沉淀析出強(qiáng)化原理；奧氏體的變形熱處理原理及控軋技術(shù)，特別是控制動態(tài)再結(jié)晶軋制技術(shù)的應(yīng)用；微合金化鋼連鑄連軋生產(chǎn)技術(shù)；微合金化原理的系統(tǒng)理論；無珠光體鋼乃至無間隙原子鋼（IF Steels）；高等級石油管線鋼；變形誘導(dǎo)鐵素體相變（DIFT）技術(shù)與超細(xì)晶粒鋼。

鈦是早期微合金鋼的主要微合金化元素。過去鋼鐵材料標(biāo)準(zhǔn)中均有許多含鈦鋼種，如我國的15MnTi、13MnTi、14MnVTi、20Ti、10Ti等。目前鈦微合金化主要用于微鈦處理（0.02%），利用TiN析出相的高溫穩(wěn)定性來控制奧氏體晶粒長大，改善鋼的韌性和焊接性。釩在鋼中主要起沉淀強(qiáng)化作用，加入量一般小于0.20%。釩微合金化一般不需要采用低溫軋制，因此適合長形材及厚板等品種的開發(fā)。厚鋼板、厚壁H型鋼、微合金非調(diào)質(zhì)鋼等品種由于受軋機(jī)能力、變形量和孔型軋制等條件的限制，難以實(shí)現(xiàn)低溫控軋。采用VN微合金化技術(shù)結(jié)合再結(jié)晶軋制，通過VN在奧氏體中析出誘導(dǎo)鐵素體在奧氏體晶內(nèi)形核，從而細(xì)化組織。鈮在鋼中的主要作用是細(xì)化晶粒、沉淀強(qiáng)化和相變強(qiáng)化。與其它微合金元素相比，鈮對奧氏體再結(jié)晶抑制作用最大。利用鈮的這一特點(diǎn)發(fā)展了傳統(tǒng)控軋工藝（未再結(jié)晶控軋）以細(xì)化晶粒。軋制后未沉淀析出的鈮（固溶鈮）將在鐵素體內(nèi)析出，起沉淀強(qiáng)化作用。另外，固溶鈮還能夠降低Ar3溫度，有助于獲得貝氏體和針狀鐵素體。近年來，鋼鐵研究總院研究了鈮在變形誘導(dǎo)鐵素體相變中的作用機(jī)理，與武鋼和本鋼合作開發(fā)了含鈮高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼，使CuPTiRE和CuPCrNi系兩類應(yīng)用最廣泛的耐大氣腐蝕鋼的屈服強(qiáng)度分別提高到400兆帕和500兆帕以上，與包鋼薄板坯連鑄連軋廠合作開發(fā)了X60管線鋼和汽車大梁鋼。根據(jù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，結(jié)合我國資源，應(yīng)當(dāng)發(fā)展有中國特色的微合金化高強(qiáng)高韌鋼。

三、細(xì)晶粒鋼和超細(xì)晶粒鋼技術(shù)

20世紀(jì)90年代后期以前，工業(yè)化生產(chǎn)的鋼材的晶粒尺寸大多超過10微米。超細(xì)晶粒鋼是當(dāng)今世界鋼鐵材料理論和技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。從20世紀(jì)90年代末開始，日本、韓國、中國和歐盟等國家先后投入力量進(jìn)行超細(xì)晶粒鋼的研發(fā)。日本材料研究院采用低溫大變形和多軸壓下技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室將鐵素體晶粒尺寸細(xì)化到0.51微米［4］。韓國POSCO采用應(yīng)變誘導(dǎo)動態(tài)相變(Strain Induced Dynamic Transformation)技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室軋機(jī)上將CMn鋼和微合金鋼的晶粒尺寸分別細(xì)化到45微米和2微米［5］。我國于1998年啟動了翁宇慶負(fù)責(zé)的973項(xiàng)目“新一代鋼鐵材料的重大基礎(chǔ)研究”，其主要研究內(nèi)容是將目前廣泛應(yīng)用的鐵素體—珠光體鋼的屈服強(qiáng)度提高一倍，即碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服強(qiáng)度從200兆帕級提高到400兆帕級，高強(qiáng)度低合金鋼的屈服強(qiáng)度從400兆帕級提高到800兆帕級。我國的研究形成了以變形誘導(dǎo)鐵素體相變?yōu)楹诵牡募?xì)晶?；虺?xì)晶粒形成理論和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)晶?；虺?xì)晶粒鋼的工業(yè)化生產(chǎn)［6，7］。 為實(shí)現(xiàn)超細(xì)晶粒鋼的工業(yè)化生產(chǎn)，日本川崎重工與中山鋼廠采用異步輥軋制（SRDD）、機(jī)架間冷卻和軋后快冷等技術(shù)建設(shè)了一條可低溫大應(yīng)變量變形的專業(yè)化超細(xì)晶粒鋼生產(chǎn)線。采用低溫大應(yīng)變控制軋制技術(shù)可將低碳鋼的鐵素體晶粒尺寸細(xì)化至3微米，屈服強(qiáng)度提高到500兆帕。日本新日鐵公司采用“先進(jìn)TMCP工藝”進(jìn)行表層超細(xì)晶粒厚鋼板的生產(chǎn)。該工藝將變形、道次間加速冷卻、終軋后加速冷卻及軋制過程中變形熱控制等技術(shù)結(jié)合，故稱為“復(fù)雜TMCPs”技術(shù)。利用該技術(shù)，新日鐵公司已生產(chǎn)出厚度為25毫米、表層鐵素體晶粒尺寸2微米，深度達(dá)4毫米的表層超細(xì)晶粒鋼板。該鋼具有較高的強(qiáng)度、韌性和良好的抗疲勞和斷裂等性能。

我國在開展新一代鋼鐵材料的基礎(chǔ)理論研究工作的同時也安排了超細(xì)晶粒鋼的工業(yè)化試制。其中重點(diǎn)安排了碳素超細(xì)晶粒鋼扁平材和長型材的工業(yè)化試制。在長型材研發(fā)方面，利用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235化學(xué)成分，通過有效的工藝控制，鋼的組織可細(xì)化至5微米左右，開發(fā)的帶肋鋼筋的屈服強(qiáng)度達(dá)到了400兆帕級，滿足GB14991998標(biāo)準(zhǔn)的熱軋帶肋鋼筋要求。在扁平材研發(fā)方面，寶鋼與東北大學(xué)采對CMn鋼利用低溫軋制、加速冷卻和低溫卷取等技術(shù)，獲得了鐵素體晶粒尺寸約為5微米左右的鐵素體—珠光體—貝氏體鋼。鋼板的屈服強(qiáng)度達(dá)到400兆帕級，同時具有良好的成形性能，已應(yīng)用于一汽汽車大梁。攀鋼和武鋼與鋼鐵研究總院采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分，利用控制軋制、道次間加速冷卻和軋后控冷等技術(shù)，獲得了鐵素體晶粒尺寸約為45微米的鐵素體—珠光體鋼［8，9］。鋼板的屈服強(qiáng)度也達(dá)到了400兆帕級，鋼板成形性能優(yōu)異，已開始批量應(yīng)用于東風(fēng)汽車大梁。變形誘導(dǎo)鐵素體相變現(xiàn)象和理論

變形誘導(dǎo)鐵素體相變是指在鋼的Ae3溫度附近施加變形，變形中奧氏體能量升高，穩(wěn)定性降低，從而導(dǎo)致相變。由于相變是在變形過程中，而不是在變形之后的冷卻過程中發(fā)生的，因而又被稱為動態(tài)相變。這種相變之所以引起人們的關(guān)注，一方面是因?yàn)樗軌颢@得超細(xì)晶粒，另一方面是因?yàn)樗哂休^好的工業(yè)化前景。

變形誘導(dǎo)鐵素體相變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)始于20世紀(jì)7080年代，當(dāng)時稱為應(yīng)變誘導(dǎo)/強(qiáng)化鐵素體相變（SIFT/SEFT）。Yada等人較早系統(tǒng)地考察了這一現(xiàn)象：通過在1073K單道次變形或多道次連

續(xù)變形，可將0.111.0%Mn鋼的鐵素體晶粒細(xì)化至1(3微米。鐵素體數(shù)量隨變形道次的增加而逐漸增多，同時晶粒尺寸逐步減小，表明鐵素體發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶。采用原位X線衍射技術(shù)證實(shí)了SIFT的存在。同時發(fā)現(xiàn)，相變可在鋼的平衡相變溫度以上發(fā)生，提高應(yīng)變速率有利于SIFT進(jìn)行。綜合各種試驗(yàn)結(jié)果（組織觀察、微區(qū)成分測定和應(yīng)變應(yīng)變曲線），Yada等認(rèn)為SIFT是一個不涉及原子長程擴(kuò)散的塊狀轉(zhuǎn)變。DIFT相變的機(jī)制有待深入的研究。

在系統(tǒng)地研究溫度、應(yīng)變、應(yīng)變速率影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，我們提出了以變形誘導(dǎo)鐵素體相變(Deformation Induced Ferrite TransformationDIFT)作為描述這一現(xiàn)象的名詞［10］。在實(shí)驗(yàn)室軋機(jī)上成功地實(shí)現(xiàn)了微合金鋼DIFT軋制，并獲得超細(xì)晶組織。通過1093K三道次變形誘導(dǎo)鐵素體相變軋制，將低碳微合金鋼0.09C0.29Si1.42Mn0.045Nb0.008Ti(wt%)的鐵素體晶粒細(xì)化到0.92微米，屈服強(qiáng)度達(dá)到630兆帕。隨著總壓下量的增大，DIFT鐵素體的體積分?jǐn)?shù)增加，鐵素體晶粒平均尺寸略有下降。DIFT后卷取使鋼帶的超細(xì)晶粒組織均勻，但是強(qiáng)度下降。固溶鈮不利于DIFT，析出鈮可促進(jìn)DIFT，而且還可以阻止鐵素體晶粒的長大。

四、氮合金化不銹鋼技術(shù) 鎳是當(dāng)前多數(shù)不銹鋼的主要合金化元素，不銹鋼生產(chǎn)的快速增長導(dǎo)致了鎳的緊缺。應(yīng)用氮合金化可以替代不銹鋼的鎳元素，降低成本，提高性能。從20世紀(jì)20年代開始，人們發(fā)現(xiàn)在不銹鋼中氮可以提高強(qiáng)度，后來又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其對鋼的耐蝕性能有益。但氮作為合金化元素使用的最早報(bào)道是在1938年。阻礙氮作為合金元素使用的主要因素主要是氮的加入問題。在大氣壓強(qiáng)下氮在鋼中的溶解度低，加入困難。20世紀(jì)50年代，由于當(dāng)時鎳的缺乏，促使了人們對鉻鎳錳氮和鉻錳氮奧氏體不銹鋼的研究。結(jié)果誕生了200系列的CrMnNiN不銹鋼，氮含量大多在0.10%～0.25%范圍內(nèi)。60年代由于AOD爐外精煉技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，使得氮的加入和控制問題得到了一定程度的解決。人們已認(rèn)識到氮在顯著提高不銹鋼力學(xué)性能的同時，還提高鋼的耐腐蝕性能，特別是耐局部腐蝕性能如耐晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕等。

隨著加壓冶金技術(shù)的發(fā)展，氮可以較大含量固溶于鋼中，并因此改善鋼的性能。氮在鋼中的作用再次被人們所廣泛關(guān)注。目前國外已開發(fā)了多種高氮鋼的冶煉技術(shù)，包括等離子冶煉、加壓感應(yīng)爐冶煉、加壓電渣重熔冶煉、粉末冶金以及利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)合金設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的常壓下高氮鋼的冶煉等。德國、奧地利、保加利亞等工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用高氮鋼。目前工業(yè)化應(yīng)用的最大加壓電渣爐已達(dá)20噸，最大工作壓力達(dá)6兆帕，在奧氏體不銹鋼中最高氮的加入量可達(dá)2.1%。

