不锈钢的金属学问题

本书可供高等院校师生和科研单位从事材料研发人员阅读，也可供企业的工程技术人员阅读。

1 引言

1.1 不锈钢

1.2 材料学方法论的思考

2 组织结构——金属物理问题

2.1 概貌

2.2 基本参量

2.3 Fe-Cr-C三元合金的相图

2.4 Fe—Cr—Ni及Fe—Cr-Mn三元相图

2.5 实用相图

2.6 广义的相

2.7 液固结晶

2.8 双相不锈钢

3 腐蚀——金属化学问题

3.1 不锈性

3.2 晶间腐蚀

3．3点蚀及缝隙腐蚀

4 力学性能——金属力学问题

4.1力学性能的一般规律

4.2强度和强化

4.3韧性和韧化

4.4应力腐蚀断裂

4.5氢脆

5 不锈钢的宏观思考

5.1不锈钢的技术问题

5.2不锈钢生产的生存问题

附录

参考文献2100433B

本书应用金属物理、金属化学及金属力学原理，分别论述了不锈钢的组织结构、腐蚀及力学性能三方面问题。

本书在组织结构方面，本书详细讨论了决定相稳定性的基本参量，介绍了多元系的实用相图，较详细地阐述了奥氏体稳定性，讨论了化学组元及几何学组元构成的广义相以及液固结晶的几个实际问题；在腐蚀方面，从电位-pH图、极化曲线及钝化膜人手，分别讨论了腐蚀过程的热力学、动力学及结构学问题，并详细讨论了三个局部腐蚀问题——晶间腐蚀、点蚀及缝隙腐蚀；在力学性能方面，分析了强度和强化、韧性和韧化、应力腐蚀和氢脆四个问题。

本书介绍的基本参量、实用相图、广义的相、液固相线、不锈性、晶间腐蚀、韧化措施、氢脆机理、氢致变化以及对材料学方法论的介绍和对性能、结构、环境、过程、能量的看法，对于其他金属材料的研究与开发，也有参考意义。

1.物价成本的日益增涨。钢铁作为不锈钢金属软管生产的最主要原材料已进入价格公开化、透明化的薄利时代，不断上涨的钢铁价格将推动不锈钢金属软管的生产成本；

2.我国不锈钢金属软管行业的品牌性较差，国际市场的竞争力较弱。由于产业集中度较低，技术落后、低价竞争避免不了，如此庞大的中国不锈钢金属软管市场还没有国际上真正意义上的“名牌”；

3.竞争的激烈不断淘汰着中小型不锈钢金属软管企业。

4.研发力量薄弱、资金投入不足。我国的技术进步仍停留在国外的20世纪80年代，虽现大量引进先进技术和生产线，但对于技术的消化吸收缺乏软件、硬件的基础支撑。

5.实践应用技术的人才流失。目前我国虽有不少高等院校从事科研工作，不少论理研究、专利论文都有相当高的水平，但与生产实践的结合不紧密，理论转化为成品的能力差。

金属学简介

研究金属及其合金的组成、组织结构和性能之间的内在联系,以及在各种条件下的变化规律,为有效地使用金属材料和为发展具有特定性能的金属材料而服务的一门应用科学。它是从冶金学的一个分支──金相学直接演变而来的。金属学一词,在中国始见于50年代初,是从俄文“Металловедение”翻译过来的,字义与德文的”Metallkunde”一词相当,科学内容和英文的”Physicalmetallurgy”（物理冶金）大致相当。

金属学简史

19世纪，冶金学在生产力蓬勃发展的推动下也得到了重视，到20世纪30年代发展衍生若干分支学科，金属学或物理冶金就是其中之一。19世纪末至20世纪前叶，钢的一般成分化学分析方法已经建立，观察大于微米级的显微组织的金相学技术已普遍应用，通过物理性能测定或热分析方法研究相变已积累了一定经验，用相律指导相图的工作正在大量开展，这些都为金属学的发展提供了条件。1863年英国人索比(H.C.Sorby)发明了金相技术，为研究合金中的相组成和显微组织提供了有力工具。1868年俄国人切尔诺夫(Д.к.Чернов) 观察到钢必须加热到超过某个临界温度才能淬火硬化，揭示了相变的存在和作用。1887年法国人奥斯蒙(F.Osmond)利用差热分析方法系统地研究了钢的相变。1899年英国人罗伯茨－奥斯汀(W.Roberts-Austen)指出钢在临界温度以上的相是固溶体，并绘制出第一张铁碳相图。1900年德国人巴基乌斯-洛兹本(H.W.Bakhius-Roozeboom)在此基础上应用吉布斯(J.W.Gibbs)相律修订了铁碳相图(见铁碳平衡图)。相图的出现,是金属学发展的一个里程碑。

