第一篇：先进钢铁材料技术的进展
先进钢铁材料技术的进展
钢铁研究总院先进钢铁材料技术国家工程研究中心董瀚
摘要：钢铁材料是不断发展的先进材料，它依然是本世纪的主要结构材料。先进钢铁材料具有环境友好、性能优良、资源节约、成本低廉的特征。本文从钢铁材料理论进展出发，评述微合金化钢、超细晶粒钢、氮合金化不锈钢、高质量特殊钢、钢材组织性能预报和材料信息化技术等重要的先进钢铁材料技术进展。
关键词：先进钢铁材料技术、微合金化钢、超细晶粒钢、氮合金化不锈钢、高质量特殊钢、钢材组织性能预报
WTHZRecent Progress in Advanced Steel TechnologiesWT(Yong GAN and Han DONG
Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China
National Engineering Research Center for Advanced Steel Technology, China)WTHZAbstractWTSteel is generally believed to be as one of the dominant structural materials in the 21st century due to its environmental benign, high performance, resource saving and low cost characteristics.The paper overviewed the newly developments in advanced steel technology.It was stressed on the important progresses of microalloyed steel, ultrafine grained steel, nitrogen alloyed stainless steel, high quality specialty steel, process modeling and steel database technology.WTHZKeywordsWTadvanced steel technology, microalloyed steel, ultrafine grained steel, nitrogen alloyed stainless steel, high quality steel, process modeling, steel databaseWT
一、引言
钢铁材料具有资源相对丰富、生产规模庞大、加工制造容易、性能多样可靠、成本低廉稳定、使用便利习惯和回收利用方便等特点，是基础设施建设、工业设备制造和人民日常生活中广泛使用的材料。目前和可预见的未来还没有任何材料能够全面取代钢铁材料，钢铁材料仍然是占据主导地位的结构材料，是社会和经济发展的物质基础。
经过人类不懈的努力积累和创造，在钢铁材料科学和技术上取得了巨大的进步。钢铁材料的宏观性能和微观组织结构之间的关系已逐渐清楚，可运用量子力学理论解释钢铁材料的某些宏观行为。人们逐渐地可以从理论出发设计和生产钢铁材料。铁水脱硫、转炉复吹、超高功率电炉冶炼、炉外精炼、中间包冶金、连铸、控轧控冷、微合金化等迅速进步的冶金生产工艺技术为钢铁材料的设计和生产提供了技术基础。而计算机等相关行业的技术发展也为钢铁材料设计和生产提供了先进的控制手段。纵观钢铁材料的发展历史，归纳当前钢铁材料精采纷呈的理论和技术的发展，人们不难得出一个结论：基于当前的理论和技术发展，钢铁材料本身在21世纪还会发生重要的变革，最终将会导致钢铁材料的性能显著提高，并将对整个社会发展起巨大的推动作用。先进钢铁材料的含义是：在环境性、资源性和经济性的约束下，采用先进制造技术生产具有高洁净度、高均匀度、超细晶粒特征的钢材，强度和韧度比传统钢材提高，钢材使用寿命增加，满足21世纪国家经济和社会发展的需求。
今天，先进钢铁材料技术发展表现在钢铁生产和应用的各个方面，全面和详尽的述及是不可能的。本文从钢铁材料学科的理论进展出发，结合市场发展的需求，论述微合金化钢、超细晶粒钢、氮合金化不锈钢、高质量特殊钢、钢材组织性能预报和材料信息化技术等当前重要的先进钢铁材料技术进展。
二、微合金化钢技术
在钢中添加微量（单独或复合加入含量少于0.1%）的合金化元素（钒、铌、钛等），形成相对稳定的碳化物和氮化物，从而在钢中产生晶粒细化和析出强化效果，使屈服强度较碳素钢和碳锰钢提高23倍的钢类称为微合金化钢。微合金化元素的作用与热变形密切相关。20世纪5070年代是微合金化钢的理论和技术取得重要进展的时期［1］。人们将HallPetch关系式应用于描述低碳钢和微合金钢的强度与晶粒尺寸的关系，提出了晶粒细化不仅有效提高钢的强度还可提高韧性，特别是改善韧脆转折温度。观测到含铌钢的屈服强度与晶粒尺寸关系明显偏离传统的HallPetch关系，并由此发现在铁素体中沉淀析出了非常微细的碳化铌、氮化铌或碳氮化铌沉淀相导致附加强化。这个期间值得提及的重要工作有：第二相阻止晶粒粗化原理的提出及微合金碳氮化物用于控制奥氏体晶粒；微合金碳氮化物在奥氏体中的固溶度积公式及微合金元素的溶解与微合金碳氮化物的沉淀规律；稀溶体中第二相的Osterwald熟化过程及微合金碳氮化物的粗化规律；微合金化元素对变形奥氏体再结晶行为的影响；微合金化钢的控轧控冷技术；微合金化钢中夹杂物对性能的影响规律和夹杂物改性控制技术；微合金化钢中渗碳体或珠光体对性能的影响规律及低珠光体钢和针状铁素体钢的研制开发；微合金化钢的组织—性能关系式与微合金化钢设计。标志性的国际会议Microalloying'75对这一时期微合金化钢的研究开发及生产应用工作进行了充分的总结［2］，确立了微合金化钢的地位和进一步发展的方向，使得微合金化钢成为重要发展方向。
20世纪80年代至今是微合金化钢产品的迅速发展时期，特别是90年代后期世界主要钢铁生产国相继制定和实施新一代钢铁材料研发计划，超细组织、高洁净度、高均匀度和微合金化是钢铁材料的最重要发展趋势，微合金化钢的研发获得了更为广泛的认同和重视［3］。这一时期的主要工作有：复合微合金化原理；微合金碳氮化物的沉淀析出次序；微钛处理控制奥氏体晶粒尺寸的原理及其应用；微合金碳氮化物在铁素体中的固溶度积公式及其在铁素体中的沉淀析出强化原理；奥氏体的变形热处理原理及控轧技术，特别是控制动态再结晶轧制技术的应用；微合金化钢连铸连轧生产技术；微合金化原理的系统理论；无珠光体钢乃至无间隙原子钢（IF Steels）；高等级石油管线钢；变形诱导铁素体相变（DIFT）技术与超细晶粒钢。
钛是早期微合金钢的主要微合金化元素。过去钢铁材料标准中均有许多含钛钢种，如我国的15MnTi、13MnTi、14MnVTi、20Ti、10Ti等。目前钛微合金化主要用于微钛处理（0.02%），利用TiN析出相的高温稳定性来控制奥氏体晶粒长大，改善钢的韧性和焊接性。钒在钢中主要起沉淀强化作用，加入量一般小于0.20%。钒微合金化一般不需要采用低温轧制，因此适合长形材及厚板等品种的开发。厚钢板、厚壁H型钢、微合金非调质钢等品种由于受轧机能力、变形量和孔型轧制等条件的限制，难以实现低温控轧。采用VN微合金化技术结合再结晶轧制，通过VN在奥氏体中析出诱导铁素体在奥氏体晶内形核，从而细化组织。铌在钢中的主要作用是细化晶粒、沉淀强化和相变强化。与其它微合金元素相比，铌对奥氏体再结晶抑制作用最大。利用铌的这一特点发展了传统控轧工艺（未再结晶控轧）以细化晶粒。轧制后未沉淀析出的铌（固溶铌）将在铁素体内析出，起沉淀强化作用。另外，固溶铌还能够降低Ar3温度，有助于获得贝氏体和针状铁素体。近年来，钢铁研究总院研究了铌在变形诱导铁素体相变中的作用机理，与武钢和本钢合作开发了含铌高强度耐大气腐蚀钢，使CuPTiRE和CuPCrNi系两类应用最广泛的耐大气腐蚀钢的屈服强度分别提高到400兆帕和500兆帕以上，与包钢薄板坯连铸连轧厂合作开发了X60管线钢和汽车大梁钢。根据经济建设的需要，结合我国资源，应当发展有中国特色的微合金化高强高韧钢。
三、细晶粒钢和超细晶粒钢技术