作為固溶元素，碳和氮均以間隙固溶的方式在鐵素體（體心立方）的八面體和奧氏體（面心立方）的四面體中存在。當(dāng)元素含量超過溶解度積后，碳和氮以化合物的形式析出。碳在鐵素體和奧氏體中的析出規(guī)律已得到比較系統(tǒng)的研究，而氮由于在常規(guī)冶金條件下溶解度的限制，目前的研究還遠(yuǎn)沒有系統(tǒng)化。氮在奧氏體不銹鋼中含量的提高將極大地提高碳在奧氏體中的溶解度，氮和碳之間的這種交互作用可以促進(jìn)碳在奧氏體不銹鋼中的應(yīng)用［11］。體心立方結(jié)構(gòu)的鋼中韌脆轉(zhuǎn)變機(jī)制已明了，但提高氮含量而導(dǎo)致的面心立方的奧氏體不銹鋼出現(xiàn)韌脆轉(zhuǎn)變機(jī)理尚不明了。

氮合金化不銹鋼發(fā)展的主要趨勢有：①高強(qiáng)高韌鋼。此類鋼主要利用氮對鋼力學(xué)性能的貢獻(xiàn)，通過適當(dāng)?shù)囊苯鸸に嚭颓‘?dāng)?shù)暮辖鹪O(shè)計(jì)，將氮固溶于鋼中，從而研制出超高強(qiáng)度、超高韌性的不銹鋼。已經(jīng)研究出固溶狀態(tài)下屈服強(qiáng)度超過2000兆帕，冷變形狀態(tài)下強(qiáng)度超過3600兆帕的超高強(qiáng)度鋼。②以耐蝕性能為主的綜合性能優(yōu)異的不銹鋼。此類鋼主要利用氮對鋼的耐蝕性能的貢獻(xiàn)，并兼顧氮在力學(xué)性能上的影響，針對特殊的服役環(huán)境，研究出一系列新型超級不銹鋼。③以節(jié)約資源、降低成本為主要目的的經(jīng)濟(jì)型不銹鋼。此類鋼利用氮對鋼組織的影響，部分或全部替代貴重金屬鎳，使得鋼在較低的原料成本下仍保持奧氏體組織，從而在性能上兼顧奧氏體鋼的特點(diǎn)和氮對鋼性能的作用。

我們正在開展氮合金化不銹鋼的研究工作，其中有：高潔凈度和高均勻度的氮含量控制在0.08%～0.12%的核級控氮304不銹鋼，其耐蝕性能優(yōu)于304不銹鋼；高潔凈度和高均勻度的氮含量控制在0.06%～0.12%的核級控氮316不銹鋼，其耐蝕性能優(yōu)于316不銹鋼；氮含量0.35%～0.46%的含氮奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能［12］；已工業(yè)化試生產(chǎn)出氮含量達(dá)0.6%的高氮奧氏體不銹鋼，擬作為鋼筋應(yīng)用于耐腐蝕鋼筋建筑。

五、高質(zhì)量特殊鋼技術(shù) 特殊鋼在線軟化退火處理

為了便于機(jī)械加工，按照傳統(tǒng)冶金生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)出的特殊鋼材，如冷鐓鋼、軸承鋼、齒輪鋼、彈簧鋼、合結(jié)鋼和碳結(jié)鋼等需要先進(jìn)行軟化退火處理。利用軋制熱進(jìn)行在線軟化退火處理，不需要離線重新加熱，節(jié)能降耗效果顯著。目前，許多國家相繼開展了特殊鋼的在線軟化處理技術(shù)的研發(fā)，主要以高碳GCr15軸承鋼的控軋控冷和在線球化退火處理為主，而對于中碳鋼和中碳合結(jié)鋼的研究工作有限。神戶制鋼第7線材廠在1999年進(jìn)行了改造［13，14］，增加了超重負(fù)荷能力的減定徑機(jī)組，并將輸送線從原先的48米加長到100米，可實(shí)現(xiàn)低溫軋制和較寬溫度范圍內(nèi)的控冷。2001年他們在改造后的線材軋機(jī)上生產(chǎn)出在線軟化的冷鐓鋼盤條。在線軟化處理SCM435線材的強(qiáng)度低于800兆帕，而傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的鋼材強(qiáng)度大于900兆帕。用其進(jìn)行球化退火，在達(dá)到同樣珠光體球化率的情況下，節(jié)省等溫時間45％。所生產(chǎn)的具有微細(xì)組織的S45C鋼線材可實(shí)現(xiàn)快速球化退火。實(shí)現(xiàn)在線軟化退火處理的技術(shù)關(guān)鍵是降低軋制溫度和軋后控冷。對于中碳鋼和中碳合金鋼，結(jié)合軋后控冷，可得到較多體積分?jǐn)?shù)的細(xì)鐵素體＋球化或退化的珠光體的組織，其硬度較常規(guī)線材降低，斷面收縮率提高，冷加工性能提高。傳統(tǒng)高速線材軋機(jī)難以實(shí)現(xiàn)在線軟化退化的主要原因是不能夠進(jìn)行低溫大變形量軋制。

目前高速棒線材軋機(jī)多為20世紀(jì)8090年代所建，多數(shù)已進(jìn)入更新改造期。其改造的重點(diǎn)是配備能實(shí)現(xiàn)低溫軋制的超重負(fù)荷精軋機(jī)組，使其具有控軋的生產(chǎn)能力。對Steor控冷線進(jìn)行設(shè)備改造和加長，更容易地實(shí)現(xiàn)控冷。特殊鋼線材的在線軟化處理屬正在發(fā)展中的技術(shù)。我們正在對冷鐓鋼的在線軟化處理技術(shù)進(jìn)行研究，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)離線快速球化退火。特殊鋼夾雜物控制技術(shù)

疲勞失效是鋼制機(jī)械零部件的主要失效方式。影響疲勞性能的主要因素包括硬度、夾雜物和表面缺陷。通常改善疲勞性能的方法是減少易成為疲勞破壞源的夾雜物、表面缺陷和脫碳等。當(dāng)采用工藝方法(如對線材或半產(chǎn)品采用車削、磨削等去皮技術(shù))獲得無表面缺陷和脫碳的光亮材后，進(jìn)一步改善疲勞性能就需要控制雜質(zhì)元素和夾雜物。

針對起源于非金屬夾雜物的“魚眼”型疲勞斷裂，應(yīng)控制鋼中的非金屬夾雜物使其無害化來提高的疲勞極限。可以降低鋼中氧含量、細(xì)化非金屬夾雜物的尺寸和控制其分布、減少非金屬夾雜物的數(shù)量、對非金屬夾雜物變性處理等。早期的工作側(cè)重于降低鋼中的雜質(zhì)元素（特別是氧含量）來減少非金屬夾雜物的數(shù)量，細(xì)化非金屬夾雜物。日本大同特殊鋼研究了采用ULO(超低氧)、ULO+UL〃TiN(超低氧+超低TiN)和VI+VAC(真空感應(yīng)+真空重熔)等工藝生產(chǎn)汽車懸掛和氣門彈簧用鋼SUP6、SUP7及SUP12。鋼中氧含量小于0.0011%，比常規(guī)RH脫氣處理的0.0021%～0.0033%大幅度下降，從而使夾雜物數(shù)量和尺寸較RH脫氣法顯著降低。由于減少了B型和C型夾雜物，ULO鋼的疲勞極限提高約100兆帕。采用ULO法冶煉的SUP6和SUP7鋼的疲勞極限與SUP12鋼處于相同水平。高純凈度ULO+UL〃TiN鋼的疲勞極限顯著提高，與VI+VAR鋼的疲勞極限相近。ULO鋼中的Al2O3和TiN夾雜物的尺寸明顯小于常規(guī)處理鋼中的夾雜物尺寸。在ULO+UL〃TiN鋼的疲勞源上夾雜物出現(xiàn)的幾率減少，成為疲勞源的夾雜物尺寸變小，而在VI+VAR鋼的疲勞源處未觀察到夾雜物。 由于不可能無限制地降低鋼中夾雜物含量，并考慮到生產(chǎn)成本的要求，需要將降低鋼中夾雜物含量變?yōu)槭箠A雜物無害化?？刂茒A雜物的成分在鈣斜長石和假硅灰石之間的共晶成分，可降低熔點(diǎn)和使其軟化。在熱軋時可使夾雜物產(chǎn)生塑性變形而使其尺寸減小。夾雜物硬度與基體硬度相當(dāng)可減輕夾雜物周圍的應(yīng)力集中。同時控制夾雜物數(shù)量和形態(tài)夠明顯提高彈簧鋼的疲勞壽命。

目前的疲勞數(shù)據(jù)源自107周次以下的循環(huán)載荷試驗(yàn)。然而許多發(fā)動機(jī)、汽車承力運(yùn)動、鐵路車輪和軌道等部件需要承受108～1012周次的循環(huán)載荷而不發(fā)生斷裂。在過去幾年中，對于通常認(rèn)為存在疲勞極限的高強(qiáng)度鋼，仍有部件和結(jié)構(gòu)在更高循環(huán)周次下發(fā)生疲勞斷裂。這就需要研究高循環(huán)周次下疲勞斷裂的現(xiàn)象和機(jī)制。

六、鋼材組織性能預(yù)報(bào)和材料信息化技術(shù)長期以來，鋼材加工工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)控制大多建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上。近年來，隨著物理金屬學(xué)理論和計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，人們研發(fā)了鋼材加工過程模擬技術(shù)。近二十年來，過程模擬技術(shù)已經(jīng)逐漸從對產(chǎn)品尺寸和表面質(zhì)量控制延伸到了對生產(chǎn)過程中的組織演變模擬和產(chǎn)品的組織性能預(yù)報(bào)和控制。近年來，世界各國的學(xué)者開發(fā)了鋼材組織性能預(yù)報(bào)和控制系統(tǒng)，如MM，SLIMMER，VAIQ Strip，METMODEL，STRIPCAM等。有的作為離線的模擬工具軟件，有的已經(jīng)應(yīng)用到了熱軋生產(chǎn)線上。組織性能預(yù)報(bào)技術(shù)的關(guān)鍵是建立鋼材加工過程的定量模型。目前階段組織性能預(yù)報(bào)技術(shù)以扁平材和長型材生產(chǎn)為主，可以延伸到管材生產(chǎn)。所涉及的鋼種主要是CMn鋼和部分高強(qiáng)度低合金鋼。鋼鐵研究總院結(jié)合珠鋼CSP生產(chǎn)線和寶鋼厚板坯熱連軋帶鋼生產(chǎn)線，已初步開發(fā)了系統(tǒng)模擬預(yù)測模型，有關(guān)組織演變、變形和傳熱機(jī)理的定量模型的進(jìn)一步驗(yàn)證和優(yōu)化在進(jìn)行之中。

各工業(yè)國家重視材料數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。美國是世界上數(shù)據(jù)庫工作最活躍的國家，僅材料數(shù)據(jù)庫就有幾百個。美國國家標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括了數(shù)十個各類數(shù)據(jù)庫，其中有材料力學(xué)性能、金屬彈性性能、金屬擴(kuò)散、材料腐蝕、材料摩擦磨損、合金相圖等材料數(shù)據(jù)庫。西歐和日本等國也在加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，德國卡爾斯魯厄的科技信息中心，設(shè)有一個龐大的科技信息網(wǎng)絡(luò)，是歐洲的大型數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括100多個數(shù)據(jù)庫，主要涉及材料、物理、化等領(lǐng)域，如材料性能數(shù)據(jù)庫，金屬性能數(shù)據(jù)庫等。日本的數(shù)據(jù)庫建設(shè)起步較晚，多數(shù)開始于20世紀(jì)80年代初，目前已建起的各類數(shù)據(jù)庫1000多個。目前各國先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫已經(jīng)互通聯(lián)網(wǎng)，提供聯(lián)機(jī)檢索。

