不銹鋼的金屬學(xué)問題

本書可供高等院校師生和科研單位從事材料研發(fā)人員閱讀，也可供企業(yè)的工程技術(shù)人員閱讀。

1 引言

1.1 不銹鋼

1.2 材料學(xué)方法論的思考

2 組織結(jié)構(gòu)——金屬物理問題

2.1 概貌

2.2 基本參量

2.3 Fe-Cr-C三元合金的相圖

2.4 Fe—Cr—Ni及Fe—Cr-Mn三元相圖

2.5 實(shí)用相圖

2.6 廣義的相

2.7 液固結(jié)晶

2.8 雙相不銹鋼

3 腐蝕——金屬化學(xué)問題

3.1 不銹性

3.2 晶間腐蝕

3．3點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕

4 力學(xué)性能——金屬力學(xué)問題

4.1力學(xué)性能的一般規(guī)律

4.2強(qiáng)度和強(qiáng)化

4.3韌性和韌化

4.4應(yīng)力腐蝕斷裂

4.5氫脆

5 不銹鋼的宏觀思考

5.1不銹鋼的技術(shù)問題

5.2不銹鋼生產(chǎn)的生存問題

附錄

參考文獻(xiàn)2100433B

本書應(yīng)用金屬物理、金屬化學(xué)及金屬力學(xué)原理，分別論述了不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)、腐蝕及力學(xué)性能三方面問題。

本書在組織結(jié)構(gòu)方面，本書詳細(xì)討論了決定相穩(wěn)定性的基本參量，介紹了多元系的實(shí)用相圖，較詳細(xì)地闡述了奧氏體穩(wěn)定性，討論了化學(xué)組元及幾何學(xué)組元構(gòu)成的廣義相以及液固結(jié)晶的幾個(gè)實(shí)際問題；在腐蝕方面，從電位-pH圖、極化曲線及鈍化膜人手，分別討論了腐蝕過程的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及結(jié)構(gòu)學(xué)問題，并詳細(xì)討論了三個(gè)局部腐蝕問題——晶間腐蝕、點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕；在力學(xué)性能方面，分析了強(qiáng)度和強(qiáng)化、韌性和韌化、應(yīng)力腐蝕和氫脆四個(gè)問題。

本書介紹的基本參量、實(shí)用相圖、廣義的相、液固相線、不銹性、晶間腐蝕、韌化措施、氫脆機(jī)理、氫致變化以及對(duì)材料學(xué)方法論的介紹和對(duì)性能、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、過程、能量的看法，對(duì)于其他金屬材料的研究與開發(fā)，也有參考意義。

1.物價(jià)成本的日益增漲。鋼鐵作為不銹鋼金屬軟管生產(chǎn)的最主要原材料已進(jìn)入價(jià)格公開化、透明化的薄利時(shí)代，不斷上漲的鋼鐵價(jià)格將推動(dòng)不銹鋼金屬軟管的生產(chǎn)成本；

2.我國不銹鋼金屬軟管行業(yè)的品牌性較差，國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力較弱。由于產(chǎn)業(yè)集中度較低，技術(shù)落后、低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)避免不了，如此龐大的中國不銹鋼金屬軟管市場(chǎng)還沒有國際上真正意義上的“名牌”；

3.競(jìng)爭(zhēng)的激烈不斷淘汰著中小型不銹鋼金屬軟管企業(yè)。

4.研發(fā)力量薄弱、資金投入不足。我國的技術(shù)進(jìn)步仍停留在國外的20世紀(jì)80年代，雖現(xiàn)大量引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和生產(chǎn)線，但對(duì)于技術(shù)的消化吸收缺乏軟件、硬件的基礎(chǔ)支撐。

5.實(shí)踐應(yīng)用技術(shù)的人才流失。目前我國雖有不少高等院校從事科研工作，不少論理研究、專利論文都有相當(dāng)高的水平，但與生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)合不緊密，理論轉(zhuǎn)化為成品的能力差。