20世纪90年代后期以前，工业化生产的钢材的晶粒尺寸大多超过10微米。超细晶粒钢是当今世界钢铁材料理论和技术领域的研发热点。从20世纪90年代末开始，日本、韩国、中国和欧盟等国家先后投入力量进行超细晶粒钢的研发。日本材料研究院采用低温大变形和多轴压下技术，在实验室将铁素体晶粒尺寸细化到0.51微米［4］。韩国POSCO采用应变诱导动态相变(Strain Induced Dynamic Transformation)技术，在实验室轧机上将CMn钢和微合金钢的晶粒尺寸分别细化到45微米和2微米［5］。我国于1998年启动了翁宇庆负责的973项目“新一代钢铁材料的重大基础研究”，其主要研究内容是将目前广泛应用的铁素体—珠光体钢的屈服强度提高一倍，即碳素结构钢屈服强度从200兆帕级提高到400兆帕级，高强度低合金钢的屈服强度从400兆帕级提高到800兆帕级。我国的研究形成了以变形诱导铁素体相变为核心的细晶粒或超细晶粒形成理论和控制技术，实现了细晶粒或超细晶粒钢的工业化生产［6，7］。 为实现超细晶粒钢的工业化生产，日本川崎重工与中山钢厂采用异步辊轧制（SRDD）、机架间冷却和轧后快冷等技术建设了一条可低温大应变量变形的专业化超细晶粒钢生产线。采用低温大应变控制轧制技术可将低碳钢的铁素体晶粒尺寸细化至3微米，屈服强度提高到500兆帕。日本新日铁公司采用“先进TMCP工艺”进行表层超细晶粒厚钢板的生产。该工艺将变形、道次间加速冷却、终轧后加速冷却及轧制过程中变形热控制等技术结合，故称为“复杂TMCPs”技术。利用该技术，新日铁公司已生产出厚度为25毫米、表层铁素体晶粒尺寸2微米，深度达4毫米的表层超细晶粒钢板。该钢具有较高的强度、韧性和良好的抗疲劳和断裂等性能。
我国在开展新一代钢铁材料的基础理论研究工作的同时也安排了超细晶粒钢的工业化试制。其中重点安排了碳素超细晶粒钢扁平材和长型材的工业化试制。在长型材研发方面，利用普通碳素结构钢Q235化学成分，通过有效的工艺控制，钢的组织可细化至5微米左右，开发的带肋钢筋的屈服强度达到了400兆帕级，满足GB14991998标准的热轧带肋钢筋要求。在扁平材研发方面，宝钢与东北大学采对CMn钢利用低温轧制、加速冷却和低温卷取等技术，获得了铁素体晶粒尺寸约为5微米左右的铁素体—珠光体—贝氏体钢。钢板的屈服强度达到400兆帕级，同时具有良好的成形性能，已应用于一汽汽车大梁。攀钢和武钢与钢铁研究总院采用普通碳素结构钢化学成分，利用控制轧制、道次间加速冷却和轧后控冷等技术，获得了铁素体晶粒尺寸约为45微米的铁素体—珠光体钢［8，9］。钢板的屈服强度也达到了400兆帕级，钢板成形性能优异，已开始批量应用于东风汽车大梁。变形诱导铁素体相变现象和理论
变形诱导铁素体相变是指在钢的Ae3温度附近施加变形，变形中奥氏体能量升高，稳定性降低，从而导致相变。由于相变是在变形过程中，而不是在变形之后的冷却过程中发生的，因而又被称为动态相变。这种相变之所以引起人们的关注，一方面是因为它能够获得超细晶粒，另一方面是因为它具有较好的工业化前景。
变形诱导铁素体相变现象的发现始于20世纪7080年代，当时称为应变诱导/强化铁素体相变（SIFT/SEFT）。Yada等人较早系统地考察了这一现象：通过在1073K单道次变形或多道次连
续变形，可将0.111.0%Mn钢的铁素体晶粒细化至1(3微米。铁素体数量随变形道次的增加而逐渐增多，同时晶粒尺寸逐步减小，表明铁素体发生了动态再结晶。采用原位X线衍射技术证实了SIFT的存在。同时发现，相变可在钢的平衡相变温度以上发生，提高应变速率有利于SIFT进行。综合各种试验结果（组织观察、微区成分测定和应变应变曲线），Yada等认为SIFT是一个不涉及原子长程扩散的块状转变。DIFT相变的机制有待深入的研究。
在系统地研究温度、应变、应变速率影响规律的基础上，我们提出了以变形诱导铁素体相变(Deformation Induced Ferrite TransformationDIFT)作为描述这一现象的名词［10］。在实验室轧机上成功地实现了微合金钢DIFT轧制，并获得超细晶组织。通过1093K三道次变形诱导铁素体相变轧制，将低碳微合金钢0.09C0.29Si1.42Mn0.045Nb0.008Ti(wt%)的铁素体晶粒细化到0.92微米，屈服强度达到630兆帕。随着总压下量的增大，DIFT铁素体的体积分数增加，铁素体晶粒平均尺寸略有下降。DIFT后卷取使钢带的超细晶粒组织均匀，但是强度下降。固溶铌不利于DIFT，析出铌可促进DIFT，而且还可以阻止铁素体晶粒的长大。
四、氮合金化不锈钢技术 镍是当前多数不锈钢的主要合金化元素，不锈钢生产的快速增长导致了镍的紧缺。应用氮合金化可以替代不锈钢的镍元素，降低成本，提高性能。从20世纪20年代开始，人们发现在不锈钢中氮可以提高强度，后来又陆续发现其对钢的耐蚀性能有益。但氮作为合金化元素使用的最早报道是在1938年。阻碍氮作为合金元素使用的主要因素主要是氮的加入问题。在大气压强下氮在钢中的溶解度低，加入困难。20世纪50年代，由于当时镍的缺乏，促使了人们对铬镍锰氮和铬锰氮奥氏体不锈钢的研究。结果诞生了200系列的CrMnNiN不锈钢，氮含量大多在0.10%～0.25%范围内。60年代由于AOD炉外精炼技术的工业应用，使得氮的加入和控制问题得到了一定程度的解决。人们已认识到氮在显著提高不锈钢力学性能的同时，还提高钢的耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀性能如耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。
随着加压冶金技术的发展，氮可以较大含量固溶于钢中，并因此改善钢的性能。氮在钢中的作用再次被人们所广泛关注。目前国外已开发了多种高氮钢的冶炼技术，包括等离子冶炼、加压感应炉冶炼、加压电渣重熔冶炼、粉末冶金以及利用先进的计算机合金设计方法进行的常压下高氮钢的冶炼等。德国、奥地利、保加利亚等工业化生产和应用高氮钢。目前工业化应用的最大加压电渣炉已达20吨，最大工作压力达6兆帕，在奥氏体不锈钢中最高氮的加入量可达2.1%。
作为固溶元素，碳和氮均以间隙固溶的方式在铁素体（体心立方）的八面体和奥氏体（面心立方）的四面体中存在。当元素含量超过溶解度积后，碳和氮以化合物的形式析出。碳在铁素体和奥氏体中的析出规律已得到比较系统的研究，而氮由于在常规冶金条件下溶解度的限制，目前的研究还远没有系统化。氮在奥氏体不锈钢中含量的提高将极大地提高碳在奥氏体中的溶解度，氮和碳之间的这种交互作用可以促进碳在奥氏体不锈钢中的应用［11］。体心立方结构的钢中韧脆转变机制已明了，但提高氮含量而导致的面心立方的奥氏体不锈钢出现韧脆转变机理尚不明了。
氮合金化不锈钢发展的主要趋势有：①高强高韧钢。此类钢主要利用氮对钢力学性能的贡献，通过适当的冶金工艺和恰当的合金设计，将氮固溶于钢中，从而研制出超高强度、超高韧性的不锈钢。已经研究出固溶状态下屈服强度超过2000兆帕，冷变形状态下强度超过3600兆帕的超高强度钢。②以耐蚀性能为主的综合性能优异的不锈钢。此类钢主要利用氮对钢的耐蚀性能的贡献，并兼顾氮在力学性能上的影响，针对特殊的服役环境，研究出一系列新型超级不锈钢。③以节约资源、降低成本为主要目的的经济型不锈钢。此类钢利用氮对钢组织的影响，部分或全部替代贵重金属镍，使得钢在较低的原料成本下仍保持奥氏体组织，从而在性能上兼顾奥氏体钢的特点和氮对钢性能的作用。
我们正在开展氮合金化不锈钢的研究工作，其中有：高洁净度和高均匀度的氮含量控制在0.08%～0.12%的核级控氮304不锈钢，其耐蚀性能优于304不锈钢；高洁净度和高均匀度的氮含量控制在0.06%～0.12%的核级控氮316不锈钢，其耐蚀性能优于316不锈钢；氮含量0.35%～0.46%的含氮奥氏体不锈钢具有优良的力学性能、耐点蚀和缝隙腐蚀性能［12］；已工业化试生产出氮含量达0.6%的高氮奥氏体不锈钢，拟作为钢筋应用于耐腐蚀钢筋建筑。
五、高质量特殊钢技术 特殊钢在线软化退火处理
为了便于机械加工，按照传统冶金生产工艺流程生产出的特殊钢材，如冷镦钢、轴承钢、齿轮钢、弹簧钢、合结钢和碳结钢等需要先进行软化退火处理。利用轧制热进行在线软化退火处理，不需要离线重新加热，节能降耗效果显著。目前，许多国家相继开展了特殊钢的在线软化处理技术的研发，主要以高碳GCr15轴承钢的控轧控冷和在线球化退火处理为主，而对于中碳钢和中碳合结钢的研究工作有限。神户制钢第7线材厂在1999年进行了改造［13，14］，增加了超重负荷能力的减定径机组，并将输送线从原先的48米加长到100米，可实现低温轧制和较宽温度范围内的控冷。2001年他们在改造后的线材轧机上生产出在线软化的冷镦钢盘条。在线软化处理SCM435线材的强度低于800兆帕，而传统工艺生产的钢材强度大于900兆帕。用其进行球化退火，在达到同样珠光体球化率的情况下，节省等温时间45％。所生产的具有微细组织的S45C钢线材可实现快速球化退火。实现在线软化退火处理的技术关键是降低轧制温度和轧后控冷。对于中碳钢和中碳合金钢，结合轧后控冷，可得到较多体积分数的细铁素体＋球化或退化的珠光体的组织，其硬度较常规线材降低，断面收缩率提高，冷加工性能提高。传统高速线材轧机难以实现在线软化退化的主要原因是不能够进行低温大变形量轧制。
目前高速棒线材轧机多为20世纪8090年代所建，多数已进入更新改造期。其改造的重点是配备能实现低温轧制的超重负荷精轧机组，使其具有控轧的生产能力。对Steor控冷线进行设备改造和加长，更容易地实现控冷。特殊钢线材的在线软化处理属正在发展中的技术。我们正在对冷镦钢的在线软化处理技术进行研究，已经能够实现离线快速球化退火。特殊钢夹杂物控制技术
