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1 物理冶金学概述1

1.1 物理冶金学的概念和研究范畴1

1.2 物理冶金学的发展史3

1.2.1 人类冶金的历史3

1.2.2 20世纪以前的物理冶金学5

1.2.3 20世纪的物理冶金学6

1.3 物理冶金学的应用和进展8

1.3.1 TMCP技术8

1.3.2 微合金化技术10

1.3.3 薄板坯连铸连轧技术11

1.3.4 低碳贝氏体钢的生产技术11

1.3.5 氧化物冶金技术13

参考文献14

2 钢铁生产中的物理冶金问题17

2.1 力学性能17

2.1.1 位错17

2.1.2 钢的强化21

2.1.3 钢材的韧性27

2.1.4 强化机理定量分析实例33

2.2 再结晶41

2.2.1 塑性加工41

2.2.2 回复和再结晶机理45

2.2.3 热轧过程中的组织变化47

2.2.4 冷轧退火工艺的再结晶行为54

2.3 相变62

2.3.1 Fe-C相图62

2.3.2 过冷奥氏体转变曲线65

2.3.3 过冷奥氏体的相变组织70

2.3.4 控制冷却和相变的关系75

2.4 析出物79

2.4.1 析出过程的热力学79

2.4.2 析出物在钢中的作用83

2.4.3 微合金碳氮化物87

2.4.4 低碳钢中的硫化物91

2.4.5 析出动力学的研究方法94

2.4.6 物理化学相分析介绍96

参考文献99

3 钢铁材料的微观分析方法106

3.1 光学显微镜106

3.2 X射线衍射方法107

3.2.1 X射线的性质107

3.2.2 晶体学知识108

3.2.3 布拉格公式和倒易点阵109

3.2.4 X射线衍射的应用111

3.3 透射电子显微镜111

3.3.1 电子显微镜的诞生和发展111

3.3.2 透射电镜的构造113

3.3.3 选区衍射113

3.3.4 衍衬像116

3.3.5 微分析118

3.3.6 高分辨率电子显微像119

3.3.7 样品的制备119

3.3.8 析出物相定性和衍射谱标定实例121

3.4 扫描电子显微镜123

3.4.1 扫描电镜的特点123

3.4.2 扫描电镜的结构和工作原理125

3.4.3 扫描电镜的电子成像127

3.4.4 X射线能谱仪129

3.4.5 背散射电子衍射129

3.4.6 热煨弯管的外弧裂纹分析131

3.5 CSP生产低碳钢中的硫化物分析实例134

3.5.1 实验材料和方法134

3.5.2 钢中硫化物的微观分析135

3.5.3 钢中硫化物析出的热力学分析141

3.5.4 纳米级硫化物的析出动力学分析144

3.5.5 低碳钢中形成纳米级硫化物的条件147

参考文献148

4 物理冶金的热模拟研究方法150

4.1 热模拟机简介150

4.2 热模拟机工作原理151

4.2.1 加热系统151

4.2.2 机械系统153

4.2.3 计算机控制系统154

4.3 Gleeble-3800热模拟机的操作规范154

4.3.1 编程页面简介154

4.3.2 控制面板简介156

4.3.3 操作步骤158

4.4 Gleeble-3800热模拟机的应用范围164

4.5 Gleeble-3800热模拟机在物理冶金学研究中的应用164

4.5.1 奥氏体再结晶的热模拟研究165

4.5.2 相变的热模拟研究176

4.5.3 第二相析出的热模拟研究189

参考文献196

5 薄板坯连铸连轧低碳钢的组织演变197

5.1 项目背景197

5.1.1 薄板坯连铸连轧简介197

5.1.2 物理冶金学特点198

5.1.3 项目意义203

5.2 CSP生产低碳钢连轧过程中的再结晶研究203

5.2.1 低碳钢ZJ330在不同道次变形后的室温组织203

5.2.2 CSP连轧阶段奥氏体的变形与再结晶行为209

5.3 CSP生产低碳钢的奥氏体相变规律研究215

5.3.1 低碳钢ZJ330的动态CCT曲线215

5.3.2 层流冷却工艺对低碳钢ZJ330成品组织和力学性能的影响217

