超细晶粒钢

实验方案和实验方法
高温拉伸实验
实验仪器：Gleeble-1500应力/应变热模拟机 实验方法：依据国家标准制备3个Φ10×100mm 拉伸试样，结果取其平均值。试验温度600℃～ 1350℃，以10℃/s的速度升到1350℃，保温1min 后以3℃/s的速度降低到试验温度，保温1min后以 ε=1.0×10-3/s的应变速率对试样进行拉伸至断裂， 每隔2s自动记录一组温度、载荷和时间的数据最 终在试样断裂后计算其断面收缩率以及抗拉强度。
间接
1500万t／年 450亿元
生态环境
研究现状
1997年
1998年 究”
“新一代微合金高强高韧钢的基 础研究”的国家攀登项目 “新一代钢铁材料重大基础研
项目（973项目） 863项目 “低成本，高性能超细组织结构 钢系列” 钢铁研究总院等 “先进钢铁材料技术国 家工程研 究中心”
超细晶粒钢高温 组织与性能实验分析
学 号： 8060120 学生姓名：李永进 指导教师：王 彪 2009年7月28日
选题背景
钢铁材料作为人类使用的最传统和最主要 的结构材料，其经济性和性能多样性的结合是 目前任何一类工程材料难以媲美的，并在今后 相当长的时间内仍将发挥主导作用。但同时也 应该看到，钢铁材料的生产正面临着能源、资 源和环境问题的巨大压力，同时也面临着其它 材料的激烈竞争。因此，从上世纪末开始，世 界上许多国家(如欧盟、日本、韩国、中国等) 陆续启动了旨在大幅度提高钢材的强韧性和使 用寿命的大型科研项目，掀起了新一轮钢铁材 料研究的热潮。
所需的条件
试验材料：Q235碳素钢 试验仪器： Gleeble-1500应力/应变热模机 金相显微镜 X射线衍射仪
主要困难及解决办法
实验室没有Gleeble-1500应力/应变热模拟机， 需要到其他单位做。 对X射线衍射仪设备的不熟悉，需要老师的 指导。 在实验过程中，必须严格按照仪器的使 用说明去操作，做到一丝不苟。与此同时， 要对个别实验因操作失误导致失败有所思想 准备，及时总结原因。最重要的是及时向指 导老师汇报自己的实验进展，请老师对自己 多做指导，提高自己的实际操作能力。
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抗拉强度随温度变化 面缩率RA随温度变化 最佳塑性区的确定（为连铸坯高温矫直 提供温度标准）

金相实验
实验仪器：金相显微镜 实验方法： 金相试样制备：取样－镶嵌－磨制－抛光－浸 蚀。制备6个厚度为10mm的试样，用金相显微 镜采集系统观察至清晰的组织并照相分析。 浸蚀剂：3%的硝酸酒精 浸蚀时间：20s
国家973项目
武钢
宝钢
鞍钢
首钢
攀钢
超细耐候钢 800MPa超细晶粒钢
400MPa级超 细晶粒热轧钢板
3.0 mm×1000 mm 超细晶粒钢
超细晶粒钢筋－淮阴钢铁公司
400MPa级非合金钢钢筋
主要研究内容
高温拉伸实验，得到应力－应变曲线， 分析断面收缩率和抗拉强度与温度之间 的关系；为后续脆性区的研究做准备。 用金相显微镜观察高温拉伸实验后基体 的组织，分析组织和性能之间的关系。 对高温拉伸实验后的基体用X射线衍射进 行测定，分析物相组成及组织和性能之 间的关系。
攀钢 3.0 mm×1000 mm×Cmm 规格的超细晶粒热轧钢板的显微组织
X射线衍射试验
实验仪器：X射线衍射仪 实验方法：取3个厚度为3mm的试样，采用CuKa辐射，波长λ =1.5406A，高压40kV，管电流 40mA。步进扫描速度4°/min，扫描区域2θ为 2°～90°，做出试样的X射线衍射图谱。根据 衍射花样，将待测物的衍射数据与JCPDS公布 的衍射数据进行对比，对物相进行定性或定量 分析，从而确定试样中的物相构成。
[7] 王国栋，刘相华，朱伏先，等．新一代钢铁材料的 研究开发现状和发展趋势[J]．鞍钢技术．2005，（4）： 1-2 [8] 宋立秋.800MPa级超细晶粒钢研究现状和发展趋势 [J]．特殊钢．2005，26（5）：1-5 [9] 董瀚. 超细晶粒钢及其力学性能特征[J]. 中国冶 金．2003，（10）：26 [10] GB/T 4338—1995，金属材料 高温拉伸试验[S].北 京，中国标准出版社，1995 [11] 宋立秋，侯豁然，左军，等，董瀚.超细晶粒钢的 显微组织[J]. 钢铁钒钛．2003，24（3）：33-35 [12] 常铁军，刘喜军主编.材料近代分析测试方法（第3 版）[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005：4， 36-38 [13] 杨明波主编.金属材料实验基础[M].北京：化学工 业出版社，2008：42-50，97-103，124-130
弥散强化
相变强化
固溶强化
形变强化
提高材料强度的同时，塑性降低
细化晶粒
同时提高材料 的强度和韧性
新一代钢铁材料 (超级钢)概念
超细晶技术
研究的目的和意义
晶粒细化 一个数量级 强度提高一倍 保持良好的塑性和韧性
满足钢铁材料综合力学性能 消耗最少的资源
国家973项目—新一代钢 铁材料重大基础研究
碳素钢、低合金钢和合金 结构钢等传统钢材的一半 直接

试样尺寸示意图
研究方法
高温拉伸试验的温度制度与形变制度
高温拉伸实验数据处理及结果分析
面缩率(RA)和抗拉强度()分别用下式计算：
A0 A RA 100% A0
Pmax b A0
式中：Pmax为拉伸时的最大载荷(N)； A0为拉伸前试样的截面积(mm2)； A为拉断后试样的截面积(mm2)
参考文献
[1] 李新城. 基于形变强化相变的微合金钢组织超细化 研究[D].南京.南京理工大学，2007 [2] 雷毅,许晓锋,余圣甫,等．面向高性能结构材料的超 细晶粒钢研究现状及发展方向[J]．中国石油大学学报 (自然科学版)．2007，31（2）：156 [3] 张西锋，袁守谦，魏颖娟．超细晶粒钢的制备原理 及技术[J]．钢铁研究学报．2008，20（4）：1-2 [4] 宋立秋. 碳素超细晶粒热轧钢板显微组织及力学性 能研[D].昆明.昆明理工大学，2007 [5] 干勇，董瀚. 先进钢铁材料技术的进展[J].中国冶 金.2004，（8）：3 [6] Ilaria Salvatori, Christophe Mesplont, Dirk Ponge, Rongjie Song, Andrew Smith. European Project on Ultrafine Grained Steels: Objectives and Results[J]. 钢 铁．2005，40（增刊）：75-79
进度安排、预期达到的目标
2009.07.29 -2009.08.29 2009.08.30 -2009.09.20 2009.09.21 -2009.10.11
2009.12.07
-2009.12.27
绘制应力－变曲线，计算延伸率δ 高温拉 和断面收缩率Ψ，分析断面收缩率 伸实验 和抗拉强度与温度之间的关系 ，为 后续脆性区的研究做准备 金相实 采集金相图片，观察试样的组织， 验 分析组织和性能之间的关系 X射线衍 得到X射线衍射谱线，分析试样的 射实验 相组成，并分析物相和性能之间的 关系 实验补 完成论文初稿 充结果