疲劳失效是钢制机械零部件的主要失效方式。影响疲劳性能的主要因素包括硬度、夹杂物和表面缺陷。通常改善疲劳性能的方法是减少易成为疲劳破坏源的夹杂物、表面缺陷和脱碳等。当采用工艺方法(如对线材或半产品采用车削、磨削等去皮技术)获得无表面缺陷和脱碳的光亮材后，进一步改善疲劳性能就需要控制杂质元素和夹杂物。
针对起源于非金属夹杂物的“鱼眼”型疲劳断裂，应控制钢中的非金属夹杂物使其无害化来提高的疲劳极限。可以降低钢中氧含量、细化非金属夹杂物的尺寸和控制其分布、减少非金属夹杂物的数量、对非金属夹杂物变性处理等。早期的工作侧重于降低钢中的杂质元素（特别是氧含量）来减少非金属夹杂物的数量，细化非金属夹杂物。日本大同特殊钢研究了采用ULO(超低氧)、ULO+UL〃TiN(超低氧+超低TiN)和VI+VAC(真空感应+真空重熔)等工艺生产汽车悬挂和气门弹簧用钢SUP6、SUP7及SUP12。钢中氧含量小于0.0011%，比常规RH脱气处理的0.0021%～0.0033%大幅度下降，从而使夹杂物数量和尺寸较RH脱气法显著降低。由于减少了B型和C型夹杂物，ULO钢的疲劳极限提高约100兆帕。采用ULO法冶炼的SUP6和SUP7钢的疲劳极限与SUP12钢处于相同水平。高纯净度ULO+UL〃TiN钢的疲劳极限显著提高，与VI+VAR钢的疲劳极限相近。ULO钢中的Al2O3和TiN夹杂物的尺寸明显小于常规处理钢中的夹杂物尺寸。在ULO+UL〃TiN钢的疲劳源上夹杂物出现的几率减少，成为疲劳源的夹杂物尺寸变小，而在VI+VAR钢的疲劳源处未观察到夹杂物。 由于不可能无限制地降低钢中夹杂物含量，并考虑到生产成本的要求，需要将降低钢中夹杂物含量变为使夹杂物无害化。控制夹杂物的成分在钙斜长石和假硅灰石之间的共晶成分，可降低熔点和使其软化。在热轧时可使夹杂物产生塑性变形而使其尺寸减小。夹杂物硬度与基体硬度相当可减轻夹杂物周围的应力集中。同时控制夹杂物数量和形态够明显提高弹簧钢的疲劳寿命。
目前的疲劳数据源自107周次以下的循环载荷试验。然而许多发动机、汽车承力运动、铁路车轮和轨道等部件需要承受108～1012周次的循环载荷而不发生断裂。在过去几年中，对于通常认为存在疲劳极限的高强度钢，仍有部件和结构在更高循环周次下发生疲劳断裂。这就需要研究高循环周次下疲劳断裂的现象和机制。
六、钢材组织性能预报和材料信息化技术长期以来，钢材加工工艺设计和生产控制大多建立在经验基础上。近年来，随着物理金属学理论和计算机数值计算技术的发展，人们研发了钢材加工过程模拟技术。近二十年来，过程模拟技术已经逐渐从对产品尺寸和表面质量控制延伸到了对生产过程中的组织演变模拟和产品的组织性能预报和控制。近年来，世界各国的学者开发了钢材组织性能预报和控制系统，如MM，SLIMMER，VAIQ Strip，METMODEL，STRIPCAM等。有的作为离线的模拟工具软件，有的已经应用到了热轧生产线上。组织性能预报技术的关键是建立钢材加工过程的定量模型。目前阶段组织性能预报技术以扁平材和长型材生产为主，可以延伸到管材生产。所涉及的钢种主要是CMn钢和部分高强度低合金钢。钢铁研究总院结合珠钢CSP生产线和宝钢厚板坯热连轧带钢生产线，已初步开发了系统模拟预测模型，有关组织演变、变形和传热机理的定量模型的进一步验证和优化在进行之中。
各工业国家重视材料数据库的建设。美国是世界上数据库工作最活跃的国家，仅材料数据库就有几百个。美国国家标准参考数据系统包括了数十个各类数据库，其中有材料力学性能、金属弹性性能、金属扩散、材料腐蚀、材料摩擦磨损、合金相图等材料数据库。西欧和日本等国也在加强数据库的建设，德国卡尔斯鲁厄的科技信息中心，设有一个庞大的科技信息网络，是欧洲的大型数据网络系统。该系统包括100多个数据库，主要涉及材料、物理、化等领域，如材料性能数据库，金属性能数据库等。日本的数据库建设起步较晚，多数开始于20世纪80年代初，目前已建起的各类数据库1000多个。目前各国先进的数据库已经互通联网，提供联机检索。
我国材料数据库技术的研究开始于20世纪80年代初期，目前有清华大学等建立的新材料数据系统库、北京科技大学等建立的材料腐蚀数据库、北京航空材料研究院建立的航空材料数据库、钢铁研究总院建立的合金钢数据库和军工钢材数据库等。我国的材料数据库数量比较少，在互联网络上目前很少有国内拥有的可以公开查询的数据库。
钢铁生产流程中的组织性能预报技术和信息化数据库技术都属于目前和今后的行业关键性共性技术，随着企业和整个社会对信息化技术的重要性认识程度加深和实际需求，上述技术必将有广阔的应用前景。
七、结语
必须看到，钢铁材料是一类不断发展的先进材科。无论是品种还是质量，21世纪的钢铁材料已经完全不同于从前的钢铁材料。伴随着需求变化和相关技术进展，21世纪的钢铁材料将会以质量高和多样化的面貌出现在人类面前。为了适应未来的社会和经济发展，应不断地运用新技术、新工艺和新装备，研发出环境友好、性能优良、资源节约、成本低廉的先进钢铁材料与相关信息化技术。
致谢作者的同事刘正东、刘清友、雍歧龙、苏杰、杨才福和杨忠民等教授级高工、惠卫军、孙新军、苏航和荣凡等高工近年来从事先进钢铁材料技术的研发，对本文的撰写提供了帮助，籍此致以衷心的感谢。参考文献
1.T.Glaan, The Physical Metallurgy of Microalloyed Steels, The Institute of Materials, 1997, London, 118.
2.M.Korchynsky ed., Proceedings of Microalloying 1975, New York，Union Carbide Corp.，1977.
3.雍岐龙，马鸣图和吴宝榕，微合金钢—物理和力学冶金，北京，机械工业出版社，1989.
4.K.Nagai, Second Phase of Ultra Steel Project at NIMS, Proceedings of Adanced Structural Steels 2004, Shanghai, China, April 2004, 1522.
5.W.Y.Choo, First Stage Achievements of HIPERS21 Project and Plan of Second Stage, Proceedings of Advanced Structural Steels 2004, Shanghai, China, April 2004, 2338.
6.翁宇庆，超细晶粒钢，北京，冶金工业出版社，2003.
7.Y.Q.Weng, Achievements of New Generation Steel Project in China, Proceeings of Advanced Structural Steels 2004, Shanghai, China, April 2004, 114.8.H.Dong, Ultrafine Grained Steels and Properties, Proceedings of Ultrafine Grained Steels 2001, Fukuoka, Japan, September 2001, 1825.
9.H.Dong, et al, Ultrafine Grained Steels and Their Properties, Proceedings of Advanced Structural Steels 2004, Shanghai, China, April 2004, 4759.
10.董瀚，孙新军，刘清友，翁宇庆，变形诱导铁素体相变—现象和理论，钢铁，38（2003）10，5667.
11.M.O.Speidel, From High Nitrogen Steels(HNS)to High Interstitial Alloys(HIA), Proceedings of High Nitrogen Steels 2003, ETH, Zurich, Swiss, March 2003, 18.12.H.Dong, et al, Development and Applications of Nitrogen Alloyed Stainless Steels in China, Proceedings of High Nitrogen Steels 2003, ETH, Zurich, Swiss, 2003, 5361.
13.T.Ikeda, Recent R&D Activities at Kobe Steel, Kobelco Technology Review, 25(2002)4, 12.