我國材料數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究開始于20世紀(jì)80年代初期，目前有清華大學(xué)等建立的新材料數(shù)據(jù)系統(tǒng)庫、北京科技大學(xué)等建立的材料腐蝕數(shù)據(jù)庫、北京航空材料研究院建立的航空材料數(shù)據(jù)庫、鋼鐵研究總院建立的合金鋼數(shù)據(jù)庫和軍工鋼材數(shù)據(jù)庫等。我國的材料數(shù)據(jù)庫數(shù)量比較少，在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上目前很少有國內(nèi)擁有的可以公開查詢的數(shù)據(jù)庫。

鋼鐵生產(chǎn)流程中的組織性能預(yù)報(bào)技術(shù)和信息化數(shù)據(jù)庫技術(shù)都屬于目前和今后的行業(yè)關(guān)鍵性共性技術(shù)，隨著企業(yè)和整個社會對信息化技術(shù)的重要性認(rèn)識程度加深和實(shí)際需求，上述技術(shù)必將有廣闊的應(yīng)用前景。

七、結(jié)語

必須看到，鋼鐵材料是一類不斷發(fā)展的先進(jìn)材科。無論是品種還是質(zhì)量，21世紀(jì)的鋼鐵材料已經(jīng)完全不同于從前的鋼鐵材料。伴隨著需求變化和相關(guān)技術(shù)進(jìn)展，21世紀(jì)的鋼鐵材料將會以質(zhì)量高和多樣化的面貌出現(xiàn)在人類面前。為了適應(yīng)未來的社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，應(yīng)不斷地運(yùn)用新技術(shù)、新工藝和新裝備，研發(fā)出環(huán)境友好、性能優(yōu)良、資源節(jié)約、成本低廉的先進(jìn)鋼鐵材料與相關(guān)信息化技術(shù)。

致謝作者的同事劉正東、劉清友、雍歧龍、蘇杰、楊才福和楊忠民等教授級高工、惠衛(wèi)軍、孫新軍、蘇航和榮凡等高工近年來從事先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)的研發(fā)，對本文的撰寫提供了幫助，籍此致以衷心的感謝。參考文獻(xiàn)

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第二篇：航空發(fā)動機(jī)先進(jìn)材料高性能零部件制造技術(shù)進(jìn)展

過去10多年中，IHPTET 等研究計(jì)劃將低涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的推重比逐步提高了60％以上，達(dá)到了10:1，而ADVENT 計(jì)劃還在進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)變循環(huán)發(fā)動機(jī)技術(shù)的跨越；商用大推力大涵道比航空發(fā)動機(jī)也在控制油耗、改進(jìn)效率、降低噪聲、提高安全可靠性、削減研制生產(chǎn)成本等多個方面取得了重要進(jìn)步。主要的航空發(fā)動機(jī)制造商——通用電氣（GE）、羅爾斯·羅伊斯、普惠和賽峰等所取得的這些重大成就都與其在航空發(fā)動機(jī)先進(jìn)加工制造技術(shù)中的不斷進(jìn)步密不可分。GE9X、GEnx、LEAP、Trent 1000 及PW8000 等新型航空發(fā)動機(jī)的試驗(yàn)研究和研制經(jīng)歷都表明，具有很高機(jī)械物理性能的新材料零部件的可加工性、可生產(chǎn)性的改善及其工程化應(yīng)用，是航空發(fā)動機(jī)從機(jī)體結(jié)構(gòu)減重和渦輪工作溫度增高兩方面提升性能，改進(jìn)效率，取得持續(xù)進(jìn)步的重要推動力。

新型復(fù)合材料風(fēng)扇的加工制造技術(shù) 碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料風(fēng)扇

大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料(CFRP)風(fēng)扇葉片加工制造技術(shù)已經(jīng)日益成熟。如圖1 所示，GE90 系列的大型CFRP 風(fēng)扇葉片約有1.2m 長，經(jīng)過超聲切割技術(shù)精確加工的數(shù)百層碳纖維預(yù)浸料布，進(jìn)行鋪設(shè)后進(jìn)行熱壓制成。風(fēng)扇葉形經(jīng)過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)三元流優(yōu)化設(shè)計(jì)，榫頭到葉尖的厚度逐步從10cm 降低到0.6cm，并采用鈦合金（后改為合金鋼提高強(qiáng)度）包邊增強(qiáng)的方式，重量也僅有22.7kg。此類經(jīng)過氣動優(yōu)化、大尺寸、少葉數(shù)的風(fēng)扇已經(jīng)顯示了突出優(yōu)勢，GE90-115B的風(fēng)扇葉片有22 個，GEnx降低到18 個，而GE9X又降低到了16 個，既擴(kuò)大了涵道比、增大了空氣流量，又減少了風(fēng)扇系統(tǒng)的重量。由于通過外涵道排出空氣所形成的推力占據(jù)了商用發(fā)動機(jī)總推力的70%~90%，因此，增大空氣流量、減少風(fēng)扇系統(tǒng)的重量，會帶來更好的燃油效率。例如，GE公司指出GE90-115B 僅此就提高了約1.5% 的燃油效率[1]。CFM 公司LEAP 發(fā)動機(jī)的直徑約3m，共用了18 個總重量為76kg 的CFRP 葉片，相比之下，CFM56 則有36 個總重高達(dá)150kg的鈦合金葉片。新的碳纖維三維編織/ 樹脂傳遞模塑成形（RTM）制造工藝可以進(jìn)一步提高風(fēng)扇葉片的強(qiáng)度，因此，新一代GEnx及LEAP 發(fā)動機(jī)上都將采用這一技術(shù)制造風(fēng)扇葉片。斯奈克瑪公司為LEAP 發(fā)動機(jī)CFRP 風(fēng)扇葉片開發(fā)的碳纖維三維編織/RTM 制造工藝中，長度以千米計(jì)的碳纖維進(jìn)行三維編織后經(jīng)超聲加工方法制成預(yù)制體，再在專門開發(fā)的RTM 模具中注射樹脂并進(jìn)行熱壓固化制成葉片（圖2）。葉片的成型過程需要24h，然后再進(jìn)行鈦合金包邊并完成LEAP 發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片的最終加工[2]。不過，普惠等公司開展的一些試驗(yàn)也表明，為保證零件強(qiáng)度——例如防鳥撞，CFRP 材料風(fēng)扇葉片要做的比傳統(tǒng)鈦合金葉片相對厚一些，這會降低發(fā)動機(jī)的氣動性能。因此，在直徑較小的發(fā)動機(jī)上采用超塑成形/ 擴(kuò)散連接（SFP/DB）工藝制成風(fēng)扇葉片的優(yōu)勢仍然存在。這樣，風(fēng)扇葉片可以做的較薄、強(qiáng)度夠、氣動性能也好。CFM 也在進(jìn)一步將碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料（CFRP）制作的風(fēng)扇機(jī)匣在LEAP 發(fā)動機(jī)上進(jìn)行測試。2 金屬基/ 陶瓷基復(fù)合材料風(fēng)扇

金屬基/ 陶瓷基復(fù)合材料（MMC/CMC）風(fēng)扇的研發(fā)也一直在深入開展。MMC/CMC 材料比CFRP 具有更好的強(qiáng)度、剛度以及高溫性能，因此，在發(fā)動機(jī)上多種類型的零件都有較好的應(yīng)用前景。GE 公司在GE9X 的技術(shù)驗(yàn)證評估中認(rèn)定，CMC 材料輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)使得他們能夠在與現(xiàn)有GE90 的CFRP 風(fēng)扇葉片相同強(qiáng)度的情況下，可以做得更薄，并減少到16 個風(fēng)扇葉片，這有望將發(fā)動機(jī)效率提高10%。羅爾斯· 羅伊斯公司也在一個名為UltraFanTM的項(xiàng)目中對新型C/Ti 復(fù)合材料葉片進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)劃在未來一代大型發(fā)動機(jī)上替換SPF/DB 鈦合金風(fēng)扇葉片。他們預(yù)期，如果未來將風(fēng)扇及機(jī)匣都替換為此類C/Ti 復(fù)合材料，將有望使發(fā)動機(jī)減重700kg。3 新型復(fù)合材料風(fēng)扇的零部件加工制造工藝 如何進(jìn)一步提高新型復(fù)合材料的可加工性，以穩(wěn)定的工藝方法確保表面完整性并降低零件的疲勞破壞概率，仍然是夯實(shí)航空發(fā)動機(jī)新型復(fù)合材料工程應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。由于復(fù)合材料的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)較常用合金材料要特殊得多，其組成成分構(gòu)成比較復(fù)雜，相對于基體材料，增強(qiáng)相（纖維或者顆粒增強(qiáng)體）的硬脆性高、可加工性普遍很低；運(yùn)用傳統(tǒng)車銑等加工方法時，切削力不穩(wěn)定、刀具磨損太快、表面完整性差，有時候還會導(dǎo)致纖維和基體結(jié)合面上發(fā)生纖維拉出、脫開等損壞。近年來，非傳統(tǒng)加工方法在CFRP 零件加工上的應(yīng)用取得了明顯的效果，如圖3、4 所示。超聲切割、激光切割等方法已經(jīng)成為碳纖維預(yù)制體加工中的重要手段，而水射流加工（包括高壓水加工、磨料水射流（AWJ）加工等）在CFRP工件的材料去除上有更好的成本效益，旋轉(zhuǎn)超聲加工(RUM)則在CFRP/Ti 合金的疊層結(jié)構(gòu)制孔上比較有優(yōu)勢。因此，近年來CFRP 零件在風(fēng)扇等冷端零部件上的應(yīng)用與其加工制造工藝的逐漸穩(wěn)定成熟有直接的關(guān)系。不過對于金屬基/ 陶瓷基復(fù)合材料（MMC/CMC）而言，其工程性能更高，但是，制成工藝也更難。MMC/CMC 零件制成工藝的穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步提高，以SiC復(fù)合材料為例，盡管已經(jīng)開展了多年的密集試驗(yàn)研究及驗(yàn)證測試，如何克服硬脆特性，實(shí)現(xiàn)高表面完整性和精度的加工，還是擺在其加工機(jī)理研究中的一個核心問題。鈦合金壓氣部件的加工制造技術(shù) 鈦合金的精密高效加工技術(shù)

鈦合金材料在航空發(fā)動機(jī)中有極其廣泛的應(yīng)用，特別是用以生產(chǎn)壓氣機(jī)等冷端零部件或結(jié)構(gòu)件。其中，中等強(qiáng)度高損傷容限型鈦合金Ti-6Al-4V 因在耐熱、強(qiáng)韌、耐腐蝕、抗疲勞及可加工性方面具有較好的綜合性能而占據(jù)主體地位。Ti-6Al-4V 材料零件加工制造技術(shù)在歐美發(fā)達(dá)國家、俄羅斯及我國都經(jīng)過了幾十年的研究及廣泛應(yīng)用，當(dāng)前技術(shù)研究重點(diǎn)集中于如何高效率地實(shí)現(xiàn)高精度、高表面完整性和高性價比的鈦合金零件加工，如圖5 所示。新一代的刀具，如超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金刀具、無粘結(jié)劑微晶粒立方氮化硼（CBN）刀具等的技術(shù)驗(yàn)證研究都表明：通過合理采用切削參數(shù)，如微晶粒CBN刀具加工試驗(yàn)中選擇切削速度約為400m/min，進(jìn)給速度約為0.01mm/r，能夠?qū)⑩伜辖鸬那邢餍曙@著提高，并實(shí)現(xiàn)更高的刀具壽命[3]。當(dāng)然，對于鈦合金高速切削加工技術(shù)仍有待深入探索，例如，表面氧化、燒傷及不合理的殘余應(yīng)力等影響表面完整性的情況對切削工藝條件，包括主要加工參數(shù)、切削液等，都非常敏感。能否發(fā)展少或者無冷卻液的加工技術(shù)，如何實(shí)現(xiàn)高速切削又少磨損等成為研究的重點(diǎn)。無余量精密鍛造壓氣葉片的加工制造技術(shù)

