（五）超级钢的生产工艺
新型大变形量TMCP工艺 欲突破5μm的界限获得以1μm为目标的超
细钢, 须挖掘TMCP的极限潜力。为此, 新 日铁钢铁研究所的荻原行人等指出需要下 述2点:


①有效提高相变与再结晶的驱动力, 使形核密 度飞跃性地增加; ②彻底抑制成核后晶粒的长大。
加大变形量； 降低加工温度。
400～500 600～800 200～1200 400～1500
屈服强度 MPa 抗拉强度 MPa
延伸率%
生产方法
15～30
普通热轧 控轧
15～25
热轧、控 轧、
15～20
热轧、控 轧
10～20
控轧控冷
10～20
热轧、锻 造
交货状态
热轧 控轧
热轧、控 轧、热处 理
控轧、热 处理
控轧控冷
热轧、锻 造、热处 理

（四）工艺方法和强韧化特点

欲获得超细晶粒钢，有多种工艺方法：

同一快速加热条件下的热处理反复多次作用、 金属粉末机械研磨、
控轧、
控冷、 TMCP、
复合TMCP法等。

利用生产工艺技术是获得超细晶粒的主要手段。生产工艺 技术是超细晶粒钢具有优良强韧综合性能的决定因素，因 此超细晶粒钢与传统钢所不同的是其化学成分不能用于预 测钢种的强度。
实现方法：

超细晶粒钢制备工艺的冶金机制
关于这种采用低温大变形方法型获得超细晶
粒机制的研究认为, 超细铁素体的获得主要 是形变诱导铁素体相变（DIFT：Deformation Induced Ferrite Transformation)和铁素体 动态再结晶2种机制共同作用的结果。
形变诱导铁素体相变体现于2种情况,


这对一直作为汽车首选材料的钢铁企业提出了挑战
。为了应对PNGV计划, 1994年包括我国宝钢在内的
全球35家主要钢铁企业发起了ULSAB (Ultra Light
Steel Auto Body) - 超轻型钢制车体的研究计划,
紧接着又发起了ULSAB - AVC (Ultra Light Steel


为在保持高强度下提高韧性，Speer 等提出钢的Q-P 热处理新工艺,
2003年，研究者们在无碳化物 贝氏体钢的研究基础上，提出 马氏体钢的“淬火+碳配分” 的热处理工艺(Quenching and Partitioning, 简称Q&P工 艺), 即将钢在奥氏体化温度(TA) 淬火到Ms-Mf 之间的某一温度 (Quenching Temperature TQ ) , 再在此温度或高于此温 度(Partitioning Temperature) TP) 保温, 使碳从马氏体向未转 变的奥氏体中扩散并使之稳定 化, 最后淬火到室温, 得到由马 氏体和残余奥氏体组成的, 具 有高强度和较好塑韧性的组织。 在该热处理工艺中, 当TP = TQ 时, 为一步法Q&P 工艺; 当TP > TQ时, 为两步法 Q&P 工艺。该工艺通过加入硅或铝、磷元素来抑制碳化物的析出, 以保证碳的再 配分。

比较项目 轧制温度 相变温度
TMCP 高。 轧后所得为奥氏体, 相变为在形变之后的静态相 变。 轧制温度>相变温度 轧后快冷 增大过冷度,提高相变驱动力 以进一步提高有效形核率
新型TMCP（DIF） 低。 再结晶上：动态相变所得铁素体+再结晶铁素体。 再结晶下：等轴超细铁素体, 相变为加工后的静 态相变, 也可能有加工过程中的动态相变。 轧制温度<相变温度 轧前快冷 获得深冷奥氏体，防止传统扩散型相变（先共析 转变与共析转变）发生, 同时实现轧制温度与相 变温度的低温化,以增加相变形核点并抑制铁素 体的长大。 同时对过冷奥氏体及铁素体加工。 在温度较低的区间, 降低低温区扩散相变（铁素 体转变）的激活能以形成超细、等轴、低位错密 度铁素体, 抑制贝氏体、马氏体等低温相的形成, 降低低温相的体积率；即极大的形变既利于激活 碳的近程扩散又可增加相变形核点。 铁素体动态再结晶, 抑制再结晶晶粒的长大, 过冷度+高密度位错的储能诱导铁素体扩散相变, 转变速度更快
3.5.2 形变热处理在钢材生产中的应用
一、普通结构钢的生产
1. GB700-1988碳素结构钢

本标准适用于一般结构钢和工程用热轧钢板、钢
带、型钢、棒钢。该产品可供焊接、铆接、栓接 构件用，一般在供应状态下使用。 钢材一般以热轧（包括控轧）状态交货。根据需 方要求，经双方协议，也可以正火处理状态交货 （A级钢材除外）。