14.Y.Ichida, 21st Century Trends in Steel Wire Rod and Bar, Kobelco Technology Review, 25(2002)4, 37
第二篇：航空发动机先进材料高性能零部件制造技术进展
过去10多年中，IHPTET 等研究计划将低涵道比涡扇发动机的推重比逐步提高了60％以上，达到了10:1，而ADVENT 计划还在进一步实现变循环发动机技术的跨越；商用大推力大涵道比航空发动机也在控制油耗、改进效率、降低噪声、提高安全可靠性、削减研制生产成本等多个方面取得了重要进步。主要的航空发动机制造商——通用电气（GE）、罗尔斯·罗伊斯、普惠和赛峰等所取得的这些重大成就都与其在航空发动机先进加工制造技术中的不断进步密不可分。GE9X、GEnx、LEAP、Trent 1000 及PW8000 等新型航空发动机的试验研究和研制经历都表明，具有很高机械物理性能的新材料零部件的可加工性、可生产性的改善及其工程化应用，是航空发动机从机体结构减重和涡轮工作温度增高两方面提升性能，改进效率，取得持续进步的重要推动力。
新型复合材料风扇的加工制造技术 碳纤维增强环氧树脂复合材料风扇
大涵道比涡扇发动机的碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)风扇叶片加工制造技术已经日益成熟。如图1 所示，GE90 系列的大型CFRP 风扇叶片约有1.2m 长，经过超声切割技术精确加工的数百层碳纤维预浸料布，进行铺设后进行热压制成。风扇叶形经过先进的计算机三元流优化设计，榫头到叶尖的厚度逐步从10cm 降低到0.6cm，并采用钛合金（后改为合金钢提高强度）包边增强的方式，重量也仅有22.7kg。此类经过气动优化、大尺寸、少叶数的风扇已经显示了突出优势，GE90-115B的风扇叶片有22 个，GEnx降低到18 个，而GE9X又降低到了16 个，既扩大了涵道比、增大了空气流量，又减少了风扇系统的重量。由于通过外涵道排出空气所形成的推力占据了商用发动机总推力的70%~90%，因此，增大空气流量、减少风扇系统的重量，会带来更好的燃油效率。例如，GE公司指出GE90-115B 仅此就提高了约1.5% 的燃油效率[1]。CFM 公司LEAP 发动机的直径约3m，共用了18 个总重量为76kg 的CFRP 叶片，相比之下，CFM56 则有36 个总重高达150kg的钛合金叶片。新的碳纤维三维编织/ 树脂传递模塑成形（RTM）制造工艺可以进一步提高风扇叶片的强度，因此，新一代GEnx及LEAP 发动机上都将采用这一技术制造风扇叶片。斯奈克玛公司为LEAP 发动机CFRP 风扇叶片开发的碳纤维三维编织/RTM 制造工艺中，长度以千米计的碳纤维进行三维编织后经超声加工方法制成预制体，再在专门开发的RTM 模具中注射树脂并进行热压固化制成叶片（图2）。叶片的成型过程需要24h，然后再进行钛合金包边并完成LEAP 发动机风扇叶片的最终加工[2]。不过，普惠等公司开展的一些试验也表明，为保证零件强度——例如防鸟撞，CFRP 材料风扇叶片要做的比传统钛合金叶片相对厚一些，这会降低发动机的气动性能。因此，在直径较小的发动机上采用超塑成形/ 扩散连接（SFP/DB）工艺制成风扇叶片的优势仍然存在。这样，风扇叶片可以做的较薄、强度够、气动性能也好。CFM 也在进一步将碳纤维增强环氧树脂复合材料（CFRP）制作的风扇机匣在LEAP 发动机上进行测试。2 金属基/ 陶瓷基复合材料风扇
金属基/ 陶瓷基复合材料（MMC/CMC）风扇的研发也一直在深入开展。MMC/CMC 材料比CFRP 具有更好的强度、刚度以及高温性能，因此，在发动机上多种类型的零件都有较好的应用前景。GE 公司在GE9X 的技术验证评估中认定，CMC 材料轻质高强的特点使得他们能够在与现有GE90 的CFRP 风扇叶片相同强度的情况下，可以做得更薄，并减少到16 个风扇叶片，这有望将发动机效率提高10%。罗尔斯· 罗伊斯公司也在一个名为UltraFanTM的项目中对新型C/Ti 复合材料叶片进行验证，计划在未来一代大型发动机上替换SPF/DB 钛合金风扇叶片。他们预期，如果未来将风扇及机匣都替换为此类C/Ti 复合材料，将有望使发动机减重700kg。3 新型复合材料风扇的零部件加工制造工艺 如何进一步提高新型复合材料的可加工性，以稳定的工艺方法确保表面完整性并降低零件的疲劳破坏概率，仍然是夯实航空发动机新型复合材料工程应用的前提和基础。由于复合材料的内部微结构较常用合金材料要特殊得多，其组成成分构成比较复杂，相对于基体材料，增强相（纤维或者颗粒增强体）的硬脆性高、可加工性普遍很低；运用传统车铣等加工方法时，切削力不稳定、刀具磨损太快、表面完整性差，有时候还会导致纤维和基体结合面上发生纤维拉出、脱开等损坏。近年来，非传统加工方法在CFRP 零件加工上的应用取得了明显的效果，如图3、4 所示。超声切割、激光切割等方法已经成为碳纤维预制体加工中的重要手段，而水射流加工（包括高压水加工、磨料水射流（AWJ）加工等）在CFRP工件的材料去除上有更好的成本效益，旋转超声加工(RUM)则在CFRP/Ti 合金的叠层结构制孔上比较有优势。因此，近年来CFRP 零件在风扇等冷端零部件上的应用与其加工制造工艺的逐渐稳定成熟有直接的关系。不过对于金属基/ 陶瓷基复合材料（MMC/CMC）而言，其工程性能更高，但是，制成工艺也更难。MMC/CMC 零件制成工艺的稳定性还有待进一步提高，以SiC复合材料为例，尽管已经开展了多年的密集试验研究及验证测试，如何克服硬脆特性，实现高表面完整性和精度的加工，还是摆在其加工机理研究中的一个核心问题。钛合金压气部件的加工制造技术 钛合金的精密高效加工技术
钛合金材料在航空发动机中有极其广泛的应用，特别是用以生产压气机等冷端零部件或结构件。其中，中等强度高损伤容限型钛合金Ti-6Al-4V 因在耐热、强韧、耐腐蚀、抗疲劳及可加工性方面具有较好的综合性能而占据主体地位。Ti-6Al-4V 材料零件加工制造技术在欧美发达国家、俄罗斯及我国都经过了几十年的研究及广泛应用，当前技术研究重点集中于如何高效率地实现高精度、高表面完整性和高性价比的钛合金零件加工，如图5 所示。新一代的刀具，如超细晶粒硬质合金刀具、无粘结剂微晶粒立方氮化硼（CBN）刀具等的技术验证研究都表明：通过合理采用切削参数，如微晶粒CBN刀具加工试验中选择切削速度约为400m/min，进给速度约为0.01mm/r，能够将钛合金的切削效率显著提高，并实现更高的刀具寿命[3]。当然，对于钛合金高速切削加工技术仍有待深入探索，例如，表面氧化、烧伤及不合理的残余应力等影响表面完整性的情况对切削工艺条件，包括主要加工参数、切削液等，都非常敏感。能否发展少或者无冷却液的加工技术，如何实现高速切削又少磨损等成为研究的重点。无余量精密锻造压气叶片的加工制造技术
无余量精密锻造转子叶片技术也是航空发动机钛合金零件制造及应用的重要发展趋势之一。通过无余量精密锻造工艺直接形成叶片的复杂曲面，能大幅度改善叶身在高温、高压及高速旋转条件下的抗疲劳性能和有效工作寿命，如图6 所示。当然，钛合金转子叶片的无余量精密锻造工艺要远比普通的模锻技术复杂，成本也要高出数倍以上。同时，此类叶片的榫头部分的精密加工是一项技术难题。由于叶身所具有的自由曲面及薄壁特性，以无余量成形的薄壁曲面叶身为零件的定位夹紧、加工测量基准时，容易出现过大的偏差及变形，精度不易保证。传统上用于无余量精密成形叶片加工的方法是使用低熔点合金浇注方式形成过渡基准，把叶身曲面点定位转换成规则的面定位，再进行加工。但这种工艺存在非常明显的缺陷，包括基准转换与定位误差扩大、加工过程中零件表面污染、工艺链长效率低等。西方先进的发动机制造企业已经基本淘汰此类技术，转而应用基于多点定位支撑方式、“安装/ 检测/ 优化”集成控制的自适应保形精密加工技术，通过工装与机床刀具之间实现自适应数控联动，以最大限度地保障加工精度和表面质量。3 钛合金整体叶盘的加工制造技术 钛合金整体叶盘制造技术也是一个极其重要的技术领域，如图7 所示。整体叶盘在小尺度紧凑结构的发动机上有重要应用。例如，小涵道比的EJ 200 发动机上就采用了6 个整体叶盘，包括一个带有大扭转率的宽弦叶形风扇叶盘。常用加工方法包括对整体盘坯进行铣削加工、电化学加工（ECM）方法加工等，水射流（WJC）加工方法在叶盘去余量粗加工中也有应用（余量可以高达几十mm，甚至加工出某些三维轮廓）。对于有更高性能表现的双性叶盘而言，通过线性摩擦焊（LFW）将叶盘与精密锻造的叶片进行连接，从而形成整体结构，也是一项有重大意义的工艺。表面强化工艺能极大地增强零件抗疲劳、微动磨损及应力腐蚀的能力，罗尔斯·罗伊斯公司发展的激光冲击喷丸（LSP）强化技术，通过钕玻璃激光器产生1000MW 峰值功率及百万磅/平方英尺的压力波，能在钛合金叶片表面形成1.0 mm 深的压应力层，大幅度提升叶片的工作性能。热端部件的新材料应用及加工制造技术 新型伽马钛合金零部件