無余量精密鍛造轉(zhuǎn)子葉片技術(shù)也是航空發(fā)動機(jī)鈦合金零件制造及應(yīng)用的重要發(fā)展趨勢之一。通過無余量精密鍛造工藝直接形成葉片的復(fù)雜曲面，能大幅度改善葉身在高溫、高壓及高速旋轉(zhuǎn)條件下的抗疲勞性能和有效工作壽命，如圖6 所示。當(dāng)然，鈦合金轉(zhuǎn)子葉片的無余量精密鍛造工藝要遠(yuǎn)比普通的模鍛技術(shù)復(fù)雜，成本也要高出數(shù)倍以上。同時，此類葉片的榫頭部分的精密加工是一項(xiàng)技術(shù)難題。由于葉身所具有的自由曲面及薄壁特性，以無余量成形的薄壁曲面葉身為零件的定位夾緊、加工測量基準(zhǔn)時，容易出現(xiàn)過大的偏差及變形，精度不易保證。傳統(tǒng)上用于無余量精密成形葉片加工的方法是使用低熔點(diǎn)合金澆注方式形成過渡基準(zhǔn)，把葉身曲面點(diǎn)定位轉(zhuǎn)換成規(guī)則的面定位，再進(jìn)行加工。但這種工藝存在非常明顯的缺陷，包括基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換與定位誤差擴(kuò)大、加工過程中零件表面污染、工藝鏈長效率低等。西方先進(jìn)的發(fā)動機(jī)制造企業(yè)已經(jīng)基本淘汰此類技術(shù)，轉(zhuǎn)而應(yīng)用基于多點(diǎn)定位支撐方式、“安裝/ 檢測/ 優(yōu)化”集成控制的自適應(yīng)保形精密加工技術(shù)，通過工裝與機(jī)床刀具之間實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)數(shù)控聯(lián)動，以最大限度地保障加工精度和表面質(zhì)量。3 鈦合金整體葉盤的加工制造技術(shù) 鈦合金整體葉盤制造技術(shù)也是一個極其重要的技術(shù)領(lǐng)域，如圖7 所示。整體葉盤在小尺度緊湊結(jié)構(gòu)的發(fā)動機(jī)上有重要應(yīng)用。例如，小涵道比的EJ 200 發(fā)動機(jī)上就采用了6 個整體葉盤，包括一個帶有大扭轉(zhuǎn)率的寬弦葉形風(fēng)扇葉盤。常用加工方法包括對整體盤坯進(jìn)行銑削加工、電化學(xué)加工（ECM）方法加工等，水射流（WJC）加工方法在葉盤去余量粗加工中也有應(yīng)用（余量可以高達(dá)幾十mm，甚至加工出某些三維輪廓）。對于有更高性能表現(xiàn)的雙性葉盤而言，通過線性摩擦焊（LFW）將葉盤與精密鍛造的葉片進(jìn)行連接，從而形成整體結(jié)構(gòu)，也是一項(xiàng)有重大意義的工藝。表面強(qiáng)化工藝能極大地增強(qiáng)零件抗疲勞、微動磨損及應(yīng)力腐蝕的能力，羅爾斯·羅伊斯公司發(fā)展的激光沖擊噴丸（LSP）強(qiáng)化技術(shù)，通過釹玻璃激光器產(chǎn)生1000MW 峰值功率及百萬磅/平方英尺的壓力波，能在鈦合金葉片表面形成1.0 mm 深的壓應(yīng)力層，大幅度提升葉片的工作性能。熱端部件的新材料應(yīng)用及加工制造技術(shù) 新型伽馬鈦合金零部件

新型伽馬鈦合金（γ-TiAl）如圖8 的二元相圖所示，是一種極其復(fù)雜的金屬間化合物，在耐高溫、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗腐蝕性以及阻燃（抗鈦火）性能上有很好的表現(xiàn)，高溫工作性能與Inconel718 鎳基合金接近，但密度只有其一半。因此，γ-TiAl合金零部件近年來已經(jīng)成為航空發(fā)動機(jī)研制中的熱點(diǎn)之一[4]，逐步在熱端零部件上得到應(yīng)用，例如GE 公司在GEnx-1B 發(fā)動機(jī)上已經(jīng)采用γ-TiAl合金（Ti-48-2-2）制造低壓渦輪的最后兩級葉片[5-6]，如圖9 所示。不過，γ-TiAl合金的金屬延展性、損傷容限都比較低，脆性也大，傳熱性能低也比較黏，可成型性（如鑄造等）及可加工性都較差。相比之下，用它來替換的常用鎳基高溫合金，如Inconel718，則在延性和塑性變形方面工藝性更好，加工工藝也更成熟。因此，γ-TiAl屬于典型的難加工材料。羅爾斯·羅伊斯公司對γ-TiAl合金零件的可加工性、多種加工方法開展了多年的加工制造驗(yàn)證性研究也表明，在銑削、車削、磨削、鉆孔、EDM 以及拋光過程中，加工表面的完整性一直是關(guān)鍵難點(diǎn)之一，加工工藝參數(shù)選擇不當(dāng)會導(dǎo)致零件表面缺陷較多，在較薄結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)崩碎、尖銳邊以及裂紋等問題，刀具的磨損問題也更突出。近幾年，美國礦物、金屬和材料學(xué)會（TMS）也召開數(shù)次γ-TiAl合金技術(shù)的國際學(xué)術(shù)會議，以期望從材料屬性、工藝參數(shù)及加工方法等變化出發(fā)，探索與表面完整性破壞（如表面劃傷、表面燒傷、微裂紋、切屑瘤、殘余應(yīng)力等表面缺陷）之間的內(nèi)在作用與聯(lián)系，并進(jìn)而尋求在γ-TiAl的機(jī)械加工過程中提高疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的方法。2 新型高溫合金零部件

近年推出的ATI718Plus 超級合金也在高溫零部件制造上有很大的應(yīng)用前景。ATI 718Plus 作為一種低成本合金材料，工作溫度較傳統(tǒng)的Inconel718 合金提升了55℃，強(qiáng)度、可制造性等與傳統(tǒng)Inconel718 相似。718Plus 合金制造的熱端零件能夠比Waspaloy及其他類似高溫合金承受更高的強(qiáng)度，可成形性及可加工性、耐磨損性等也相對好些。因此，羅爾斯· 羅伊斯公司已經(jīng)開始在發(fā)動機(jī)上運(yùn)用基于這種更佳性價比材料的轉(zhuǎn)子及靜子部件、緊固件等進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。在關(guān)鍵的單晶超級合金高壓渦輪葉片制造上，國外第二代（如Rene N5、CMSX-

4、PWA1484）、第三代（如Rene N6、CMSX-10）的單晶超級合金經(jīng)過多年發(fā)展，零部件精密鑄造、涂層技術(shù)、加工工藝等已經(jīng)比較穩(wěn)定，如Meyer Tool 公司制造的渦輪導(dǎo)向葉片，能夠達(dá)到± 0.01mm 的加工誤差和R a 0.2 的粗糙度。這在各類主力發(fā)動機(jī)上都得到了廣泛應(yīng)用。GE90 發(fā)動機(jī)上采用的導(dǎo)向葉片是用Rene N5 制造的，在約1500 ℃的渦輪進(jìn)氣溫度（TET）通過了18000 個循環(huán)的耐久測試（近似于6~7 年的商業(yè)化飛行服務(wù)）。各類高性能超級合金材料在GE 發(fā)動機(jī)熱端部件上的綜合運(yùn)用，也將排氣溫度（EGT）提高了約20 ℃。能在長時間高溫度下工作，強(qiáng)度及微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性都比較好的單晶高溫合金ReneN6、MX4[7-8]都在進(jìn)行深度工程驗(yàn)證后也陸續(xù)投入到了發(fā)動機(jī)型號應(yīng)用上。由于單晶合金制成的高壓渦輪葉片要長時間暴露于1300℃以上的高溫氣流之中，因此，不僅需要復(fù)雜的內(nèi)部冷卻氣流通道，還要在表面使用特制的低熱導(dǎo)率熱障涂層(TBCs)。然而，沉積了TBC 涂層之后繼續(xù)精密加工氣膜孔的工作變成了一項(xiàng)極其困難的任務(wù)——既要在極難加工、高硬度、低熱導(dǎo)性TBC 和單晶超級合金基體上制孔，又要保持小孔的表面完整性防止裂紋。GE/Synova公司合作發(fā)展了能夠精密地穿透TBC 材料，加工出高質(zhì)量氣膜孔的Laser MicroJet微孔加工技術(shù)[9]。陶瓷基高溫復(fù)合材料零部件

陶瓷基高溫復(fù)合材料（CMC）的強(qiáng)度、剛度、高溫性能等都非常好，材料密度又較低，在發(fā)動機(jī)熱端零部件上具有極大的研究和應(yīng)用前景。NASA、GE 及PW 公司都注意到了熔滲法制備的碳化硅連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料（Melt Infiltrated SiC/SiC CFCC）制成的零部件具有較好的熱導(dǎo)率、抗熱沖擊、抗蠕變性等，在高溫環(huán)境下對冷卻空氣的需求（比高溫合金材料）更小，未來有極高應(yīng)用潛力[10]。不過由于在1200℃的高溫空氣（含水蒸氣等）下，SiC陶瓷材料存在氧化反應(yīng)，因此，他們發(fā)展了一種環(huán)境阻障涂層(EBC)[11]（圖10），以等離子噴涂技術(shù)在火焰筒內(nèi)層制成了包括125μm 厚的Si 粘結(jié)層、125μm 富鋁紅柱石（Mullite）中間層和125μm 厚的BSAS 表面層。GE公司在GEnx發(fā)動機(jī)的驗(yàn)證試驗(yàn)中測試了包括內(nèi)外火焰筒、第一級高壓渦輪罩殼、第一級導(dǎo)向葉片、第二級導(dǎo)向葉片等零件，這些碳化硅連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料零件在高溫實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)了極高的抗氧化性（如圖11），預(yù)示了將來的巨大應(yīng)用前景。GE、羅爾斯·羅伊斯公司聯(lián)合開展的F136 發(fā)動機(jī)項(xiàng)目上進(jìn)行的技術(shù)試驗(yàn)也表明，SiC顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料制作的低壓渦輪葉片比以前的鎳基合金葉片大幅減重，同時耐高溫性好減少了對冷卻氣體的使用，有望顯著改善發(fā)動機(jī)的推力和使用效率。高溫合金材料的蜂窩結(jié)構(gòu)的使用也有望進(jìn)一步提高渦輪的結(jié)構(gòu)工藝性、降低重量并提高冷卻效率。GE 公司在渦輪導(dǎo)向葉環(huán)上安裝了高溫合金蜂窩結(jié)構(gòu)，在GE、Campbell 合作開展的研究中，能夠用VIT-CBN 砂輪和特制的高壓冷卻液加工蜂窩結(jié)構(gòu)材料，達(dá)到極高的品質(zhì)和公差水平，沒有毛刺和碎屑連接在零件上，從而極大減少了后續(xù)工序，提高生產(chǎn)效率。

結(jié)束語

在航空發(fā)動機(jī)中廣泛使用更高的比強(qiáng)度、高溫性能、性價比等機(jī)械物理性能的CFRP/CMC/MMC 復(fù)合材料、γ-TiAl金屬間化合物及新一代超級合金等材料制成關(guān)鍵零部件，是航空發(fā)動研制與性能提升的重要發(fā)展趨勢。但是，只有經(jīng)過深入地制造工藝探索并在極其嚴(yán)格的技術(shù)驗(yàn)證過程中證明了零部件結(jié)構(gòu)及其工藝方法的可靠性及成本有效性之后，先進(jìn)性能的材料及其零部件的制造工藝才能真正成為航空發(fā)動機(jī)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的助推器。當(dāng)前，我國航空發(fā)動機(jī)先進(jìn)制造技術(shù)既面臨著寶貴的發(fā)展契機(jī)，又承受著巨大的發(fā)展挑戰(zhàn)。深入探索新型高性能材料的基本性質(zhì)、理清零部件制造的工藝特點(diǎn)，從理論本質(zhì)和工程技術(shù)兩個層面掌握零部件先進(jìn)加工制造技術(shù)的內(nèi)涵，是推動我國航空發(fā)動機(jī)先進(jìn)制造