抗拉强度>2000MPa 的超高强度钢虽然已经历数十年发展历 史,如马氏体时效钢 、马氏体二次时效硬化钢 ,但由于需要 含较高的合金元素Co或(和)Ni等,成本较高; 高强度贝氏体 钢由于含碳量较高(～0.8wt%) , 都不能被广泛应用。 珠光体(非形变态)和贝氏体组织较难使钢的抗拉强度高达 2000MPa , 只有马氏体组织可以胜任。为兼具一定韧性, 应使钢的组织呈位错条状马氏体组织。 一般淬火态钢的强度高而塑性低,要提高钢的塑性和韧性就 必须依靠回火, 如4340钢, 除偶见记录在200℃回火后抗拉 强度达2000MPa以上、伸长率仍达10%以上外, 一般在200℃ 以上回火, 以保证伸长率在10%以上, 则抗拉强度降至 2000MPa以下, 如下图所示。
轧制温度/ 相变温度 控冷：时刻
目的
大变形压力 加工的作用 效果
对奥氏体加工。 特别是在奥氏体未再结晶区 域的加工获得加工硬化奥氏 体, 可大幅增加相变形核点, 对相变细化晶粒的贡献最大 较高温度下的奥氏体再结晶 冷却过冷度而自行相变 慢
再结晶 相变驱动力 相变速度
3.6 超高强度钢的生产新工艺—QP
分别称 其为“ 高温形变诱导铁素体相变”与“ 低 温形变诱导铁素体相变”。

当获得大变形量的加工温度在A3以上时, 在A3以上奥氏体 是稳定的, 没有形变时铁素体是不可能出现的, 在A3以上 形变诱导铁素体析出, 可称之为高温形变诱导相变, 但这时 的铁素体是不稳定的, 随保温时间的延长,铁素体会逆相变 为奥氏体。 形变诱导相变机制突出强调了大变形量的作用, 即奥氏体 形变产生的缺陷、形变储能使奥氏体的自由能增加, 大大 降低了奥氏体的稳定性, 导致奥氏体向铁素体转变温度升 高。此情况可看作在铁素体与奥氏体的竞争中, 大的形变 有利于铁素体的形成。其理论意义在于在大变形的前提下, γ →α 相变发生温度可以高于平衡态的A3, 由此可以推知, 在经轧前急冷至较低轧制温度（如约500℃）时, 2种因素 的叠加作用将使相变过冷度比传统工艺大得多。
Auto Body - Advanced Vehicle Concept) -超轻
材料车身- 先进汽车概念计划,目标是通过在车身结
构上大量采用高强和超高强钢板,将车重降低19%～
32%。

另一方面，普通钢强度低，使用量大，导致生产中 的环境问题：据统计, 目前钢铁业对环境污染高达总量的
14 %。

（二）超级钢的概念

新一代钢铁材料-超级钢的主要特征是:在充分考虑经济性的条 件下，钢材具有高洁净度、超细晶粒、高均匀度的特征，强 度比常用钢材提高一倍，钢材使用寿命增加一倍。

高洁净度是指S、P、O、N、H元素的总含量小于0. 008%， 这样不但可提高钢材原有的性能，有时还可赋予钢材新的 性能。
二、形变热处理与超级钢的生产
（一）超级钢的开发背景 90年代，随着以互联网为代表的信息产业的发展，钢铁被认 为是“夕阳产业”——“钛时代”、“不锈钢时代” 【关键词】： 夕阳工业 中国钢铁工业 发展方向 【分类号】：F426.31 【正文快照】： 1 前言 当你打开报章杂志,当你出席各种 会议,当你看电视,听股评、看钢铁股价时,就会发现许多文章、 许多发言者、许多股评家都在说:“钢铁工业是夕阳工业”。这 种信息不断地涌入你的视野,灌入你的耳中,输入你的脑海。 1993年美国提出PNGV(Partnership for a new Generation of Vehicles)新一代汽车伙伴计划,由政府出资3亿美元,三 大汽车公司出资10亿美元,通过大量采用铝合金和镁合金等 来减轻汽车的重量以达到节约油耗的目的 。

GB700 碳素结构 钢
GB1591 低合金高 强钢
GB16270 高强钢
GB15712 非调质机 械结构钢
GB3077 合金结构 钢
化学成分
无合金元 素
200～300 300～600
微量合金 元素
300～400 400～700
合金元素 种类增多
400～700 500～900
中碳+微量 较多及多 合金元素 种合金元 素

超细组织是指晶粒尺寸在0. 1～10 μm之间。

高均匀度指的是成分、组织和性能很均匀，波动范围很小。
在钢的化学成分- 工艺- 组织- 性能的关系中，强调了组织 的主导地位，即其超细的微观组织表现出优异的综合性能。
（三）化学成分和冶金特点

超级钢具有低碳和低碳当量以及低的杂质含量，不仅有益
于其焊接性，同时也有利于改善钢的其它性能，如焊接接 头中HAZ和母材的韧性以及对氢致裂纹(HIC) 、硫化物应 力腐蚀裂纹( SSCC)的抗力等。
韧化机制： 如果合金元素提高强度，则导致韧性下降； 气体和夹杂物一般导致韧性下降； 晶粒细化：提高韧性； 沉淀析出：析出本身对韧性有害，但在形变时析 出相有阻碍晶粒长大的作用，需要平衡； 形变：一般降低韧性； 相变组织：控轧控冷技术改变了传统的铁素体-珠 光体组织的范围，出现了多边形铁素体-珠光体、 贝氏体、多边形铁素体-贝氏体、马氏体等基本组 织，对强度和韧性都有影响。需要根据性能、成 本来选择。 晶粒细化是唯一即提高强度又提高韧性的方法。