新型伽马钛合金（γ-TiAl）如图8 的二元相图所示，是一种极其复杂的金属间化合物，在耐高温、结构强度、抗腐蚀性以及阻燃（抗钛火）性能上有很好的表现，高温工作性能与Inconel718 镍基合金接近，但密度只有其一半。因此，γ-TiAl合金零部件近年来已经成为航空发动机研制中的热点之一[4]，逐步在热端零部件上得到应用，例如GE 公司在GEnx-1B 发动机上已经采用γ-TiAl合金（Ti-48-2-2）制造低压涡轮的最后两级叶片[5-6]，如图9 所示。不过，γ-TiAl合金的金属延展性、损伤容限都比较低，脆性也大，传热性能低也比较黏，可成型性（如铸造等）及可加工性都较差。相比之下，用它来替换的常用镍基高温合金，如Inconel718，则在延性和塑性变形方面工艺性更好，加工工艺也更成熟。因此，γ-TiAl属于典型的难加工材料。罗尔斯·罗伊斯公司对γ-TiAl合金零件的可加工性、多种加工方法开展了多年的加工制造验证性研究也表明，在铣削、车削、磨削、钻孔、EDM 以及抛光过程中，加工表面的完整性一直是关键难点之一，加工工艺参数选择不当会导致零件表面缺陷较多，在较薄结构上出现崩碎、尖锐边以及裂纹等问题，刀具的磨损问题也更突出。近几年，美国矿物、金属和材料学会（TMS）也召开数次γ-TiAl合金技术的国际学术会议，以期望从材料属性、工艺参数及加工方法等变化出发，探索与表面完整性破坏（如表面划伤、表面烧伤、微裂纹、切屑瘤、残余应力等表面缺陷）之间的内在作用与联系，并进而寻求在γ-TiAl的机械加工过程中提高疲劳性能和抗应力腐蚀性能的方法。2 新型高温合金零部件
近年推出的ATI718Plus 超级合金也在高温零部件制造上有很大的应用前景。ATI 718Plus 作为一种低成本合金材料，工作温度较传统的Inconel718 合金提升了55℃，强度、可制造性等与传统Inconel718 相似。718Plus 合金制造的热端零件能够比Waspaloy及其他类似高温合金承受更高的强度，可成形性及可加工性、耐磨损性等也相对好些。因此，罗尔斯· 罗伊斯公司已经开始在发动机上运用基于这种更佳性价比材料的转子及静子部件、紧固件等进行技术验证。在关键的单晶超级合金高压涡轮叶片制造上，国外第二代（如Rene N5、CMSX-
4、PWA1484）、第三代（如Rene N6、CMSX-10）的单晶超级合金经过多年发展，零部件精密铸造、涂层技术、加工工艺等已经比较稳定，如Meyer Tool 公司制造的涡轮导向叶片，能够达到± 0.01mm 的加工误差和R a 0.2 的粗糙度。这在各类主力发动机上都得到了广泛应用。GE90 发动机上采用的导向叶片是用Rene N5 制造的，在约1500 ℃的涡轮进气温度（TET）通过了18000 个循环的耐久测试（近似于6~7 年的商业化飞行服务）。各类高性能超级合金材料在GE 发动机热端部件上的综合运用，也将排气温度（EGT）提高了约20 ℃。能在长时间高温度下工作，强度及微观结构的稳定性都比较好的单晶高温合金ReneN6、MX4[7-8]都在进行深度工程验证后也陆续投入到了发动机型号应用上。由于单晶合金制成的高压涡轮叶片要长时间暴露于1300℃以上的高温气流之中，因此，不仅需要复杂的内部冷却气流通道，还要在表面使用特制的低热导率热障涂层(TBCs)。然而，沉积了TBC 涂层之后继续精密加工气膜孔的工作变成了一项极其困难的任务——既要在极难加工、高硬度、低热导性TBC 和单晶超级合金基体上制孔，又要保持小孔的表面完整性防止裂纹。GE/Synova公司合作发展了能够精密地穿透TBC 材料，加工出高质量气膜孔的Laser MicroJet微孔加工技术[9]。陶瓷基高温复合材料零部件
陶瓷基高温复合材料（CMC）的强度、刚度、高温性能等都非常好，材料密度又较低，在发动机热端零部件上具有极大的研究和应用前景。NASA、GE 及PW 公司都注意到了熔渗法制备的碳化硅连续纤维增强陶瓷基复合材料（Melt Infiltrated SiC/SiC CFCC）制成的零部件具有较好的热导率、抗热冲击、抗蠕变性等，在高温环境下对冷却空气的需求（比高温合金材料）更小，未来有极高应用潜力[10]。不过由于在1200℃的高温空气（含水蒸气等）下，SiC陶瓷材料存在氧化反应，因此，他们发展了一种环境阻障涂层(EBC)[11]（图10），以等离子喷涂技术在火焰筒内层制成了包括125μm 厚的Si 粘结层、125μm 富铝红柱石（Mullite）中间层和125μm 厚的BSAS 表面层。GE公司在GEnx发动机的验证试验中测试了包括内外火焰筒、第一级高压涡轮罩壳、第一级导向叶片、第二级导向叶片等零件，这些碳化硅连续纤维增强陶瓷基复合材料零件在高温实验中展现了极高的抗氧化性（如图11），预示了将来的巨大应用前景。GE、罗尔斯·罗伊斯公司联合开展的F136 发动机项目上进行的技术试验也表明，SiC颗粒增强复合材料制作的低压涡轮叶片比以前的镍基合金叶片大幅减重，同时耐高温性好减少了对冷却气体的使用，有望显著改善发动机的推力和使用效率。高温合金材料的蜂窝结构的使用也有望进一步提高涡轮的结构工艺性、降低重量并提高冷却效率。GE 公司在涡轮导向叶环上安装了高温合金蜂窝结构，在GE、Campbell 合作开展的研究中，能够用VIT-CBN 砂轮和特制的高压冷却液加工蜂窝结构材料，达到极高的品质和公差水平，没有毛刺和碎屑连接在零件上，从而极大减少了后续工序，提高生产效率。
结束语
在航空发动机中广泛使用更高的比强度、高温性能、性价比等机械物理性能的CFRP/CMC/MMC 复合材料、γ-TiAl金属间化合物及新一代超级合金等材料制成关键零部件，是航空发动研制与性能提升的重要发展趋势。但是，只有经过深入地制造工艺探索并在极其严格的技术验证过程中证明了零部件结构及其工艺方法的可靠性及成本有效性之后，先进性能的材料及其零部件的制造工艺才能真正成为航空发动机先进制造技术发展的助推器。当前，我国航空发动机先进制造技术既面临着宝贵的发展契机，又承受着巨大的发展挑战。深入探索新型高性能材料的基本性质、理清零部件制造的工艺特点，从理论本质和工程技术两个层面掌握零部件先进加工制造技术的内涵，是推动我国航空发动机先进制造
技术发展的关键所在。在此基础上，进一步重视将技术研究成果向工程化生产线凝聚，重视系统性的集成应用也是不可或缺的环节。例如，德国MTU 公司的工作表明：优化整体的工艺链并实现生产线工艺集成、功能集成（如将原来的外部非加工工序包括喷丸、检测等投入在线应用），形成良好的工艺组织管理能力，能够降低55% 的质量缺陷和缩短25% 的制造周期。因此，应将发动机关键零部件的先进加工工艺技术研究与应用作为航空发动机产业“强化基础、提高能力”的一项关键环节，从基础理论、关键技术和工程体系协作发展的角度促进我国航空发动机关键零部件先进加工制造技术的跨越发展。
第三篇：口腔医学技术进展
口腔医学技术前景分析
口腔医学技术专业是培养掌握口腔医学的基本理论和口腔治疗技术与工艺技术的基本操作技能，从事口腔疾病的治疗以及牙齿整复和整形技术工作的高级技术应用性专门人才的专业。此类人才毕业后一部分于义齿加工厂中从事义齿加工；另一部分则于医院从事口腔助手等工作。
随着经济的发展，人们日益重视口腔的健康和美观，对齿科的需求也越来越高，因此也带动了齿科行业的发展。技工士和牙医是口腔行业的两大支柱，技工士从事的是严谨和精密的修复工作，作出一颗或一付成型而且有益于健康的牙齿，因此义齿加工厂和技工士在齿科行业中是极其重要的一个环节。
现在国内已有些义齿加工厂技术水准和其他综合指标已能得到国外口腔界的认可，已能承接国外的义齿加工件。在宏观的大环境下，随着中国加入WTO以及全球经济一体化进程的加速，同时自身的行业规范程度不断提高，有理由相信中国能成为世界的烤瓷义齿加工中心。
随着加工行业在中国的不断发展，这个行业对技工的需求不断加大。随着人们对口腔健康和美观的日益重视，对义齿质量的要求不断提高，这就对技工的制作水平及整体素质提出了更高的要求。中国早期的技工一般以“师傅带徒弟”的传统带教方式成长，所以总体技术水平也普遍偏低。所以，高等院校毕业的专科人才无论是在技术上还是整体素质上要普遍比没有系统学习过口腔知识的技工的竞争力强。
国内义齿加工的市场化运作从九十代初的华南率先开始，至今已发展了十多年。目前沿海的义齿加工行业较内地的义齿加工发达，技术熟练程度也相对较高，所以国内的义齿加工厂主要密集的集中在华东和华南。在中国东部沿海地区，医院一般已不承接义齿加工了，而是转而将其外包给专门的义齿加工厂制作，这是义齿加工行业发展的必然趋势。因此，义齿加工行业的发展前景广阔，也可说这是一个发展迅速的新兴行业。随着，材料和技术的不断发展更新加上义齿加工行业的整体发展，谁又能否认口腔医学技术专业人才不会成为下一个抢手的“香饽饽”呢？
每年口腔医学技术专业的毕业生中有很大一部分人选择在医院工作，充当医生助理或口腔护士的角色。按照卫生部要求，我国医院的医生和护士的比例是1：2，重要科室医生和护士的比例应是1：4。而目前全国1:0.61的医护比例远远达不到卫生部的要求，与1:2.7的国际水平相差很大，与发达国家1：8.5的比例相差更远。因此，口腔助理和护士的需求量是很大的。
口腔医疗服务效益状况 随着农村经济的发展和乡村城镇化，城市口腔诊所、综合医院口腔科、专业口腔医院这几年发展快，分布广。随着人们对口腔健康的重视程度日益提高，口腔医院接诊的病人数量的不断增加，接诊的病患的病情分类得日趋多样化，这对医院运行的效率提出了更高的要求。结合目前口腔科护理人才的短缺情况分析，这一行业的发展前景是乐观的。