金屬學(xué)簡(jiǎn)介

研究金屬及其合金的組成、組織結(jié)構(gòu)和性能之間的內(nèi)在聯(lián)系,以及在各種條件下的變化規(guī)律,為有效地使用金屬材料和為發(fā)展具有特定性能的金屬材料而服務(wù)的一門應(yīng)用科學(xué)。它是從冶金學(xué)的一個(gè)分支──金相學(xué)直接演變而來的。金屬學(xué)一詞,在中國始見于50年代初,是從俄文“Металловедение”翻譯過來的,字義與德文的”Metallkunde”一詞相當(dāng),科學(xué)內(nèi)容和英文的”Physicalmetallurgy”（物理冶金）大致相當(dāng)。

金屬學(xué)簡(jiǎn)史

19世紀(jì)，冶金學(xué)在生產(chǎn)力蓬勃發(fā)展的推動(dòng)下也得到了重視，到20世紀(jì)30年代發(fā)展衍生若干分支學(xué)科，金屬學(xué)或物理冶金就是其中之一。19世紀(jì)末至20世紀(jì)前葉，鋼的一般成分化學(xué)分析方法已經(jīng)建立，觀察大于微米級(jí)的顯微組織的金相學(xué)技術(shù)已普遍應(yīng)用，通過物理性能測(cè)定或熱分析方法研究相變已積累了一定經(jīng)驗(yàn)，用相律指導(dǎo)相圖的工作正在大量開展，這些都為金屬學(xué)的發(fā)展提供了條件。1863年英國人索比(H.C.Sorby)發(fā)明了金相技術(shù)，為研究合金中的相組成和顯微組織提供了有力工具。1868年俄國人切爾諾夫(Д.к.Чернов) 觀察到鋼必須加熱到超過某個(gè)臨界溫度才能淬火硬化，揭示了相變的存在和作用。1887年法國人奧斯蒙(F.Osmond)利用差熱分析方法系統(tǒng)地研究了鋼的相變。1899年英國人羅伯茨－奧斯汀(W.Roberts-Austen)指出鋼在臨界溫度以上的相是固溶體，并繪制出第一張鐵碳相圖。1900年德國人巴基烏斯-洛茲本(H.W.Bakhius-Roozeboom)在此基礎(chǔ)上應(yīng)用吉布斯(J.W.Gibbs)相律修訂了鐵碳相圖(見鐵碳平衡圖)。相圖的出現(xiàn),是金屬學(xué)發(fā)展的一個(gè)里程碑。

20世紀(jì)以來，金屬學(xué)繼續(xù)汲取物理學(xué)、物理化學(xué)和力學(xué)等有關(guān)成就,內(nèi)容日益豐富。美國人貝茵(E.C.Bain)和達(dá)文波特(E.S.Davenport) 從1929～1930年開始研究鋼中奧氏體在不同恒溫條件下的轉(zhuǎn)變過程及其產(chǎn)物，創(chuàng)造了S曲線，后來改稱C曲線(見過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖)，闡明了鋼的熱處理的一般原理，對(duì)鋼的發(fā)展和有效利用有重要指導(dǎo)意義。X射線衍射分析在金屬學(xué)發(fā)展中也起了重要作用。通過應(yīng)用X射線,各種合金相結(jié)構(gòu)包括馬氏體的結(jié)構(gòu)及其與碳含量的關(guān)系搞清楚了；金屬冷加工形變及其在退火過程中的擇優(yōu)取向被提示了；鋁銅合金的時(shí)效硬化機(jī)理也得到闡明。1934年位錯(cuò)理論的提出，不但成功地指出了材料實(shí)際強(qiáng)度和理論強(qiáng)度相差千百倍的原因，而且正確地說明了金屬的形變和加工硬化現(xiàn)象。這些，都是第二次世界大戰(zhàn)以前的重要成就。50年代金屬物理、固體物理的發(fā)展，特別是電子顯微鏡的應(yīng)用以及薄膜透射技術(shù)的成功及衍襯理論的建立，對(duì)金屬的微觀結(jié)構(gòu)如位錯(cuò)的存在和運(yùn)動(dòng)等研究，提供了有力的工具，從而使金屬學(xué)中很多關(guān)鍵問題得以澄清（見晶體缺陷，金屬的強(qiáng)化）。