技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步重視將技術(shù)研究成果向工程化生產(chǎn)線凝聚，重視系統(tǒng)性的集成應(yīng)用也是不可或缺的環(huán)節(jié)。例如，德國MTU 公司的工作表明：優(yōu)化整體的工藝鏈并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線工藝集成、功能集成（如將原來的外部非加工工序包括噴丸、檢測等投入在線應(yīng)用），形成良好的工藝組織管理能力，能夠降低55% 的質(zhì)量缺陷和縮短25% 的制造周期。因此，應(yīng)將發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零部件的先進(jìn)加工工藝技術(shù)研究與應(yīng)用作為航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)“強(qiáng)化基礎(chǔ)、提高能力”的一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和工程體系協(xié)作發(fā)展的角度促進(jìn)我國航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零部件先進(jìn)加工制造技術(shù)的跨越發(fā)展。

第三篇：口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)進(jìn)展

口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)前景分析

口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)專業(yè)是培養(yǎng)掌握口腔醫(yī)學(xué)的基本理論和口腔治療技術(shù)與工藝技術(shù)的基本操作技能，從事口腔疾病的治療以及牙齒整復(fù)和整形技術(shù)工作的高級技術(shù)應(yīng)用性專門人才的專業(yè)。此類人才畢業(yè)后一部分于義齒加工廠中從事義齒加工；另一部分則于醫(yī)院從事口腔助手等工作。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?nèi)找嬷匾暱谇坏慕】岛兔烙^，對齒科的需求也越來越高，因此也帶動了齒科行業(yè)的發(fā)展。技工士和牙醫(yī)是口腔行業(yè)的兩大支柱，技工士從事的是嚴(yán)謹(jǐn)和精密的修復(fù)工作，作出一顆或一付成型而且有益于健康的牙齒，因此義齒加工廠和技工士在齒科行業(yè)中是極其重要的一個環(huán)節(jié)。

現(xiàn)在國內(nèi)已有些義齒加工廠技術(shù)水準(zhǔn)和其他綜合指標(biāo)已能得到國外口腔界的認(rèn)可，已能承接國外的義齒加工件。在宏觀的大環(huán)境下，隨著中國加入WTO以及全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加速，同時自身的行業(yè)規(guī)范程度不斷提高，有理由相信中國能成為世界的烤瓷義齒加工中心。

隨著加工行業(yè)在中國的不斷發(fā)展，這個行業(yè)對技工的需求不斷加大。隨著人們對口腔健康和美觀的日益重視，對義齒質(zhì)量的要求不斷提高，這就對技工的制作水平及整體素質(zhì)提出了更高的要求。中國早期的技工一般以“師傅帶徒弟”的傳統(tǒng)帶教方式成長，所以總體技術(shù)水平也普遍偏低。所以，高等院校畢業(yè)的?？迫瞬艧o論是在技術(shù)上還是整體素質(zhì)上要普遍比沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過口腔知識的技工的競爭力強(qiáng)。

國內(nèi)義齒加工的市場化運(yùn)作從九十代初的華南率先開始，至今已發(fā)展了十多年。目前沿海的義齒加工行業(yè)較內(nèi)地的義齒加工發(fā)達(dá)，技術(shù)熟練程度也相對較高，所以國內(nèi)的義齒加工廠主要密集的集中在華東和華南。在中國東部沿海地區(qū)，醫(yī)院一般已不承接義齒加工了，而是轉(zhuǎn)而將其外包給專門的義齒加工廠制作，這是義齒加工行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。因此，義齒加工行業(yè)的發(fā)展前景廣闊，也可說這是一個發(fā)展迅速的新興行業(yè)。隨著，材料和技術(shù)的不斷發(fā)展更新加上義齒加工行業(yè)的整體發(fā)展，誰又能否認(rèn)口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)專業(yè)人才不會成為下一個搶手的“香餑餑”呢？

每年口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)專業(yè)的畢業(yè)生中有很大一部分人選擇在醫(yī)院工作，充當(dāng)醫(yī)生助理或口腔護(hù)士的角色。按照衛(wèi)生部要求，我國醫(yī)院的醫(yī)生和護(hù)士的比例是1：2，重要科室醫(yī)生和護(hù)士的比例應(yīng)是1：4。而目前全國1:0.61的醫(yī)護(hù)比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到衛(wèi)生部的要求，與1:2.7的國際水平相差很大，與發(fā)達(dá)國家1：8.5的比例相差更遠(yuǎn)。因此，口腔助理和護(hù)士的需求量是很大的。

口腔醫(yī)療服務(wù)效益狀況 隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化，城市口腔診所、綜合醫(yī)院口腔科、專業(yè)口腔醫(yī)院這幾年發(fā)展快，分布廣。隨著人們對口腔健康的重視程度日益提高，口腔醫(yī)院接診的病人數(shù)量的不斷增加，接診的病患的病情分類得日趨多樣化，這對醫(yī)院運(yùn)行的效率提出了更高的要求。結(jié)合目前口腔科護(hù)理人才的短缺情況分析，這一行業(yè)的發(fā)展前景是樂觀的。

口腔科的助手和護(hù)士都必須具備熟練的專業(yè)技能和良好的溝通能力?，F(xiàn)代的醫(yī)患關(guān)系是復(fù)雜的，我們充當(dāng)病人與醫(yī)生之間溝通的橋梁，這是我們的職責(zé)之一?？谇豢婆c其他科室的區(qū)別之一就是口腔科每天接診病人多且復(fù)雜，病人流通性強(qiáng)。這就在無意中加強(qiáng)了我們的工作量，這另一方面也反映了溝通工作的重要性。

做一個合格的口腔科助手（護(hù)士）還要具備一定的專業(yè)技能；

口腔科護(hù)士（助手）職責(zé)

一、在門診護(hù)士長的領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行工作。

二、負(fù)責(zé)口腔科開診治療前后的準(zhǔn)備工作。

三、協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行口腔手術(shù)、洗牙、處置等。

四、負(fù)責(zé)口腔科整潔、安靜，維持就診秩序，在診療期間，做好口腔科的衛(wèi)生宣教。

五、按要求做好口腔科消毒隔離工作，防止院內(nèi)感染的發(fā)生。

六、認(rèn)真執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度和技術(shù)操作常規(guī)，嚴(yán)格查對制度，做好交接班，嚴(yán)防差錯事故。

七、負(fù)責(zé)領(lǐng)取、保管科內(nèi)藥物，器械保養(yǎng)口腔治療椅及其他物品。

經(jīng)常觀察口腔科內(nèi)就診病人，發(fā)現(xiàn)異常要立即報(bào)告當(dāng)班醫(yī)生，配合處理。

當(dāng)然其中最重要的是要能配合醫(yī)生完成四手操作，準(zhǔn)備器械等。

現(xiàn)在，口腔技術(shù)的發(fā)展日新月異，無論是設(shè)備還是材料、藥品的更新?lián)Q代的速度都是很快的，這就要求我們必須保持信息的高度暢通，及時查漏補(bǔ)漏，俗話說的好，活到老，學(xué)到老。例如，納米技術(shù)在口腔領(lǐng)域的應(yīng)用：麻醉劑給藥方式的改變、納米技術(shù)與人工牙、納米技術(shù)與充填材料、納米DNA探針等。總之，納米生物技術(shù)的興起，提高了人們對“納米醫(yī)學(xué)”、“納米牙醫(yī)學(xué)”等新理念的理解和認(rèn)知，也為口腔疾病的診斷、治療及材料選用逐步實(shí)現(xiàn)納米化展現(xiàn)了廣闊的美好前景。又如，種植牙技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用。

口腔科的設(shè)備也在不斷發(fā)展更新，例如：無線口腔內(nèi)窺鏡，SD卡口腔內(nèi)窺鏡等。近年來，隨著人們對美觀要求的提高，口腔牙體美容發(fā)展迅速。常見的口腔美容手術(shù)包括：牙齒正畸，牙齒矯正，潔牙洗牙，牙齒美白等。

總而言之，無論是技工方向還是臨床方向，最關(guān)鍵的是要提高自身的專業(yè)素養(yǎng)。口腔行業(yè)的發(fā)展前景是光明的，只要把握機(jī)遇，準(zhǔn)確定位，那么就業(yè)不是問題，更好的發(fā)展只是時間問題。

09口腔1班 41號葉淑燕

第四篇：先進(jìn)鋼鐵材料講義1

第1章

緒論

1.1鋼鐵材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

鋼鐵材料具有資源相對豐富、生產(chǎn)規(guī)模龐大、加工制造容易、性能多樣可靠、成本低廉穩(wěn)定、使用便利習(xí)慣和回收利用方便等特點(diǎn)，是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工業(yè)設(shè)備制造和人民日常生活中廣泛使用的材料。目前和可預(yù)見的未來還沒有任何材料能夠全面取代鋼鐵材料，鋼鐵材料仍然是占據(jù)主導(dǎo)地位的結(jié)構(gòu)材料，是社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。

經(jīng)過人類不懈努力積累和創(chuàng)造，在鋼鐵材料學(xué)和技術(shù)上去的了巨大的進(jìn)步。鋼鐵材料的宏觀性能和微觀組織之間的關(guān)系已逐漸清楚，可運(yùn)用量子力學(xué)理論定量解釋鋼鐵材料的某些宏觀行為。人們逐漸地可以從理論出發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)鋼鐵材料。鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐復(fù)吹、超高功率電爐冶煉、爐外精煉、中間包冶金、連鑄、控軋控冷、微合金化等迅速進(jìn)步的冶金生產(chǎn)工藝技術(shù)又為鋼鐵材料的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。而計(jì)算機(jī)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展也為鋼鐵材料設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了先進(jìn)的控制手段?？v觀鋼鐵材料的發(fā)展歷史，歸納當(dāng)前鋼鐵材料精彩紛呈的理論和技術(shù)的發(fā)展，人們不難得出一個結(jié)論：給予當(dāng)前的理論和技術(shù)發(fā)展，鋼鐵材料本身在21世紀(jì)還會發(fā)生重要變革，最終將會導(dǎo)致鋼鐵材料的性能顯著提高，并將對整個社會發(fā)展起巨大的推動作用。

先進(jìn)鋼鐵材料的含義是：在環(huán)境性、資源性和經(jīng)濟(jì)性的約束下，采用先進(jìn)制造技術(shù)生產(chǎn)具有高潔凈度、高均勻度、超細(xì)晶粒特征的鋼材，強(qiáng)度和韌度比傳統(tǒng)鋼材提高，鋼材使用壽命增加，滿足21世紀(jì)國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需求。

鋼鐵材料是不斷發(fā)展的新材料。盡管鋼鐵材料的產(chǎn)生可以追溯到4000年前，但當(dāng)代的鋼鐵材料的內(nèi)涵與3500年前的鋼鐵材料相比發(fā)生了根本性的變化，與19世紀(jì)后期以Bessemer煉鋼技術(shù)為代表的近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)所生產(chǎn)的鋼鐵材料相比發(fā)生了顯著的變化。在歐洲，目前汽車上應(yīng)用的鋼鐵材料80%均為近10年來所研制開發(fā)生產(chǎn)的新型鋼鐵材料。同時，正是由于鋼鐵材料屬于傳統(tǒng)材料，處于工業(yè)化發(fā)展階段的國家將由于發(fā)展需要而不斷建設(shè)投產(chǎn)形成新的生產(chǎn)能力，而處于后工業(yè)化社會的鋼鐵發(fā)達(dá)國家的過剩生產(chǎn)能力也希望繼續(xù)發(fā)揮主要，因而在鋼鐵材料是生產(chǎn)質(zhì)量和技術(shù)性能方面的競爭將非常激烈。因此，鋼鐵材料是高技術(shù)化是其市場競爭和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的必然發(fā)展趨勢。