口腔科的助手和护士都必须具备熟练的专业技能和良好的沟通能力。现代的医患关系是复杂的，我们充当病人与医生之间沟通的桥梁，这是我们的职责之一。口腔科与其他科室的区别之一就是口腔科每天接诊病人多且复杂，病人流通性强。这就在无意中加强了我们的工作量，这另一方面也反映了沟通工作的重要性。
做一个合格的口腔科助手（护士）还要具备一定的专业技能；
口腔科护士（助手）职责
一、在门诊护士长的领导下进行工作。
二、负责口腔科开诊治疗前后的准备工作。
三、协助医生进行口腔手术、洗牙、处置等。
四、负责口腔科整洁、安静，维持就诊秩序，在诊疗期间，做好口腔科的卫生宣教。
五、按要求做好口腔科消毒隔离工作，防止院内感染的发生。
六、认真执行各项规章制度和技术操作常规，严格查对制度，做好交接班，严防差错事故。
七、负责领取、保管科内药物，器械保养口腔治疗椅及其他物品。
经常观察口腔科内就诊病人，发现异常要立即报告当班医生，配合处理。
当然其中最重要的是要能配合医生完成四手操作，准备器械等。
现在，口腔技术的发展日新月异，无论是设备还是材料、药品的更新换代的速度都是很快的，这就要求我们必须保持信息的高度畅通，及时查漏补漏，俗话说的好，活到老，学到老。例如，纳米技术在口腔领域的应用：麻醉剂给药方式的改变、纳米技术与人工牙、纳米技术与充填材料、纳米DNA探针等。总之，纳米生物技术的兴起，提高了人们对“纳米医学”、“纳米牙医学”等新理念的理解和认知，也为口腔疾病的诊断、治疗及材料选用逐步实现纳米化展现了广阔的美好前景。又如，种植牙技术的不断发展与应用。
口腔科的设备也在不断发展更新，例如：无线口腔内窥镜，SD卡口腔内窥镜等。近年来，随着人们对美观要求的提高，口腔牙体美容发展迅速。常见的口腔美容手术包括：牙齿正畸，牙齿矫正，洁牙洗牙，牙齿美白等。
总而言之，无论是技工方向还是临床方向，最关键的是要提高自身的专业素养。口腔行业的发展前景是光明的，只要把握机遇，准确定位，那么就业不是问题，更好的发展只是时间问题。
09口腔1班 41号叶淑燕
第四篇：先进钢铁材料讲义1
第1章
绪论
1.1钢铁材料的现状和发展趋势
钢铁材料具有资源相对丰富、生产规模庞大、加工制造容易、性能多样可靠、成本低廉稳定、使用便利习惯和回收利用方便等特点，是基础设施建设、工业设备制造和人民日常生活中广泛使用的材料。目前和可预见的未来还没有任何材料能够全面取代钢铁材料，钢铁材料仍然是占据主导地位的结构材料，是社会和经济发展的物质基础。
经过人类不懈努力积累和创造，在钢铁材料学和技术上去的了巨大的进步。钢铁材料的宏观性能和微观组织之间的关系已逐渐清楚，可运用量子力学理论定量解释钢铁材料的某些宏观行为。人们逐渐地可以从理论出发设计和生产钢铁材料。铁水脱硫、转炉复吹、超高功率电炉冶炼、炉外精炼、中间包冶金、连铸、控轧控冷、微合金化等迅速进步的冶金生产工艺技术又为钢铁材料的设计和生产提供了技术基础。而计算机相关行业的技术发展也为钢铁材料设计和生产提供了先进的控制手段。纵观钢铁材料的发展历史，归纳当前钢铁材料精彩纷呈的理论和技术的发展，人们不难得出一个结论：给予当前的理论和技术发展，钢铁材料本身在21世纪还会发生重要变革，最终将会导致钢铁材料的性能显著提高，并将对整个社会发展起巨大的推动作用。
先进钢铁材料的含义是：在环境性、资源性和经济性的约束下，采用先进制造技术生产具有高洁净度、高均匀度、超细晶粒特征的钢材，强度和韧度比传统钢材提高，钢材使用寿命增加，满足21世纪国家经济和社会发展的需求。
钢铁材料是不断发展的新材料。尽管钢铁材料的产生可以追溯到4000年前，但当代的钢铁材料的内涵与3500年前的钢铁材料相比发生了根本性的变化，与19世纪后期以Bessemer炼钢技术为代表的近代钢铁生产技术所生产的钢铁材料相比发生了显著的变化。在欧洲，目前汽车上应用的钢铁材料80%均为近10年来所研制开发生产的新型钢铁材料。同时，正是由于钢铁材料属于传统材料，处于工业化发展阶段的国家将由于发展需要而不断建设投产形成新的生产能力，而处于后工业化社会的钢铁发达国家的过剩生产能力也希望继续发挥主要，因而在钢铁材料是生产质量和技术性能方面的竞争将非常激烈。因此，钢铁材料是高技术化是其市场竞争和科学技术进步的必然发展趋势。
此外，目前生产使用的多数钢铁材料的使用性能和技术指标均有待进一步提高，绝大多数钢铁材料的洁净度和均匀度不高，组织控制很难达到理想目标。新世纪的高层建筑、深层地下和海洋设施、大跨度重载桥梁、轻型节能汽车、石油开采和长距离油气输送管线、大型储运容器、工程机械、精密仪器、船舶舰艇、航空航天设备、兵器装备、高速铁路、核工业生产设备、水电和火电能源设施等钢铁材料用户都对钢铁材料的使用性能好技术指标提出了更高的要求，需要钢铁生产企业提供性能高、使用寿命长和成本低的新型钢铁材料。另一方面，社会的发展对钢铁的生产、加工、使用和回收等环节提出了节约能源、节省资源、保护环境的要求。因此，经济建设和社会发展也迫切需要先进钢铁材料。
1.1.1我国钢铁材料的现状
改革开放以来，随着市场的需求，就我国钢产量和消费量不断增长。从1996年起，我国钢产量和消费量连续多年位居世界第一。2006年，我国钢的年产量达到了4.2亿吨左右，人均钢产量也超过了世界平均水平，我国生产的钢铁材料的数量和品种规格已基本上可满足国内的经济发展和国防需求。
同时，我国钢铁材料的生产技术水平也明显提高，在连铸连轧技术、高炉喷吹煤粉技术、转炉溅渣护炉技术等方面进行了深入的自主研制和引进消化并二次开发的工作，达到或接近了国际先进水平，使钢铁生产的技术经济指标显著提高。如连铸连轧技术及相关工艺设
备获得快速发展，由此导致钢的综合成材率大幅度提高。我国自主研发的高炉喷吹煤粉技术的迅速发展和大量采用，高炉吨钢喷煤量提高使得高炉入炉焦比降低。
然而，我国钢铁材料的总体技术水平和生产质量水平目前仍处于中等水平，距世界先进水平尚有一定差距，特别是高附加值的钢铁产品生产方面差距更大。目前我国每年仍然从国外进口数千万吨钢材，其中多数进口钢材是国内无法生产的高技术化钢材。我国目前仍无法稳定生产汽车、输油管线、高层建筑、工程机械、机械设备、化工设备等先进装备所需要的先进钢铁材料。
与工业化国家相比，我国钢铁材料高技术化发展方面的突出问题是：
（1）钢铁材料洁净度和均匀度需要大幅度提高。钢铁材料中的杂质元素和夹杂物对其韧塑性、疲劳断裂性能、表面质量有很大的危害，而杂质元素、夹杂物和钢中第二相甚至基体组织的非均匀分布则严重影响钢材性能的均匀性和等向性。因此，显著降低钢中杂质元素的含量、严格控制最大夹杂物尺寸、控制和改善夹杂物及大颗粒碳化物或氮化物的形状与分布、改善和提供钢中显微组织的均匀性，对钢铁材料性能的提高具有十分重要的作用。
（2）钢铁材料长型材与扁平材的比例需要调整。我国钢铁材料目前最大的消费量是建筑用钢（不包括石油管线钢和铁道钢轨），约占钢材总消费量的50%，而建筑用钢主要是以棒线材为主的长型材，再加上长型材的市场技术较扁平材要简单，由此导致我国钢铁企业对长型材的生产能力不断增大而扁平材的生产能力相对不足，目前我国进口钢材主要是扁平材。然而，随着国民经济的发展特别是建设世界制造大国和强国战略的实施，机械、汽车、船舶、家电、运输等行业将逐步成为钢材消费量增长最快的行业（工业发达国家中汽车制造业是钢铁材料的最主要用户），对高质量扁平材的需求量将迅速增大。因此，必须对我国钢铁材料长型材的生产比例进行合理的调整，在此过程中必须进行深入研究和解决扁平材生产中的特殊技术问题如表面质量的控制、横向性能的保证、超厚板材及大尺寸模块的等向性等。
（3）合金钢比例需要提高。合金元素的合理加入对钢铁材料的性能具有相当重要的影响，但由于以建筑用钢为主的生产格局和部分合金元素的资源限制，我国钢铁材料生产中合金钢的比例明显低于工业发达国家，如微合金钢的生产比例在工业发达国家已达到15%左右而我国仅为3%-5%，由此导致很多高性能高质量的钢材品种不能生产。因此，适当提高我国合金钢的生产比例是相当重要的，鉴于资源的制约，首先可考虑提高微合金钢的生产比例。
（4）钢材内部质量和表面质量亟待提高。高附加值钢铁产品均要求具有很高的钢材内部质量和表面质量，而我国在这方面更是存在明显差距。轿车面板用钢和以表面装饰性为主要使用性能的冷轧不锈钢板是非常典型的例子，由于表面质量存在一定问题，我国高档产品目前仍主要依靠进口。
总之，由于我国钢铁材料与国际先进水平之间存在明显差距，不仅制约了高附加值钢铁产品的生产，同时还明显制约了后续加工工业甚至整个产业链的健康持续发展。例如，过去我国生产的不锈钢的表面质量低，明显影响了不锈钢的耐蚀性和装饰性。国外在20世纪60~70年代已大量生产不锈钢，抗晶间腐蚀合格率达98%，但是个别钢厂生产的1Cr18Ni9Ti钢的晶间腐蚀合格率只有85%~90%，其主要原因是钢材化学成分波动较大、固溶温度偏高而导致晶粒粗大等。过去我国冷轧不锈钢板的成型性和抛光性较差，近期，随着我国不锈钢生产装备和工艺技术进步，不锈钢质量得以大幅度提升。
1.1.2钢铁材料的发展特点和趋势