5.3.3 CSP生产低碳钢ZJ330的控制轧制的特点223

5.3.4 CSP生产低碳钢的奥氏体相变规律225

5.4 CSP生产低碳钢的晶粒细化225

5.4.1 CSP生产低碳钢成品板的组织和性能分析225

5.4.2 CSP生产低碳钢晶粒细化的不利因素229

5.4.3 CSP工艺生产低碳钢晶粒细化的机制230

5.5 薄板坯连铸连轧低碳钢的组织演变研究规律232

参考文献233

6 钛微合金钢的TMCP工艺研究237

6.1 项目背景237

6.2 研究基础239

6.2.1 珠钢CSP生产线的产品研发239

6.2.2 纳米碳化物的沉淀强化效果241

6.2.3 卷取温度对高强钢组织和性能的影响244

6.3 TMCP工艺对钛微合金钢组织和性能的影响248

6.3.1 板带材生产工艺248

6.3.2 实验设计思路249

6.3.3 力学性能实验结果251

6.3.4 显微组织分析251

6.3.5 析出物分析253

6.3.6 晶粒细化和析出物对性能的影响254

6.4 钛微合金钢再结晶、相变和析出规律的热模拟研究255

6.4.1 再结晶规律的研究255

6.4.2 相变规律259

6.4.3 等温过程的析出规律研究260

6.5 钛微合金钢中纳米析出物控制总结263

参考文献263

7 低碳贝氏体钢的关键技术研究266

7.1 研究背景266

7.1.1 低碳贝氏体钢的发展历史266

7.1.2 低碳贝氏体钢的应用基础研究268

7.1.3 国内低碳贝氏体钢的研发现状270

7.1.4 立项依据（2008年）272

7.2 低碳贝氏体钢的研发思路273

7.2.1 化学成分和组织设计思路273

7.2.2 实验室热模拟和轧制思路275

7.3 实验钢的熔炼277

7.4 实验室热模拟278

7.4.1 实验材料和方法278

7.4.2 相变温度的确定及连续冷却转变规律279

7.4.3 钼和铬在实验钢中的作用283

7.5 实验室轧制284

7.5.1 实验材料和方法284

7.5.2 实验钢的力学性能286

7.5.3 实验钢的室温组织288

7.6 低碳贝氏体钢研发总结291

参考文献291

8 管线钢焊接热影响区组织和性能研究294

8.1 研究背景294

8.1.1 管线钢和管线钢管的现状及发展趋势294

8.1.2 管线钢的化学成分和生产工艺298

8.1.3 管线钢焊接热影响区的组织、性能及研究方法301

8.1.4 项目来源和意义304

8.2 管线钢焊接热影响区的组织和性能304

8.2.1 X80管线钢的成分、性能和焊接工艺304

8.2.2 X80管线钢焊缝处的组织特征306

8.2.3 X80管线钢焊接热影响区（HAZ）的组织变化309

8.2.4 焊接接头的力学性能310

8.3 X80管线钢的峰值温度对组织和析出物的影响311

8.3.1 实验材料和方法311

8.3.2 峰值温度对X80管线钢晶粒尺寸的影响312

8.3.3 微观组织和析出物的透射电镜分析313

8.4 X80管线钢焊接热影响区的热模拟实验研究315

8.4.1 实验材料和方法315

8.4.2 不同冷速下管线钢试样的室温组织316

8.4.3 不同冷速下热模拟试样的冲击韧性318

8.4.4 不同冷速下热模拟试样的冲击断口分析318

8.5 管线钢焊接热影响区组织和性能研究总结321

参考文献322

9 轴承钢的相变与网状碳化物的控制研究325

9.1 研究背景325

9.1.1 轴承钢的发展325

9.1.2 项目来源和意义329

9.2 GCr15轴承钢的相变规律研究331

9.2.1 实验材料和方法331

9.2.2 静态CCT曲线和相变组织332

9.2.3 动态CCT曲线和相变组织335

9.2.4 GCr15轴承钢的相变规律337

9.3 轴承钢GCr15中网状碳化物的控制研究338

9.3.1 实验设计思路338

9.3.2 实验内容与方法339

9.3.3 网状碳化物的形成340

9.3.4 网状碳化物析出的抑制343

9.4 轴承钢相变规律与网状碳化物控制总结344

参考文献345