多年來，由于對(duì)鋼和其他合金的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在聯(lián)系的研究工作不斷深入，性能優(yōu)越的新鋼種和新合金不斷涌現(xiàn)。高溫合金的發(fā)展便是這方面最突出的成就之一。對(duì)有關(guān)合金相的形成規(guī)律，各種元素及超微量雜質(zhì)在金屬中的作用的研究也愈趨深入，現(xiàn)在對(duì)選擇、處理和使用金屬材料的肓目性已大為減少，但要實(shí)現(xiàn)完全按照預(yù)定要求而不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)就能設(shè)計(jì)出合格的合金，還有很大距離。

金屬學(xué)金屬學(xué)的研究?jī)?nèi)容

金屬學(xué)以金屬電子論、晶體學(xué)(見晶體結(jié)構(gòu))及合金熱力學(xué)為理論基礎(chǔ)，依靠物理、化學(xué)的微觀和宏觀檢測(cè)技術(shù)，擴(kuò)展了金相學(xué)的內(nèi)容，保持應(yīng)用科學(xué)的傳統(tǒng)，其研究?jī)?nèi)容可分為兩方面：①聯(lián)系成分、處理過程對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)和性能的影響，研究合金相結(jié)構(gòu)和組織的形成規(guī)律,包括:研究合金相的形成、相圖原理及其測(cè)定、合金元素及微量元素在合金相中的分布等合金組成的規(guī)律；研究晶體中原子的擴(kuò)散過程；晶體重構(gòu)的相變過程，包括金屬的凝固與溫度壓力變化下的固態(tài)相變；研究晶體缺陷和金屬形變過程中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；研究成分及雜質(zhì)對(duì)金屬性質(zhì)的影響，包括超微量元素以及微觀和宏觀偏析。②聯(lián)系金屬材料的使用，研究材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和斷裂行為（見形變和斷裂）；研究金屬材料在各種不同使用條件下的特性變化等（見范性形變，疲勞，蠕變,應(yīng)力腐蝕斷裂和氫脆）；研究金屬的強(qiáng)化原理。至于那些雖以金屬為對(duì)象，或雖與金屬有關(guān)，但主要研究晶體缺陷和金屬電子結(jié)構(gòu)以及它們之間，或它們與各種射線之間的交互作用等微觀過程；研究金屬和合金的物性本質(zhì)，或純屬探索自然規(guī)律的領(lǐng)域，則另列入金屬物理，屬凝聚態(tài)或固體物理的分支。按學(xué)科劃分慣例，有關(guān)磁性、電導(dǎo)、超導(dǎo)、半導(dǎo)等基礎(chǔ)性工作，不屬于金屬學(xué)，應(yīng)列入物理學(xué)范疇。

金屬學(xué)金屬學(xué)的新進(jìn)展

最近20年來金屬學(xué)出現(xiàn)不少新的突破，主要是由于新實(shí)驗(yàn)技術(shù)和新工藝的出現(xiàn)而取得的。例如，應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖象處理，可以明顯地提高電子顯微鏡的分辨能力，能直接看到金屬中單個(gè)原子分布的圖象(見電子顯微學(xué))；分析電子顯微術(shù)和各種表面分析設(shè)備不斷出現(xiàn)，將金屬學(xué)的發(fā)展引向更加深入。又如應(yīng)用激冷技術(shù)制成的快冷微晶合金和某些合金體系形成的非晶態(tài)金屬，都各自顯示出特有的性能，有很大的理論意義和實(shí)用價(jià)值，為金屬學(xué)開拓了新園地。

金屬學(xué)在歷史上曾有力地推動(dòng)冶金學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)在仍是廣義的冶金學(xué)中最活躍的學(xué)科。

《金屬學(xué)》內(nèi)容包括金屬的性能、金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、鋼的熱處理及鋼鐵材料等部分。書中闡述了金屬的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能、工藝性能及有關(guān)測(cè)試方法；著重討論了金屬及其合金結(jié)晶的一般規(guī)律和相圖；簡(jiǎn)要說明了金屬塑性變形理論；分析了鋼的熱處理及合金元素在鋼中的作用；比較詳細(xì)地介紹了鋼與鑄鐵的分類、牌號(hào)、性能與用途。

金屬學(xué)一詞，在中國始見于50年代初，是從俄文“Металловедение”翻譯過來的，字義與德文的”Metallkunde”一詞相當(dāng)，科學(xué)內(nèi)容和英文的”Physicalmetallurgy”（物理冶金）大致相當(dāng)。