未来满足不断增长的市场需求和相关产业的发展需要，当前先进钢铁材料的发展特点和趋势是：环境友好、资源节约、性能优良、成本低廉、品种规格多样化、理论和技术研究不断深入等。
（1）高性能钢铁材料研发
人们使用材料主要是使用其相关的性能，任何一种材料的存在与消亡均取决于其性能是否能满足需求以及性能价格直逼是否占优势，当材料的使用性能是其他材料不能达到而相应的产品又必须具有该性能时，这种材料将是不可替代的。而当多种材料均可满足相应的性能要求时，则性价比较高的材料具有竞争优势。因此，提高材料的性能使之满足材料用户不断提高的性能要求，始终是材料发展的主流方向。
采用新工艺、新技术和新的检测技术，经济地生产以高洁净度、高均匀度、超细组织及高精度为特点的高强度、高韧性、长寿命钢铁材料，是先进钢铁材料的主要发展方向。世界各钢铁发达国家在20世纪末均开展了超级钢（或称为新一代钢铁材料）的研究工作，使得用量最大的钢铁材料的强度性能大致提高一倍而韧塑性基本保持不变。而目前正进行的工作则希望使其使用寿命大幅度提高。这方面目前正积极开发的主要包括高洁净度冶炼技术、精炼技术、夹杂物控制技术、等轴晶凝固技术、高均匀度凝固技术、无缺陷连铸坯技术、微合金化技术、高刚度轧机与高精度轧制技术、控轧控冷技术、超细晶粒组织控制技术、可控气氛连续热处理技术、在线组织性能预报及检测技术等先进钢铁材料生产技术。
(2)钢铁材料品种规格的多样化
为适用现代钢铁材料产品对材料性能、尺寸、形状不断增长的要求，对钢铁材料的品种规格提出了相当高的要求。除了通用的板、管、丝、带、棒、线、型、锻、铸材等，各国均大力发展特殊异型材、预先热处理或表面处理钢材、接近使用形状和使用状态的铸锻轧精密材、近终形金属制品材（如轴承套圈、滚动体、标准模块等）。
此外，钢铁材料与不同类型钢铁、轻金属合金、塑料或陶瓷等材料的复合可得到同时具有不同材料的优势性能而避免其劣势性能的复合材料，相关的技术和材料的发展也受到了广泛的重视。
鉴于我国钢铁材料发展正处于由以建筑用钢为主向以机械制造用钢为主的发展趋势，因而我国钢铁材料近期在品种结构方面的主要工作是解决扁平材、管线材和特殊钢材生产中的关键技术难题。
（3）研制开发新型钢铁材料 在钢铁材料基础理论研究和工艺技术装备发展的基础上，为了满足不断增长的需要，新型钢铁材料层出不穷。在碳素结构钢类型中出现了细晶粒钢和超细晶粒钢；在高强度低合金钢类型中出现了高强度低屈强比建筑用钢、双相钢、超深冲IF钢、高强度IF钢、TRIP钢、抗硫化氢管线钢、耐候钢等；在合金结构钢类型中出现了微合金非调质钢、耐延迟断裂螺栓钢、抗疲劳和弹减弹簧钢、长寿命齿轮钢等；在超高强度钢类型中出现了高强度和高韧性的马氏体时效钢、低合金超高强度钢、二次硬化超高强度钢等；在不锈耐蚀钢中出现了耐苛刻介质腐蚀不锈钢、铁素体时效不锈钢、马氏体时效不锈钢、形状记忆不锈钢、阻尼不锈钢、超级深冲不锈钢、超级易切削不锈钢等；在耐热钢中出现了超超临界机组用铁素体耐热钢；在轴承钢类型中出现了超高洁净度高碳铬轴承钢、控制淬透性轴承钢、耐环境作用轴承钢等；在工具钢类型中有不变形模具钢、易切削模具钢、防震模具钢、少偏析或无偏析高速钢等。
研制开发具有高性能的新型钢铁材料，从而替代技术性能较差的老钢铁材料的过程，实际上是传统材料产业得以持续生存而不断发展的过程。如果没有或不可能再研制开发出新型的材料，则该种材料将真正进入了衰亡期。新型钢铁材料的不断涌现一方面得益于新工艺技术的发展，如钢中加氮技术的发展导致了高氮不锈钢的开发，钢中加钙技术的发展导致了钙处理钢的开发，而超低碳钢生产控制技术则直接推动了IF钢、超低碳贝氏体钢的发展。目前，全世界大量生产应用的钢种大致为3000多种，其中一半以上是近20年来新研制开发的。显然，这种新型钢铁材料取代传统钢铁材料的过程还将持续发展下去。此外，非晶微晶、单晶和低维度钢铁材料的研制开发工作在近年来也广泛受到重视。
我国钢铁材料的生产在早期树妖是移植国际上成熟的钢种，后来开始在此基础上根据我国资源条件进行改进生产。随着我国逐渐成为世界钢铁生产第一大国，这种局面必须也有可能大为改善。我国先进钢铁材料的一个重要分析是开发生产具有自主知识产权的新型高性能钢铁材料。
（4）强化钢铁材料基础研究 高技术化的钢铁材料应该是建立在坚实的基础理论之上并在理论指导下研制来发出来的，早期的经验性或偶然性地研制开发新型钢铁材料的局面在现代钢铁工业中已完全成为历史，近年来大量生产应用的新型钢铁材料无不是在坚实的理论指导下研制开发出来的。因此，为了不断开发新型钢铁材料，就必须对钢铁材料的基础理论和技术进行广泛深入的研究。
近年来，国际上不断地对钢铁材料的物理金属学、化学冶金学、生产工艺技术和应用工艺技术进行深入研究。欧洲、北美以及亚洲的日本、韩国和我国都已经投入力量开展新型钢铁材料的基础研究，例如，日本的超级钢计划、韩国的新型钢材技术、我国的新一代钢铁材料重大基础研究、国际的超轻钢汽车技术等。为了开发高韧性的超高强度钢，由大学和钢铁企业组成的美国钢研究组在强化相和高洁净度技术研究的基础上，开发了一系列新型超高强度钢。化学冶金学研究为新型钢铁材料提供了理论基础；金属凝固学的研究使生产完全等轴晶铸坯成为可能；物理金属学的研究使人们可以获得超细晶粒钢材；相关工艺技术的研究为新型钢铁材料的生产和应用提供了保障；建立在钢铁材料理论基础上的计算机材料学逐渐成为钢材的性能预报和合金设计的有力工具。新型钢铁材料的基础研究将为21世纪结构材料应用程式巨大的影响。
相对而言，我国在钢铁材料的基础理论研究方面与世界发达国家相比无论从人力物力的投入还是所取得的创新性成果方面仍存在较大差距。在我国钢铁工业发展的初期，以学习借鉴先进国家的发展经验和现有成果为主，多块好省地建设和发展我国钢铁工业，是必须也是应该的；然而，当我国已发展成为钢铁生产第一大国之后，就必须在钢铁材料的基础理论研究方面也达到世界最高的水平，并在钢铁材料基础理论和关键技术方面取得重大突破，才有可能持续发展。
1.2国民经济对钢铁材料的需求
1.2.1提高钢铁材料的性能
提高钢铁材料的性能使之满足钢铁材料用户不断提升的性能要求，是钢铁材料发展的主要方向。随着我国国民经济的迅速发展和先进技术的采用，国民经济各部门对钢铁材料的性能的要求不断提高。
建筑用钢所要求的最主要性能是高屈服强度和良好的可焊接性，如建筑用钢筋钢按屈服强度等级分类可分为I(235MPa)、Ⅱ(335MPa)、III(400MPa)、IV(540MPa)级；建筑用高强度钢板则已形成390MPa、420MPa和460MPa级的系列。若钢筋钢的强度等级普遍由Ⅱ级提高到Ⅲ级，则可通过减少钢筋在混凝土中的布筋密度，节省钢筋用量14%，明显降低建筑成本。而钢结构建筑物的支柱和框架若使用高强度中厚建筑钢板代替低强度钢，可节约钢材10%～20%，且由于梁断面高度的减少，可增大建筑空间的利用率或降低建筑物的高度3%。目前国际上用于建筑结构的钢筋钢屈服强度均大于400～500MPa，我国正在大力推广建筑用低合金钢筋的升级换代工作，把目前大量使用的Ⅱ级钢筋提高到屈服强度较高的III级钢筋甚至Ⅳ级钢筋。
桥梁用钢的发展也要求较高的强度以提高桥梁的承载能力并减轻自重。国外桥梁用钢的强度较高，如美国ASTMA709中的100W钢的屈服强度已达到700MPa；日本的神户大桥等跨海大桥，大量使用了抗拉强度为785MPa的Wel-Ten80钢；日本近几年建造的跨海大桥已使用了抗拉强度为980MPa级的高强度钢。目前我国桥梁钢的屈服强度范围为245～
440MPa，提高强度是最为迫切的任务。随着石油和天然气工业的飞速发展，管线钢的需求量迅速地增大，对钢材性能的要求也大幅度提高。20世纪70～80年代，世界先进国家普遍采用的油气管道的直径为762mm，但随着油气输送量的大幅度提高，目前普遍采用最大管径为1220mm输油管线和最大管径为1420mm输气管线。同时，管道输送压力增加，可大幅度提高管道的输送能力，当输送压力从7.5MPa增加到10～12MPa时，油气管线的输送能力可提高35%～60%。20世纪50年代，油气管线的输送压力普遍为4.5MPa，60年代增大到5.5MPa，70年代增大到6.5MPa，80年代以后国外新建的油气管线的输送压力通常都高于7.5MPa。近年来俄罗斯建造的油气管线的输送压力已达到10～12MPa，美国横贯阿拉斯加的油气管线压力为11.8MPa，而欧洲油气管线的输送压力也增加到12MPa。若输送压力和管线直径同时增加则经济效益更显著。例如，采用输送压力为7.5MPa、直径为1400mm的输气管道，代替压力为5.5MPa，直径1000mm的管道，可节省投资3%，节省钢材19%。随着管径和输送压力的增加，所需要的管线管壁厚度或管线钢的强度必须随之增加。20世纪60年代，油气管线用管线钢的强度级别一般为X60，到70年代管线钢的强度级别就上升到X65和X70，到80年代进一步上升到X80，现在已开始使用更高强度级别的X100～X120。我国目前使用的管线钢多为X80级，西气东输管道已普遍采用X65～X70级的管线钢，进一步提高管线钢的强度并保持足够的韧性和良好可焊接性是发展重点。轿车特别是中高档轿车生产中，需要大量高性能特别是高表面质量的薄钢板，汽车车体用钢制作过程中一般均需要进行较大程度的冷变形因而对钢材冷成形性能和表面质量的要求很高。