文档介绍：河北工业大学
硕士学位论文
细晶粒高强度钢的组织及耐磨性研究
姓名:丁玮
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:林晓娉
20070301
河北工业大学硕士学位论文
第一章绪论

§1-1 钢铁材料发展概述及超级钢计划

1-1-1 钢铁材料的发展现状
钢铁是极为重要的工程材料。随着国民经济的发展,对钢铁材料的数量和性能都提出了更高
的要求,面对近年来铝和镁等金属材料、塑料和陶瓷非金属材料以及复合材料的广泛应用,也对
钢铁材料提出了不断改进钢材质量、降低生产成本、增强钢铁材料的竞争能力的挑战。目前碳素
结构钢、低合金高强度钢和合金结构钢是大量生产和应用的钢类,三类钢的产量占总钢产量的
70%。目前,碳素结构钢的强度水平为 200Mpa 级,低合金高强度钢的强度水平为 400Mpa 级,合
金结构钢的抗拉强度水平为 800Mpa 级。为了满足未来经济和社会发展的需求,必须研究和开发
出高强度和长寿命的新一代钢铁材料。如果三类钢的性能能够翻番,则仅从满足强度要求来看,
钢材的用量就可以节省一半。因此,开发出高强度钢的经济效益是十分明显的。同时,通过高洁
净度、高均匀性、超细晶粒的方法来达到高强度和高寿命也是新一代钢铁材料的目标。如对低碳
钢,在不添加合金元素的前提下,使屈服强度翻番,这就意味着结构质量的减轻、成本降低和效
益的提高。
20 世纪 90 年代以来,在国际上,包括中国等多个国家都启动了“超级钢”的研究计划。其
目的在于大幅度节约资源、节约能源和保护环境的前提下研究新一代钢铁材料,即在不添加或少
添加的情况下大幅度的提高钢的强度和使用寿命,同时改善钢铁材料的韧性与塑性。超级钢的出
现将会引发一次钢铁材料的巨大革命[1]。
1-1-2 各国的超级钢计划
1-1-2-1 中国
我国与 1998 年启动了“新一代钢铁材料重大基础研究”的“973 项目”。国家财政从 1998 年
起 5 年内累计投入 25 亿元用于该项目。该项目的最终目标是将占我国钢产量 60%以上的碳素钢、
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低合金钢和合金结构钢等“三类”钢的强度和寿命提高一倍。如果采用新钢种取代三类钢种 50%
的传统钢材,则每年可少用 1500 万吨钢,其直接经济效益达 450 亿元,间接经济效益更为显著,
如可减少钢厂建设、矿山的基建投资,减少资源损耗和对生态环境的污染。
“1500 MPa 级长寿命合金结构钢”的研究开发计划是我国“新一代钢铁材料的重大基础研究”
项目中的一个重要课题,即开发出抗拉强度超过 1500MPa 的高强度钢。
1-1-2-2 日本
日本是对超级钢研究着手较早、成果比较显著的国家。日本国立金属材料技术研究所于 1997
年 4 月正式启动了 STX-21(Structural Materials X for 21 Century)“超级钢材料计划”,投资 1000
亿日元,目标是在 10 年内开发出强度相当于现有钢铁材料 2 倍的超级钢,用于道路、桥梁、高层
建筑等基础设施建材的更新换代。截至 2002 年,该计划的第一期五年计划实施告一段落,基本达
到预期目标。取得了如下开发成果:
1. 易回收使用的 800Mpa 级铁素体焊接用钢
2. 延时破坏和疲劳性能优良的 1500Mpa 级超高强度钢
3. 开发出新的耐侯钢和耐热钢
1-1-2-3 韩国
韩国于 1997 年开始了一个名叫“HIPER—2”研究开发 800Mpa 级结构钢、600Mpa 级耐侯钢
和螺栓钢,项目定于 2007 年完成。
中日韩三国研究开发新一代钢铁材料项目,其目的之一是通过利用各种现代化技术对传统的
钢铁材料进行处理,使其获得最佳的综合使用性能,以充分挖掘钢铁材料的潜力,并使机械零部
件向轻、小型化方向发展[2]。
§1-2 超级钢的应用前景

1-2-1 超级钢的应用前景
超级钢作为新一代的钢铁材料,可用于汽车、道路、桥梁、高层建筑等许多方面。一般来说,
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材料强度和壁厚的关系可用下式表示:
t1
= SS 1626 ()
t2
式中,t1、t2和σs2、σs1分别表示两种材料的厚度和屈服强度。
若按强度加倍来计算:t2=
即当强度加倍时,钢材的使用量仅为原有钢材的一半,节省了材料。
由此可见,若将超级钢应用于汽车制造中,可有效地减轻车体重量,减少能源消耗和环境污
染。若将其应用到道路、桥梁、高层建筑等方面,不仅可以减轻零件的重量,还可以延长这些基
础设施更新换代的