此外，目前生產(chǎn)使用的多數(shù)鋼鐵材料的使用性能和技術(shù)指標(biāo)均有待進(jìn)一步提高，絕大多數(shù)鋼鐵材料的潔凈度和均勻度不高，組織控制很難達(dá)到理想目標(biāo)。新世紀(jì)的高層建筑、深層地下和海洋設(shè)施、大跨度重載橋梁、輕型節(jié)能汽車、石油開采和長距離油氣輸送管線、大型儲運(yùn)容器、工程機(jī)械、精密儀器、船舶艦艇、航空航天設(shè)備、兵器裝備、高速鐵路、核工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、水電和火電能源設(shè)施等鋼鐵材料用戶都對鋼鐵材料的使用性能好技術(shù)指標(biāo)提出了更高的要求，需要鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)提供性能高、使用壽命長和成本低的新型鋼鐵材料。另一方面，社會的發(fā)展對鋼鐵的生產(chǎn)、加工、使用和回收等環(huán)節(jié)提出了節(jié)約能源、節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境的要求。因此，經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展也迫切需要先進(jìn)鋼鐵材料。

1.1.1我國鋼鐵材料的現(xiàn)狀

改革開放以來，隨著市場的需求，就我國鋼產(chǎn)量和消費(fèi)量不斷增長。從1996年起，我國鋼產(chǎn)量和消費(fèi)量連續(xù)多年位居世界第一。2006年，我國鋼的年產(chǎn)量達(dá)到了4.2億噸左右，人均鋼產(chǎn)量也超過了世界平均水平，我國生產(chǎn)的鋼鐵材料的數(shù)量和品種規(guī)格已基本上可滿足國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防需求。

同時，我國鋼鐵材料的生產(chǎn)技術(shù)水平也明顯提高，在連鑄連軋技術(shù)、高爐噴吹煤粉技術(shù)、轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)等方面進(jìn)行了深入的自主研制和引進(jìn)消化并二次開發(fā)的工作，達(dá)到或接近了國際先進(jìn)水平，使鋼鐵生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)顯著提高。如連鑄連軋技術(shù)及相關(guān)工藝設(shè)

備獲得快速發(fā)展，由此導(dǎo)致鋼的綜合成材率大幅度提高。我國自主研發(fā)的高爐噴吹煤粉技術(shù)的迅速發(fā)展和大量采用，高爐噸鋼噴煤量提高使得高爐入爐焦比降低。

然而，我國鋼鐵材料的總體技術(shù)水平和生產(chǎn)質(zhì)量水平目前仍處于中等水平，距世界先進(jìn)水平尚有一定差距，特別是高附加值的鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)方面差距更大。目前我國每年仍然從國外進(jìn)口數(shù)千萬噸鋼材，其中多數(shù)進(jìn)口鋼材是國內(nèi)無法生產(chǎn)的高技術(shù)化鋼材。我國目前仍無法穩(wěn)定生產(chǎn)汽車、輸油管線、高層建筑、工程機(jī)械、機(jī)械設(shè)備、化工設(shè)備等先進(jìn)裝備所需要的先進(jìn)鋼鐵材料。

與工業(yè)化國家相比，我國鋼鐵材料高技術(shù)化發(fā)展方面的突出問題是：

（1）鋼鐵材料潔凈度和均勻度需要大幅度提高。鋼鐵材料中的雜質(zhì)元素和夾雜物對其韌塑性、疲勞斷裂性能、表面質(zhì)量有很大的危害，而雜質(zhì)元素、夾雜物和鋼中第二相甚至基體組織的非均勻分布則嚴(yán)重影響鋼材性能的均勻性和等向性。因此，顯著降低鋼中雜質(zhì)元素的含量、嚴(yán)格控制最大夾雜物尺寸、控制和改善夾雜物及大顆粒碳化物或氮化物的形狀與分布、改善和提供鋼中顯微組織的均勻性，對鋼鐵材料性能的提高具有十分重要的作用。

（2）鋼鐵材料長型材與扁平材的比例需要調(diào)整。我國鋼鐵材料目前最大的消費(fèi)量是建筑用鋼（不包括石油管線鋼和鐵道鋼軌），約占鋼材總消費(fèi)量的50%，而建筑用鋼主要是以棒線材為主的長型材，再加上長型材的市場技術(shù)較扁平材要簡單，由此導(dǎo)致我國鋼鐵企業(yè)對長型材的生產(chǎn)能力不斷增大而扁平材的生產(chǎn)能力相對不足，目前我國進(jìn)口鋼材主要是扁平材。然而，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展特別是建設(shè)世界制造大國和強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施，機(jī)械、汽車、船舶、家電、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)將逐步成為鋼材消費(fèi)量增長最快的行業(yè)（工業(yè)發(fā)達(dá)國家中汽車制造業(yè)是鋼鐵材料的最主要用戶），對高質(zhì)量扁平材的需求量將迅速增大。因此，必須對我國鋼鐵材料長型材的生產(chǎn)比例進(jìn)行合理的調(diào)整，在此過程中必須進(jìn)行深入研究和解決扁平材生產(chǎn)中的特殊技術(shù)問題如表面質(zhì)量的控制、橫向性能的保證、超厚板材及大尺寸模塊的等向性等。

（3）合金鋼比例需要提高。合金元素的合理加入對鋼鐵材料的性能具有相當(dāng)重要的影響，但由于以建筑用鋼為主的生產(chǎn)格局和部分合金元素的資源限制，我國鋼鐵材料生產(chǎn)中合金鋼的比例明顯低于工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如微合金鋼的生產(chǎn)比例在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已達(dá)到15%左右而我國僅為3%-5%，由此導(dǎo)致很多高性能高質(zhì)量的鋼材品種不能生產(chǎn)。因此，適當(dāng)提高我國合金鋼的生產(chǎn)比例是相當(dāng)重要的，鑒于資源的制約，首先可考慮提高微合金鋼的生產(chǎn)比例。

（4）鋼材內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量亟待提高。高附加值鋼鐵產(chǎn)品均要求具有很高的鋼材內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量，而我國在這方面更是存在明顯差距。轎車面板用鋼和以表面裝飾性為主要使用性能的冷軋不銹鋼板是非常典型的例子，由于表面質(zhì)量存在一定問題，我國高檔產(chǎn)品目前仍主要依靠進(jìn)口。

總之，由于我國鋼鐵材料與國際先進(jìn)水平之間存在明顯差距，不僅制約了高附加值鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)，同時還明顯制約了后續(xù)加工工業(yè)甚至整個產(chǎn)業(yè)鏈的健康持續(xù)發(fā)展。例如，過去我國生產(chǎn)的不銹鋼的表面質(zhì)量低，明顯影響了不銹鋼的耐蝕性和裝飾性。國外在20世紀(jì)60~70年代已大量生產(chǎn)不銹鋼，抗晶間腐蝕合格率達(dá)98%，但是個別鋼廠生產(chǎn)的1Cr18Ni9Ti鋼的晶間腐蝕合格率只有85%~90%，其主要原因是鋼材化學(xué)成分波動較大、固溶溫度偏高而導(dǎo)致晶粒粗大等。過去我國冷軋不銹鋼板的成型性和拋光性較差，近期，隨著我國不銹鋼生產(chǎn)裝備和工藝技術(shù)進(jìn)步，不銹鋼質(zhì)量得以大幅度提升。

1.1.2鋼鐵材料的發(fā)展特點(diǎn)和趨勢

未來滿足不斷增長的市場需求和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，當(dāng)前先進(jìn)鋼鐵材料的發(fā)展特點(diǎn)和趨勢是：環(huán)境友好、資源節(jié)約、性能優(yōu)良、成本低廉、品種規(guī)格多樣化、理論和技術(shù)研究不斷深入等。

（1）高性能鋼鐵材料研發(fā)

人們使用材料主要是使用其相關(guān)的性能，任何一種材料的存在與消亡均取決于其性能是否能滿足需求以及性能價格直逼是否占優(yōu)勢，當(dāng)材料的使用性能是其他材料不能達(dá)到而相應(yīng)的產(chǎn)品又必須具有該性能時，這種材料將是不可替代的。而當(dāng)多種材料均可滿足相應(yīng)的性能要求時，則性價比較高的材料具有競爭優(yōu)勢。因此，提高材料的性能使之滿足材料用戶不斷提高的性能要求，始終是材料發(fā)展的主流方向。

采用新工藝、新技術(shù)和新的檢測技術(shù)，經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)以高潔凈度、高均勻度、超細(xì)組織及高精度為特點(diǎn)的高強(qiáng)度、高韌性、長壽命鋼鐵材料，是先進(jìn)鋼鐵材料的主要發(fā)展方向。世界各鋼鐵發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)末均開展了超級鋼（或稱為新一代鋼鐵材料）的研究工作，使得用量最大的鋼鐵材料的強(qiáng)度性能大致提高一倍而韌塑性基本保持不變。而目前正進(jìn)行的工作則希望使其使用壽命大幅度提高。這方面目前正積極開發(fā)的主要包括高潔凈度冶煉技術(shù)、精煉技術(shù)、夾雜物控制技術(shù)、等軸晶凝固技術(shù)、高均勻度凝固技術(shù)、無缺陷連鑄坯技術(shù)、微合金化技術(shù)、高剛度軋機(jī)與高精度軋制技術(shù)、控軋控冷技術(shù)、超細(xì)晶粒組織控制技術(shù)、可控氣氛連續(xù)熱處理技術(shù)、在線組織性能預(yù)報(bào)及檢測技術(shù)等先進(jìn)鋼鐵材料生產(chǎn)技術(shù)。

(2)鋼鐵材料品種規(guī)格的多樣化

為適用現(xiàn)代鋼鐵材料產(chǎn)品對材料性能、尺寸、形狀不斷增長的要求，對鋼鐵材料的品種規(guī)格提出了相當(dāng)高的要求。除了通用的板、管、絲、帶、棒、線、型、鍛、鑄材等，各國均大力發(fā)展特殊異型材、預(yù)先熱處理或表面處理鋼材、接近使用形狀和使用狀態(tài)的鑄鍛軋精密材、近終形金屬制品材（如軸承套圈、滾動體、標(biāo)準(zhǔn)模塊等）。

此外，鋼鐵材料與不同類型鋼鐵、輕金屬合金、塑料或陶瓷等材料的復(fù)合可得到同時具有不同材料的優(yōu)勢性能而避免其劣勢性能的復(fù)合材料，相關(guān)的技術(shù)和材料的發(fā)展也受到了廣泛的重視。

鑒于我國鋼鐵材料發(fā)展正處于由以建筑用鋼為主向以機(jī)械制造用鋼為主的發(fā)展趨勢，因而我國鋼鐵材料近期在品種結(jié)構(gòu)方面的主要工作是解決扁平材、管線材和特殊鋼材生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)難題。

（3）研制開發(fā)新型鋼鐵材料 在鋼鐵材料基礎(chǔ)理論研究和工藝技術(shù)裝備發(fā)展的基礎(chǔ)上，為了滿足不斷增長的需要，新型鋼鐵材料層出不窮。在碳素結(jié)構(gòu)鋼類型中出現(xiàn)了細(xì)晶粒鋼和超細(xì)晶粒鋼；在高強(qiáng)度低合金鋼類型中出現(xiàn)了高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比建筑用鋼、雙相鋼、超深沖IF鋼、高強(qiáng)度IF鋼、TRIP鋼、抗硫化氫管線鋼、耐候鋼等；在合金結(jié)構(gòu)鋼類型中出現(xiàn)了微合金非調(diào)質(zhì)鋼、耐延遲斷裂螺栓鋼、抗疲勞和彈減彈簧鋼、長壽命齒輪鋼等；在超高強(qiáng)度鋼類型中出現(xiàn)了高強(qiáng)度和高韌性的馬氏體時效鋼、低合金超高強(qiáng)度鋼、二次硬化超高強(qiáng)度鋼等；在不銹耐蝕鋼中出現(xiàn)了耐苛刻介質(zhì)腐蝕不銹鋼、鐵素體時效不銹鋼、馬氏體時效不銹鋼、形狀記憶不銹鋼、阻尼不銹鋼、超級深沖不銹鋼、超級易切削不銹鋼等；在耐熱鋼中出現(xiàn)了超超臨界機(jī)組用鐵素體耐熱鋼；在軸承鋼類型中出現(xiàn)了超高潔凈度高碳鉻軸承鋼、控制淬透性軸承鋼、耐環(huán)境作用軸承鋼等；在工具鋼類型中有不變形模具鋼、易切削模具鋼、防震模具鋼、少偏析或無偏析高速鋼等。