因此要求汽车车体用钢具有较低的屈服强度，很低的屈强比，很高的延展性，很低的冲压回弹和非时效性；很多情况下还对钢材的咒值和r值提出明确的要求。汽车轻量化要求车体用钢向高强度化发展，产生了DP钢、TRIP钢、TWIP钢和多钼钢等。我国轿车用钢特别是超深冲级冷轧钢板和高强度冷轧钢板目前尚需大量进口，很大程度上是由于钢铁产品冷成形性能和表面质量存在较大差距、积极研制和生产高质量高性能的汽车车体用钢是我国钢铁工业今后一段时期的重要任务。船舶用钢要求高强度和高韧性以及可焊接性，提高船舶用钢的强度可明显提高船舶的承载能力并减轻船舶的自重；而提高船舶用钢的韧性可保证船舶使用的安全性。民用船舶用钢板的屈服强度等级主要有235MPa、315MPa、355MPa级，而对其冲击韧性的要求根据质量等级的不同分别为在0℃、一20℃、一40℃的冲击吸收功大于31J。随着船舶的大型化、轻量化和高速化的要求，迫切需要进一步提高船舶用钢的强度，以日本和欧洲一些国家为代表的国家，开发出屈服强度为390MPa级的以TMCP工艺生产的高强度船用钢板(YP40K)，并已纳入船级社的标准中。大型散装货船和集装箱船中，390MPa级的高强度钢的使用比例已超过40%。而我国目前船舶用钢的屈服强度等级主要为235MPa、315MPa级，同样需要提高。此外，先进制造业的发展对我国机械制造用钢的性能特别是承载强度和使用寿命提出了相当高的要求。我国生产的轴承、弹簧、齿轮、模具、工具、紧固件等基础机械零部件的使用寿命必须提高一倍甚至一个数量级才能达到世界先进水平，从而才具有市场的竞争力，而各种机械零件的承载强度和使用寿命的大幅度提高，也对机械制造用钢的强度和疲劳极限提出了相当高的要求。传统的轴类零件、弹簧类零件一般要求抗拉强度大于800MPa或1600MPa，疲劳寿命大于106次，而目前钢铁产品生产先进国家在很多主要零件中抗拉强度要求已提高到1600MPa甚至2000MPa，疲劳寿命则要求达到107次以上。提高机械制造用钢的强度和疲劳极限对发展我国装备制造大国具有重要的意义。大量基础设施建设用钢均要求具有较高的耐候性及一定的耐蚀性以保证足够长的使用寿命和较低的维护成本，如在发达国家铁路钢轨钢的改换周期一般均在10年以上，而我国目前多为5年左右。大型桥梁、高层建筑物的使用寿命一般要求在50年甚至100年以上，其中使用的钢铁材料的耐候性及耐蚀性也就必须满足相应的要求。因此，具有较高耐候性的高强度耐候钢以及具有较低生产成本的经济型不锈钢必然得到迅速发展，而明显提高钢材的耐候性或耐蚀性也就成为这类钢
材的重要发展方向。加工制造业的迅速发展需要大量的模具以进行大批量快速成型，模具工业的生产规模和销售额非常迅速地增长，同时也对模具用钢的性能提出了相当高的要求。在汽车、家电等制造业中需要的大型精密模具往往要求模具钢的性能等向性在0．8以上，而我国目前普遍的水平仅为0.4～0.6，由此导致高级模具钢的大量进口。提高模具钢的性能等向性是我国模具钢的重要发展方向。
1.2.2增加钢铁材料品种
(1)增加钢铁材料中特殊钢的比重。需要提高不锈钢、铁素体不锈钢、低碳和超低碳不锈钢、双相不锈钢、超级奥氏体不锈钢、高强度不锈钢的比重；增加不同类型钢材中的易切削钢和冷镦钢比重；增加合金工模具钢中的模具钢比重；增加轴承钢中特殊轴承钢的比重；增加合金结构钢中微合金非调质钢、节约合金元素钢以及省略工序节能钢的比重。
(2)增加高技术含量、高附加值和市场需求的钢铁材料比重。需要增加涂镀层钢板、冷轧深冲薄钢板、高强度冷轧薄钢板、热轧高强度低合金钢带、TMCP钢板、冷轧不锈钢板带、复合钢板、不锈钢丝及金属制品的比重；增加精加工、接近使用形状和状态的合金工模具钢和高速钢的比重；增加高精度合金钢带、丝管等的比重。
(3)增加钢铁材料的板管材比重。需要增加高强度热轧板带材的比重；增加不锈钢冷轧薄板带比重；增加合金工具钢的扁钢、精料和制品的比重；增加轴承钢的钢管的比重；增加高合金钢耐蚀管的比重。
1.2.3提高钢铁材料的质量
提高钢铁材料的内在质量，主要是提高洁净度、均匀性，组织控制，从而达到高性能和性能稳定化。提高钢铁材料的外部质量，提高尺寸精度、减少表面缺陷、改善表面色泽均匀性。
1.2.4降低钢铁材料生产和应用成本
因为物耗费用约占钢铁材料成本中的75%，所以节能和降耗对降低钢铁材料成本举足轻重。能耗约占钢铁材料总成本的25%，我国吨钢能耗比国外高。降低能耗既可以降低成本，也可以减轻环境负担。通过新工艺技术来降低钢材生产和应用过程中的能源消耗，降低金属炉料、铁合金、耐火材料和电极消耗来降低成本，采用新工艺来降低钢铁材料中的合金元素含量。
1.3钢铁材料的发展方向
(1)高强度高韧性低合金钢。建筑、地下海洋设施、桥梁、汽车、油气输送管线、容器、工程机械、能源等需要性能高、使用寿命长和成本低的新型高强度高韧性低合金钢。结合新型钢材轧制工艺技术，新型高强度高韧性低合金钢的屈服强度将由目前的400MPa级提高至600MPa、700MPa、800MPa级，改善焊接等加工工艺性能，大幅度提高构件的使用寿命。汽车、家电、建筑和食品等工业需要高强度、超深冲、耐锈蚀、高表面质量和高尺寸精度的新型薄钢板。
(2)长寿命高强度合金结构钢。合金结构钢主要用于机器制造。各类机器向轻量化和长寿命的方向发展，要求制造机器零件的合金结构钢应该具备高强度和长寿命。齿轮、弹簧和螺栓三大机器基础零件需要高性能齿轮钢、高强度耐疲劳弹簧钢、高强度耐延迟断裂螺栓钢。新型淬火回火钢和表面硬化钢向高洁净度和长寿命方向发展。航空航天需要新型超高强度高韧性钢，需要高韧性低合金超高强度钢、超高强度经济马氏体时效钢、超高强度高韧性二次硬化钢。
(3)节约资源型不锈耐蚀钢。石油、化工、近海和海洋工程、核工业、电子计算机、航空、建筑等需要长寿命不锈耐蚀钢。应该研制高洁净度不锈铁、高强度长寿命氮合金化不锈钢及其制备技术、高耐蚀不锈钢、高强度沉淀硬化不锈钢、功能不锈钢等。
(4)高性能低成本碳素结构钢。目前的高强度建筑用钢筋通常为低合金钢，为了节约合金资源，结合新型冶金工艺技术，需要研制高性能低成本细晶粒碳素结构钢钢筋，以取代目前大量使用的低合金钢筋钢。
(5)易加工低成本的高性能钢。钢材大多数需要经过各种方法加工后应用，加工成本可能占零件或构件成本的50%以上，所以开发易加工钢材可以大幅度降低产品成本。需要开发各类新型高性能易切削钢、易焊接结构钢、冷热锻用钢、超深冲薄钢板、镀层钢板、高性能模具钢、超硬高速钢等。
(6)高效率耐热钢。为了提高火电机组的发电效率，未来将应用超超临界机组，需要耐高温高压的超超临界机组用钢；保护环境需要的垃圾焚化炉要求新型高性能耐热钢；发动机的热效率提高需要高性能耐热气阀钢。
(7)钢铁材料的计算机合金设计系统。针对碳素结构钢、高强度低合金钢、合金结构钢和高合金钢建立起全流程的计算机组织和性能预测系统；根据服役条件，建立起钢铁材料的失效分析和寿命预测的专家系统；依据性能要求，建立起钢铁材料的化学成分和工艺参数的计算机合金综合设计系统。
钢铁材料是不断发展的新材料。未来，随着市场需求的变化，在材料基础理论发展和工艺技术进步的基础上，将会出现更多和更好的先进钢铁材料。
第五篇：钢铁、石化-节能技术
石油化工生产节能技术
炼油常减压蒸馏装置，采用夹点技术优化换热和预闪蒸等节能型流程；催化裂化装置，推广降低焦炭产率和减少装置结焦技术；芳烃抽提工艺过程，推广高效溶剂(四乙二醇醚、环丁砜等)技术；用氢装置发展氢能优化技术；研究开发低能耗的过滤—吸附再生法；推广应用抽提蒸馏工艺。
研究开发加氢装置热高分流程的优化技术；采用液力透平回收压力能；开发、应用新型加氢催化剂、先进的反应器内构件和循环氢脱硫措施；推广延迟焦化装置大型化、双面辐射加热炉技术；推广装置间热联合技术。
推广乙烯装置裂解炉空气预热技术、乙烯在线烧焦技术，推广乙烯裂解炉强化传热技术；开发加注结焦抑制剂，推广低能耗分离技术。研发合成树脂催化剂技术，完善聚丙烯装置的丙烯原料精制系统。推广合成橡胶吸收式热泵技术。研发直接干燥技术。
钢铁工业。加快淘汰落后工艺和设备，提高新建、改扩建工程的能耗准入标准。实现技术装备大型化、生产流程连续化、紧凑化、高效化，最大限度综合利用各种能源和资源。大型钢铁企业焦炉要建设干熄焦装置，大型高炉配套炉顶压差发电装置（TRT）；炼钢系统采用全连铸、溅渣护炉等技术；轧钢系统进一步实现连轧化，大力推进连铸坯一火成材和热装热送工艺，采用蓄热式燃烧技术；充分利用高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气等可燃气体和各类蒸汽，以自备电站为主要集成手段，推动钢铁企业节能降耗。
石油石化工业。油气开采应用采油系统优化配置技术，稠油热采配套节能技术，注水系统优化运行技术，油气密闭集输综合节能技术，放空天然气回收利用技术。石油炼制提高装置开工负荷和换热效率，优化操作，降低加工损失。乙烯生产优化原料结构，采用先进技术改造乙烯裂解炉，优化急冷系统操作，加强装置管理，降低非生产过程能耗。以洁净煤、天然气和高硫石油焦替代燃料油（轻油），推广应用循环流化床锅炉技术和石油焦气化燃烧技术，采用能量系统优化、重油乳化、高效燃烧器及吸收式热泵技术回收余热和地热。
点击咨询 