20世纪以来，金属学继续汲取物理学、物理化学和力学等有关成就,内容日益丰富。美国人贝茵(E.C.Bain)和达文波特(E.S.Davenport) 从1929～1930年开始研究钢中奥氏体在不同恒温条件下的转变过程及其产物，创造了S曲线，后来改称C曲线(见过冷奥氏体转变图)，阐明了钢的热处理的一般原理，对钢的发展和有效利用有重要指导意义。X射线衍射分析在金属学发展中也起了重要作用。通过应用X射线,各种合金相结构包括马氏体的结构及其与碳含量的关系搞清楚了；金属冷加工形变及其在退火过程中的择优取向被提示了；铝铜合金的时效硬化机理也得到阐明。1934年位错理论的提出，不但成功地指出了材料实际强度和理论强度相差千百倍的原因，而且正确地说明了金属的形变和加工硬化现象。这些，都是第二次世界大战以前的重要成就。50年代金属物理、固体物理的发展，特别是电子显微镜的应用以及薄膜透射技术的成功及衍衬理论的建立，对金属的微观结构如位错的存在和运动等研究，提供了有力的工具，从而使金属学中很多关键问题得以澄清（见晶体缺陷，金属的强化）。

多年来，由于对钢和其他合金的成分、组织结构与性能的内在联系的研究工作不断深入，性能优越的新钢种和新合金不断涌现。高温合金的发展便是这方面最突出的成就之一。对有关合金相的形成规律，各种元素及超微量杂质在金属中的作用的研究也愈趋深入，现在对选择、处理和使用金属材料的肓目性已大为减少，但要实现完全按照预定要求而不进行实验就能设计出合格的合金，还有很大距离。

金属学金属学的研究内容

金属学以金属电子论、晶体学(见晶体结构)及合金热力学为理论基础，依靠物理、化学的微观和宏观检测技术，扩展了金相学的内容，保持应用科学的传统，其研究内容可分为两方面：①联系成分、处理过程对金属组织结构和性能的影响，研究合金相结构和组织的形成规律,包括:研究合金相的形成、相图原理及其测定、合金元素及微量元素在合金相中的分布等合金组成的规律；研究晶体中原子的扩散过程；晶体重构的相变过程，包括金属的凝固与温度压力变化下的固态相变；研究晶体缺陷和金属形变过程中的位错运动；研究成分及杂质对金属性质的影响，包括超微量元素以及微观和宏观偏析。②联系金属材料的使用，研究材料结构强度和断裂行为（见形变和断裂）；研究金属材料在各种不同使用条件下的特性变化等（见范性形变，疲劳，蠕变,应力腐蚀断裂和氢脆）；研究金属的强化原理。至于那些虽以金属为对象，或虽与金属有关，但主要研究晶体缺陷和金属电子结构以及它们之间，或它们与各种射线之间的交互作用等微观过程；研究金属和合金的物性本质，或纯属探索自然规律的领域，则另列入金属物理，属凝聚态或固体物理的分支。按学科划分惯例，有关磁性、电导、超导、半导等基础性工作，不属于金属学，应列入物理学范畴。

金属学金属学的新进展

最近20年来金属学出现不少新的突破，主要是由于新实验技术和新工艺的出现而取得的。例如，应用电子计算机进行图象处理，可以明显地提高电子显微镜的分辨能力，能直接看到金属中单个原子分布的图象(见电子显微学)；分析电子显微术和各种表面分析设备不断出现，将金属学的发展引向更加深入。又如应用激冷技术制成的快冷微晶合金和某些合金体系形成的非晶态金属，都各自显示出特有的性能，有很大的理论意义和实用价值，为金属学开拓了新园地。

金属学在历史上曾有力地推动冶金学的发展，现在仍是广义的冶金学中最活跃的学科。

《金属学》内容包括金属的性能、金属学基础知识、钢的热处理及钢铁材料等部分。书中阐述了金属的力学性能、物理性能、化学性能、工艺性能及有关测试方法；着重讨论了金属及其合金结晶的一般规律和相图；简要说明了金属塑性变形理论；分析了钢的热处理及合金元素在钢中的作用；比较详细地介绍了钢与铸铁的分类、牌号、性能与用途。

金属学一词，在中国始见于50年代初，是从俄文“Металловедение”翻译过来的，字义与德文的”Metallkunde”一词相当，科学内容和英文的”Physicalmetallurgy”（物理冶金）大致相当。