研制開發(fā)具有高性能的新型鋼鐵材料，從而替代技術(shù)性能較差的老鋼鐵材料的過程，實(shí)際上是傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)得以持續(xù)生存而不斷發(fā)展的過程。如果沒有或不可能再研制開發(fā)出新型的材料，則該種材料將真正進(jìn)入了衰亡期。新型鋼鐵材料的不斷涌現(xiàn)一方面得益于新工藝技術(shù)的發(fā)展，如鋼中加氮技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了高氮不銹鋼的開發(fā)，鋼中加鈣技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了鈣處理鋼的開發(fā)，而超低碳鋼生產(chǎn)控制技術(shù)則直接推動了IF鋼、超低碳貝氏體鋼的發(fā)展。目前，全世界大量生產(chǎn)應(yīng)用的鋼種大致為3000多種，其中一半以上是近20年來新研制開發(fā)的。顯然，這種新型鋼鐵材料取代傳統(tǒng)鋼鐵材料的過程還將持續(xù)發(fā)展下去。此外，非晶微晶、單晶和低維度鋼鐵材料的研制開發(fā)工作在近年來也廣泛受到重視。

我國鋼鐵材料的生產(chǎn)在早期樹妖是移植國際上成熟的鋼種，后來開始在此基礎(chǔ)上根據(jù)我國資源條件進(jìn)行改進(jìn)生產(chǎn)。隨著我國逐漸成為世界鋼鐵生產(chǎn)第一大國，這種局面必須也有可能大為改善。我國先進(jìn)鋼鐵材料的一個重要分析是開發(fā)生產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高性能鋼鐵材料。

（4）強(qiáng)化鋼鐵材料基礎(chǔ)研究 高技術(shù)化的鋼鐵材料應(yīng)該是建立在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論之上并在理論指導(dǎo)下研制來發(fā)出來的，早期的經(jīng)驗(yàn)性或偶然性地研制開發(fā)新型鋼鐵材料的局面在現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)中已完全成為歷史，近年來大量生產(chǎn)應(yīng)用的新型鋼鐵材料無不是在堅(jiān)實(shí)的理論指導(dǎo)下研制開發(fā)出來的。因此，為了不斷開發(fā)新型鋼鐵材料，就必須對鋼鐵材料的基礎(chǔ)理論和技術(shù)進(jìn)行廣泛深入的研究。

近年來，國際上不斷地對鋼鐵材料的物理金屬學(xué)、化學(xué)冶金學(xué)、生產(chǎn)工藝技術(shù)和應(yīng)用工藝技術(shù)進(jìn)行深入研究。歐洲、北美以及亞洲的日本、韓國和我國都已經(jīng)投入力量開展新型鋼鐵材料的基礎(chǔ)研究，例如，日本的超級鋼計(jì)劃、韓國的新型鋼材技術(shù)、我國的新一代鋼鐵材料重大基礎(chǔ)研究、國際的超輕鋼汽車技術(shù)等。為了開發(fā)高韌性的超高強(qiáng)度鋼，由大學(xué)和鋼鐵企業(yè)組成的美國鋼研究組在強(qiáng)化相和高潔凈度技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一系列新型超高強(qiáng)度鋼?；瘜W(xué)冶金學(xué)研究為新型鋼鐵材料提供了理論基礎(chǔ)；金屬凝固學(xué)的研究使生產(chǎn)完全等軸晶鑄坯成為可能；物理金屬學(xué)的研究使人們可以獲得超細(xì)晶粒鋼材；相關(guān)工藝技術(shù)的研究為新型鋼鐵材料的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了保障；建立在鋼鐵材料理論基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)材料學(xué)逐漸成為鋼材的性能預(yù)報(bào)和合金設(shè)計(jì)的有力工具。新型鋼鐵材料的基礎(chǔ)研究將為21世紀(jì)結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用程式巨大的影響。

相對而言，我國在鋼鐵材料的基礎(chǔ)理論研究方面與世界發(fā)達(dá)國家相比無論從人力物力的投入還是所取得的創(chuàng)新性成果方面仍存在較大差距。在我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的初期，以學(xué)習(xí)借鑒先進(jìn)國家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有成果為主，多塊好省地建設(shè)和發(fā)展我國鋼鐵工業(yè)，是必須也是應(yīng)該的；然而，當(dāng)我國已發(fā)展成為鋼鐵生產(chǎn)第一大國之后，就必須在鋼鐵材料的基礎(chǔ)理論研究方面也達(dá)到世界最高的水平，并在鋼鐵材料基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)方面取得重大突破，才有可能持續(xù)發(fā)展。

1.2國民經(jīng)濟(jì)對鋼鐵材料的需求

1.2.1提高鋼鐵材料的性能

提高鋼鐵材料的性能使之滿足鋼鐵材料用戶不斷提升的性能要求，是鋼鐵材料發(fā)展的主要方向。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和先進(jìn)技術(shù)的采用，國民經(jīng)濟(jì)各部門對鋼鐵材料的性能的要求不斷提高。

建筑用鋼所要求的最主要性能是高屈服強(qiáng)度和良好的可焊接性，如建筑用鋼筋鋼按屈服強(qiáng)度等級分類可分為I(235MPa)、Ⅱ(335MPa)、III(400MPa)、IV(540MPa)級；建筑用高強(qiáng)度鋼板則已形成390MPa、420MPa和460MPa級的系列。若鋼筋鋼的強(qiáng)度等級普遍由Ⅱ級提高到Ⅲ級，則可通過減少鋼筋在混凝土中的布筋密度，節(jié)省鋼筋用量14%，明顯降低建筑成本。而鋼結(jié)構(gòu)建筑物的支柱和框架若使用高強(qiáng)度中厚建筑鋼板代替低強(qiáng)度鋼，可節(jié)約鋼材10%～20%，且由于梁斷面高度的減少，可增大建筑空間的利用率或降低建筑物的高度3%。目前國際上用于建筑結(jié)構(gòu)的鋼筋鋼屈服強(qiáng)度均大于400～500MPa，我國正在大力推廣建筑用低合金鋼筋的升級換代工作，把目前大量使用的Ⅱ級鋼筋提高到屈服強(qiáng)度較高的III級鋼筋甚至Ⅳ級鋼筋。

橋梁用鋼的發(fā)展也要求較高的強(qiáng)度以提高橋梁的承載能力并減輕自重。國外橋梁用鋼的強(qiáng)度較高，如美國ASTMA709中的100W鋼的屈服強(qiáng)度已達(dá)到700MPa；日本的神戶大橋等跨海大橋，大量使用了抗拉強(qiáng)度為785MPa的Wel-Ten80鋼；日本近幾年建造的跨海大橋已使用了抗拉強(qiáng)度為980MPa級的高強(qiáng)度鋼。目前我國橋梁鋼的屈服強(qiáng)度范圍為245～

440MPa，提高強(qiáng)度是最為迫切的任務(wù)。隨著石油和天然氣工業(yè)的飛速發(fā)展，管線鋼的需求量迅速地增大，對鋼材性能的要求也大幅度提高。20世紀(jì)70～80年代，世界先進(jìn)國家普遍采用的油氣管道的直徑為762mm，但隨著油氣輸送量的大幅度提高，目前普遍采用最大管徑為1220mm輸油管線和最大管徑為1420mm輸氣管線。同時，管道輸送壓力增加，可大幅度提高管道的輸送能力，當(dāng)輸送壓力從7.5MPa增加到10～12MPa時，油氣管線的輸送能力可提高35%～60%。20世紀(jì)50年代，油氣管線的輸送壓力普遍為4.5MPa，60年代增大到5.5MPa，70年代增大到6.5MPa，80年代以后國外新建的油氣管線的輸送壓力通常都高于7.5MPa。近年來俄羅斯建造的油氣管線的輸送壓力已達(dá)到10～12MPa，美國橫貫阿拉斯加的油氣管線壓力為11.8MPa，而歐洲油氣管線的輸送壓力也增加到12MPa。若輸送壓力和管線直徑同時增加則經(jīng)濟(jì)效益更顯著。例如，采用輸送壓力為7.5MPa、直徑為1400mm的輸氣管道，代替壓力為5.5MPa，直徑1000mm的管道，可節(jié)省投資3%，節(jié)省鋼材19%。隨著管徑和輸送壓力的增加，所需要的管線管壁厚度或管線鋼的強(qiáng)度必須隨之增加。20世紀(jì)60年代，油氣管線用管線鋼的強(qiáng)度級別一般為X60，到70年代管線鋼的強(qiáng)度級別就上升到X65和X70，到80年代進(jìn)一步上升到X80，現(xiàn)在已開始使用更高強(qiáng)度級別的X100～X120。我國目前使用的管線鋼多為X80級，西氣東輸管道已普遍采用X65～X70級的管線鋼，進(jìn)一步提高管線鋼的強(qiáng)度并保持足夠的韌性和良好可焊接性是發(fā)展重點(diǎn)。轎車特別是中高檔轎車生產(chǎn)中，需要大量高性能特別是高表面質(zhì)量的薄鋼板，汽車車體用鋼制作過程中一般均需要進(jìn)行較大程度的冷變形因而對鋼材冷成形性能和表面質(zhì)量的要求很高。因此要求汽車車體用鋼具有較低的屈服強(qiáng)度，很低的屈強(qiáng)比，很高的延展性，很低的沖壓回彈和非時效性；很多情況下還對鋼材的咒值和r值提出明確的要求。汽車輕量化要求車體用鋼向高強(qiáng)度化發(fā)展，產(chǎn)生了DP鋼、TRIP鋼、TWIP鋼和多鉬鋼等。我國轎車用鋼特別是超深沖級冷軋鋼板和高強(qiáng)度冷軋鋼板目前尚需大量進(jìn)口，很大程度上是由于鋼鐵產(chǎn)品冷成形性能和表面質(zhì)量存在較大差距、積極研制和生產(chǎn)高質(zhì)量高性能的汽車車體用鋼是我國鋼鐵工業(yè)今后一段時期的重要任務(wù)。船舶用鋼要求高強(qiáng)度和高韌性以及可焊接性，提高船舶用鋼的強(qiáng)度可明顯提高船舶的承載能力并減輕船舶的自重；而提高船舶用鋼的韌性可保證船舶使用的安全性。民用船舶用鋼板的屈服強(qiáng)度等級主要有235MPa、315MPa、355MPa級，而對其沖擊韌性的要求根據(jù)質(zhì)量等級的不同分別為在0℃、一20℃、一40℃的沖擊吸收功大于31J。隨著船舶的大型化、輕量化和高速化的要求，迫切需要進(jìn)一步提高船舶用鋼的強(qiáng)度，以日本和歐洲一些國家為代表的國家，開發(fā)出屈服強(qiáng)度為390MPa級的以TMCP工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)度船用鋼板(YP40K)，并已納入船級社的標(biāo)準(zhǔn)中。大型散裝貨船和集裝箱船中，390MPa級的高強(qiáng)度鋼的使用比例已超過40%。而我國目前船舶用鋼的屈服強(qiáng)度等級主要為235MPa、315MPa級，同樣需要提高。此外，先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展對我國機(jī)械制造用鋼的性能特別是承載強(qiáng)度和使用壽命提出了相當(dāng)高的要求。我國生產(chǎn)的軸承、彈簧、齒輪、模具、工具、緊固件等基礎(chǔ)機(jī)械零部件的使用壽命必須提高一倍甚至一個數(shù)量級才能達(dá)到世界先進(jìn)水平，從而才具有市場的競爭力，而各種機(jī)械零件的承載強(qiáng)度和使用壽命的大幅度提高，也對機(jī)械制造用鋼的強(qiáng)度和疲勞極限提出了相當(dāng)高的要求。傳統(tǒng)的軸類零件、彈簧類零件一般要求抗拉強(qiáng)度大于800MPa或1600MPa，疲勞壽命大于106次，而目前鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)先進(jìn)國家在很多主要零件中抗拉強(qiáng)度要求已提高到1600MPa甚至2000MPa，疲勞壽命則要求達(dá)到107次以上。提高機(jī)械制造用鋼的強(qiáng)度和疲勞極限對發(fā)展我國裝備制造大國具有重要的意義。大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用鋼均要求具有較高的耐候性及一定的耐蝕性以保證足夠長的使用壽命和較低的維護(hù)成本，如在發(fā)達(dá)國家鐵路鋼軌鋼的改換周期一般均在10年以上，而我國目前多為5年左右。大型橋梁、高層建筑物的使用壽命一般要求在50年甚至100年以上，其中使用的鋼鐵材料的耐候性及耐蝕性也就必須滿足相應(yīng)的要求。因此，具有較高耐候性的高強(qiáng)度耐候鋼以及具有較低生產(chǎn)成本的經(jīng)濟(jì)型不銹鋼必然得到迅速發(fā)展，而明顯提高鋼材的耐候性或耐蝕性也就成為這類鋼

