高品质特殊钢与大型构件制备技术

本书为“材料先进成型与加工技术丛书”之一。特殊钢代表了钢铁工业的制造水平，高品质特殊钢很大程度上决定了基础零部件的质量，特殊钢与大型构件的高品质制造是亟待解决的问题。本书首先简述特殊钢的种类、用途以及制造方法，然后重点介绍作者团队在特殊钢高洁净冶炼与均质化控制方面取得的重要进展。发现钢中氧作用的新机制，高氧含量诱发宏观偏析，同时导致稀土钢的性能剧烈波动，据此提出氧致通道偏析新机制和“双低氧”特殊钢的创新学术思想，开发低氧洁净化与低偏析控制、轴承钢均质化制备、大型构件构筑成形、多尺度模拟仿真等关键技术，在核电大型锻件、水电大型铸件、大型船用曲轴、高端轴承等关键构件中成功应用，取得了十分显著的经济效益和社会效益。全书共七章，内容涵盖特殊钢的高洁净冶炼、偏析形成新机制与控制、稀土在钢中的作用机理与控制技术、特殊钢大型构件的研发与应用、轴承钢制备、特殊钢大型构件制造过程的全流程多尺度模拟计算等。

总序
前言
第1章 概论 1
1.1 特殊钢基本概念与分类 1
1.1.1 特殊钢基本概念 2
1.1.2 特殊钢分类 2
1.2 特殊钢的现状与发展趋势 14
1.2.1 国内外特殊钢现状 14
1.2.2 特殊钢发展趋势 16
1.3 特殊钢制备方法 21
1.3.1 特殊钢冶炼方法 21
1.3.2 特殊钢成形方法 23
1.3.3 特殊钢热处理 23
1.3.4 特殊钢测试评价 23
1.4 大型构件制备 24
1.4.1 大型构件分类 24
1.4.2 大型构件制备方法 30
1.4.3 大型构件缺陷演化与控制技术 31
1.5 特殊钢全生命周期研发测试 32
1.5.1 解决特殊钢与高端基础零部件制造难题 32
1.5.2 提出组织定制学术思想 33
1.5.3 持久支撑基础零部件自主可控制造 34
参考文献 37
第2章 低氧稀土钢制备 43
2.1 氧在钢中的作用 43
2.1.1 氧在钢中的作用机制 43
2.1.2 氧对夹杂物的影响 44
2.1.3 氧对疲劳性能的影响 45
2.2 低氧洁净钢的制备 45
2.2.1 低氧洁净钢的冶炼 45
2.2.2 全流程控氧工艺 49
2.3 低氧稀土钢的制备 51
2.3.1 稀土在钢中的作用机制 52
2.3.2 稀土对高碳铬轴承钢中夹杂物的影响 59
2.3.3 氧对稀土钢的影响机制 69
2.3.4 “双低氧”稀土钢的制备 71
2.4 低氧稀土钢的夹杂物表征 74
2.4.1 低氧稀土钢中夹杂物三维表征方法 74
2.4.2 钢中非金属夹杂物全自动提取设备 76
2.4.3 国内外轴承钢的夹杂物对比分析 78
参考文献 79
第3章 低偏析钢制备 83
3.1 钢中偏析的类型与形成机制 83
3.1.1 钢中偏析类型 83
3.1.2 自然对流作用下的偏析形成机制 85
3.1.3 钢锭负偏析形成机制 100
3.2 氧致偏析的机制与控制 105
3.2.1 氧对偏析形成的影响机制 105
3.2.2 氧致通道偏析的大型钢锭实物解剖 120
3.3 全域低偏析钢的制造方法 128
3.3.1 低氧钢的浇注与凝固控制 128
3.3.2 凝固自补缩与铸锻一体化 130
3.3.3 大型锻坯构筑成形技术 132
参考文献 146
第4章 不锈钢大型铸件制备 150
4.1 马氏体不锈钢的成分设计 151
4.1.1 马氏体不锈钢的化学成分 151
4.1.2 镍铬当量比设计与高温铁素体相控制 152
4.1.3 不锈钢中氧含量的控制与点状锈蚀 153
4.2 三峡水轮机转轮大型铸件的制备工艺 159
4.2.1 百吨级上冠铸件的铸造工艺设计与缺陷控制 159
4.2.2 百吨级下环铸件的浇注系统设计 161
4.2.3 大型叶片的变形模拟与反变形控制 162
4.3 马氏体不锈钢中的逆变奥氏体相控制 165
4.3.1 回火过程中逆变奥氏体相的演化 165
4.3.2 逆变奥氏体热稳定性分析 172
4.3.3 逆变奥氏体的机械稳定性与TRIP效应 178
4.3.4 不锈钢铸件的热处理工艺 190
4.4 高强韧马氏体不锈钢的扩展应用 190
4.4.1 关键合金元素控制 191
4.4.2 热处理工艺的影响 192
参考文献 193
第5章 大型锻件制备 196
5.1 大型船用曲轴的制备 197
5.1.1 大型船用曲轴所需钢锭制备 199
5.1.2 大型曲拐锻件的弯锻成形 204
5.1.3 大型曲拐锻件的热处理 222
5.2 核电大型锻件的制备 232
5.2.1 核电大钢锭的制备 232
5.2.2 核电大型锻件的一体化成形 236
5.2.3 核电大型锻件的热处理 242
5.3 低温工程用大型锻件研制 249
5.3.1 均质化大型锻件近净成形制备 250
5.3.2 新型热处理工艺原理及应用 251
参考文献 254
第6章 高品质轴承钢制备 258
6.1 超低氧轴承钢冶炼 258
6.1.1 氧对轴承钢影响 258
6.1.2 低氧轴承钢精炼 259
6.1.3 稀土轴承钢冶炼 264
6.2 高均质轴承钢制备 265
6.2.1 GCr15轴承钢均质化制备 265
6.2.2 航空发动机用M50轴承钢均质化制备 266
6.2.3 盾构机用CrMo轴承钢均质化制备 270
6.3 轴承钢热处理 275
6.3.1 M50钢全流程热处理 275
6.3.2 GCr15钢全流程热处理 280
6.3.3 高淬透性高碳铬轴承钢的全流程热处理 290
6.3.4 42CrMo4M钢热处理 293
6.3.5 白蚀组织形成机制的新认识 301
6.4 轴承钢的应力解析与控制 305
6.4.1 残余应力的检测 305
6.4.2 表面压应力的形成 311
6.4.3 残余应力的控制 312
6.5 轴承钢在高端轴承中的应用与评价 312
6.5.1 轴承钢全生命周期研发与评价 313
6.5.2 高端轴承的研发与应用 313
参考文献 323
第7章 多尺度模拟计算 326
7.1 第一性原理计算 326
7.1.1 氧致偏析的第一性原理计算 327
7.1.2 固溶稀土作用机制的第一性原理计算 331
7.1.3 稀土与碳交互作用的第一性原理计算 336
7.2 介观尺度组织演化模拟计算 338
7.2.1 凝固组织演化的介观尺度模拟计算 339
7.2.2 氧致偏析的介观尺度模拟计算 345
7.2.3 固态相变介观尺度模拟计算 354
参考文献 373
关键词索引 376