材的重要發(fā)展方向。加工制造業(yè)的迅速發(fā)展需要大量的模具以進(jìn)行大批量快速成型，模具工業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和銷售額非常迅速地增長，同時也對模具用鋼的性能提出了相當(dāng)高的要求。在汽車、家電等制造業(yè)中需要的大型精密模具往往要求模具鋼的性能等向性在0．8以上，而我國目前普遍的水平僅為0.4～0.6，由此導(dǎo)致高級模具鋼的大量進(jìn)口。提高模具鋼的性能等向性是我國模具鋼的重要發(fā)展方向。

1.2.2增加鋼鐵材料品種

(1)增加鋼鐵材料中特殊鋼的比重。需要提高不銹鋼、鐵素體不銹鋼、低碳和超低碳不銹鋼、雙相不銹鋼、超級奧氏體不銹鋼、高強(qiáng)度不銹鋼的比重；增加不同類型鋼材中的易切削鋼和冷鐓鋼比重；增加合金工模具鋼中的模具鋼比重；增加軸承鋼中特殊軸承鋼的比重；增加合金結(jié)構(gòu)鋼中微合金非調(diào)質(zhì)鋼、節(jié)約合金元素鋼以及省略工序節(jié)能鋼的比重。

(2)增加高技術(shù)含量、高附加值和市場需求的鋼鐵材料比重。需要增加涂鍍層鋼板、冷軋深沖薄鋼板、高強(qiáng)度冷軋薄鋼板、熱軋高強(qiáng)度低合金鋼帶、TMCP鋼板、冷軋不銹鋼板帶、復(fù)合鋼板、不銹鋼絲及金屬制品的比重；增加精加工、接近使用形狀和狀態(tài)的合金工模具鋼和高速鋼的比重；增加高精度合金鋼帶、絲管等的比重。

(3)增加鋼鐵材料的板管材比重。需要增加高強(qiáng)度熱軋板帶材的比重；增加不銹鋼冷軋薄板帶比重；增加合金工具鋼的扁鋼、精料和制品的比重；增加軸承鋼的鋼管的比重；增加高合金鋼耐蝕管的比重。

1.2.3提高鋼鐵材料的質(zhì)量

提高鋼鐵材料的內(nèi)在質(zhì)量，主要是提高潔凈度、均勻性，組織控制，從而達(dá)到高性能和性能穩(wěn)定化。提高鋼鐵材料的外部質(zhì)量，提高尺寸精度、減少表面缺陷、改善表面色澤均勻性。

1.2.4降低鋼鐵材料生產(chǎn)和應(yīng)用成本

因?yàn)槲锖馁M(fèi)用約占鋼鐵材料成本中的75%，所以節(jié)能和降耗對降低鋼鐵材料成本舉足輕重。能耗約占鋼鐵材料總成本的25%，我國噸鋼能耗比國外高。降低能耗既可以降低成本，也可以減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。通過新工藝技術(shù)來降低鋼材生產(chǎn)和應(yīng)用過程中的能源消耗，降低金屬爐料、鐵合金、耐火材料和電極消耗來降低成本，采用新工藝來降低鋼鐵材料中的合金元素含量。

1.3鋼鐵材料的發(fā)展方向

(1)高強(qiáng)度高韌性低合金鋼。建筑、地下海洋設(shè)施、橋梁、汽車、油氣輸送管線、容器、工程機(jī)械、能源等需要性能高、使用壽命長和成本低的新型高強(qiáng)度高韌性低合金鋼。結(jié)合新型鋼材軋制工藝技術(shù)，新型高強(qiáng)度高韌性低合金鋼的屈服強(qiáng)度將由目前的400MPa級提高至600MPa、700MPa、800MPa級，改善焊接等加工工藝性能，大幅度提高構(gòu)件的使用壽命。汽車、家電、建筑和食品等工業(yè)需要高強(qiáng)度、超深沖、耐銹蝕、高表面質(zhì)量和高尺寸精度的新型薄鋼板。

(2)長壽命高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼主要用于機(jī)器制造。各類機(jī)器向輕量化和長壽命的方向發(fā)展，要求制造機(jī)器零件的合金結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)該具備高強(qiáng)度和長壽命。齒輪、彈簧和螺栓三大機(jī)器基礎(chǔ)零件需要高性能齒輪鋼、高強(qiáng)度耐疲勞彈簧鋼、高強(qiáng)度耐延遲斷裂螺栓鋼。新型淬火回火鋼和表面硬化鋼向高潔凈度和長壽命方向發(fā)展。航空航天需要新型超高強(qiáng)度高韌性鋼，需要高韌性低合金超高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)馬氏體時效鋼、超高強(qiáng)度高韌性二次硬化鋼。

(3)節(jié)約資源型不銹耐蝕鋼。石油、化工、近海和海洋工程、核工業(yè)、電子計(jì)算機(jī)、航空、建筑等需要長壽命不銹耐蝕鋼。應(yīng)該研制高潔凈度不銹鐵、高強(qiáng)度長壽命氮合金化不銹鋼及其制備技術(shù)、高耐蝕不銹鋼、高強(qiáng)度沉淀硬化不銹鋼、功能不銹鋼等。

(4)高性能低成本碳素結(jié)構(gòu)鋼。目前的高強(qiáng)度建筑用鋼筋通常為低合金鋼，為了節(jié)約合金資源，結(jié)合新型冶金工藝技術(shù)，需要研制高性能低成本細(xì)晶粒碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼筋，以取代目前大量使用的低合金鋼筋鋼。

(5)易加工低成本的高性能鋼。鋼材大多數(shù)需要經(jīng)過各種方法加工后應(yīng)用，加工成本可能占零件或構(gòu)件成本的50%以上，所以開發(fā)易加工鋼材可以大幅度降低產(chǎn)品成本。需要開發(fā)各類新型高性能易切削鋼、易焊接結(jié)構(gòu)鋼、冷熱鍛用鋼、超深沖薄鋼板、鍍層鋼板、高性能模具鋼、超硬高速鋼等。

(6)高效率耐熱鋼。為了提高火電機(jī)組的發(fā)電效率，未來將應(yīng)用超超臨界機(jī)組，需要耐高溫高壓的超超臨界機(jī)組用鋼；保護(hù)環(huán)境需要的垃圾焚化爐要求新型高性能耐熱鋼；發(fā)動機(jī)的熱效率提高需要高性能耐熱氣閥鋼。

(7)鋼鐵材料的計(jì)算機(jī)合金設(shè)計(jì)系統(tǒng)。針對碳素結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)度低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和高合金鋼建立起全流程的計(jì)算機(jī)組織和性能預(yù)測系統(tǒng)；根據(jù)服役條件，建立起鋼鐵材料的失效分析和壽命預(yù)測的專家系統(tǒng)；依據(jù)性能要求，建立起鋼鐵材料的化學(xué)成分和工藝參數(shù)的計(jì)算機(jī)合金綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

鋼鐵材料是不斷發(fā)展的新材料。未來，隨著市場需求的變化，在材料基礎(chǔ)理論發(fā)展和工藝技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，將會出現(xiàn)更多和更好的先進(jìn)鋼鐵材料。

第五篇：鋼鐵、石化-節(jié)能技術(shù)

石油化工生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)

煉油常減壓蒸餾裝置，采用夾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化換熱和預(yù)閃蒸等節(jié)能型流程；催化裂化裝置，推廣降低焦炭產(chǎn)率和減少裝置結(jié)焦技術(shù)；芳烴抽提工藝過程，推廣高效溶劑(四乙二醇醚、環(huán)丁砜等)技術(shù)；用氫裝置發(fā)展氫能優(yōu)化技術(shù)；研究開發(fā)低能耗的過濾—吸附再生法；推廣應(yīng)用抽提蒸餾工藝。

研究開發(fā)加氫裝置熱高分流程的優(yōu)化技術(shù)；采用液力透平回收壓力能；開發(fā)、應(yīng)用新型加氫催化劑、先進(jìn)的反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件和循環(huán)氫脫硫措施；推廣延遲焦化裝置大型化、雙面輻射加熱爐技術(shù)；推廣裝置間熱聯(lián)合技術(shù)。

推廣乙烯裝置裂解爐空氣預(yù)熱技術(shù)、乙烯在線燒焦技術(shù)，推廣乙烯裂解爐強(qiáng)化傳熱技術(shù)；開發(fā)加注結(jié)焦抑制劑，推廣低能耗分離技術(shù)。研發(fā)合成樹脂催化劑技術(shù)，完善聚丙烯裝置的丙烯原料精制系統(tǒng)。推廣合成橡膠吸收式熱泵技術(shù)。研發(fā)直接干燥技術(shù)。

鋼鐵工業(yè)。加快淘汰落后工藝和設(shè)備，提高新建、改擴(kuò)建工程的能耗準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)技術(shù)裝備大型化、生產(chǎn)流程連續(xù)化、緊湊化、高效化，最大限度綜合利用各種能源和資源。大型鋼鐵企業(yè)焦?fàn)t要建設(shè)干熄焦裝置，大型高爐配套爐頂壓差發(fā)電裝置（TRT）；煉鋼系統(tǒng)采用全連鑄、濺渣護(hù)爐等技術(shù)；軋鋼系統(tǒng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)連軋化，大力推進(jìn)連鑄坯一火成材和熱裝熱送工藝，采用蓄熱式燃燒技術(shù)；充分利用高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣等可燃?xì)怏w和各類蒸汽，以自備電站為主要集成手段，推動鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗。

石油石化工業(yè)。油氣開采應(yīng)用采油系統(tǒng)優(yōu)化配置技術(shù)，稠油熱采配套節(jié)能技術(shù)，注水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)，油氣密閉集輸綜合節(jié)能技術(shù)，放空天然氣回收利用技術(shù)。石油煉制提高裝置開工負(fù)荷和換熱效率，優(yōu)化操作，降低加工損失。乙烯生產(chǎn)優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)，采用先進(jìn)技術(shù)改造乙烯裂解爐，優(yōu)化急冷系統(tǒng)操作，加強(qiáng)裝置管理，降低非生產(chǎn)過程能耗。以潔凈煤、天然氣和高硫石油焦替代燃料油（輕油），推廣應(yīng)用循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)和石油焦氣化燃燒技術(shù)，采用能量系統(tǒng)優(yōu)化、重油乳化、高效燃燒器及吸收式熱泵技術(shù)回收余熱和地?zé)帷?/p>