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    Oak ridge國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）和Caterpillar技術(shù)中心的研究人員共同開發(fā)了一種新的鑄造奧氏體不銹CF－8C Plus，和原標(biāo)準(zhǔn)相比，無論在高溫還是在低溫下都有著較高的強(qiáng)度和較好的韌性，而不需要增加成本。該鋼及其工藝（設(shè)計(jì)的顯微組織）均被認(rèn)為是獨(dú)一無二的。

　　CF－8C　Plus的開發(fā)是受未來新式的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣部件預(yù)期的要求迫使，這些部件要求在溫度高達(dá)800～850℃時(shí)能可靠地工作。CF－8C　Plus是作為Caterpillar和ORNL之間最初的DRADA項(xiàng)目的一部分（1999～2002）而設(shè)計(jì)和創(chuàng)造的，此后，在接下來的第二個(gè)DRADA項(xiàng)目（2002年至今）期間按比例增大商業(yè)化生產(chǎn)之后進(jìn)行了比較全面的試驗(yàn)。CF－8C　Plus的開發(fā)和使其商業(yè)化的工作，在2003年7月贏得了2003年R＆D100佳獎(jiǎng)。

　　合金開發(fā)大約在一年內(nèi)完成，由于進(jìn)行該項(xiàng)研究的工程師們能夠利用多年來收集到的有關(guān)鋼種的顯微組織和性能的數(shù)據(jù)，使現(xiàn)有成績的取得成為了可能。第一次實(shí)驗(yàn)室加熱的第一個(gè)CF－8C　Plus試樣在850℃下進(jìn)行了蠕變?cè)囼?yàn)，持續(xù)了兩年后斷裂，而標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)CF－8C　Plus商業(yè)鑄造性能和實(shí)驗(yàn)室加熱的性能類似，甚至更好。

    CF－8C　Plus的設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)的合金通常要在強(qiáng)度和延展性之間進(jìn)行權(quán)衡，換句話說，鋼的強(qiáng)度越高，它的延展性就越差，強(qiáng)度較高的鋼常常容易產(chǎn)生裂紋。然而，新鋼種通過認(rèn)真調(diào)整和修改CF－8C這種常用的鑄造不銹鋼復(fù)雜的合金成分，不需要進(jìn)行這種權(quán)衡考慮。具體講，高溫強(qiáng)度的提高是由于:

　　·仔細(xì)地選擇對(duì)CF－8C中新合金的加入量。

　　·調(diào)整其他合金成分以幫助和增強(qiáng)這些新的添加元素。對(duì)這些元素的量采用了特別的設(shè)計(jì)，為使高溫下（不是鑄造就是使用過程中）沿著晶界和晶粒本身的沉淀相（即NbC，δ鐵素體，σ相）得到微量和毫微量級(jí)的利用。

　　·碳化鈮（NbC）的毫微量級(jí)微粒強(qiáng)化鋼的高溫強(qiáng)度。這種合金的設(shè)計(jì)是為了使NbC的納米級(jí)微業(yè)材料，只有在使用過程中被暴露于650～850℃的高溫下才形成，在鑄造過程中不形成。這種特性使較易于鑄造成型，然后得到在高溫使用期間要求的較高強(qiáng)度。這種沉淀硬化并不是新的和獨(dú)特的方法，這些利用或注意工藝設(shè)計(jì)效果的努力并不是典型的標(biāo)準(zhǔn)作法。因?yàn)檫@些新的鑄造鋼不需要焊后熱處理或加工，所以這是另一種節(jié)約成本效益。

    800～850℃工作溫度

　　傳統(tǒng)的CF－8C鑄造鋼由于強(qiáng)度不夠和有害的時(shí)效作用，一般在溫度大大低于650℃以下工作是可靠的。相反，CF－8C　Plus具有強(qiáng)度高、可延展、抗疲勞、抗蠕變，特別是在溫度高達(dá)850℃左右時(shí)抗熱疲勞。

　　CF－8C　Plus顯示的抗氧化性也比預(yù)期的要好。很少有幾種不銹鋼在850℃，甚至更高的溫度下可以工作，即使有也比較昂貴，它們比CF－8C更難以鑄造，CF－8在疲勞或熱疲勞過程中也常常更容易斷裂，在700～850℃受到有害的時(shí)效作用。

　　由于這些特性，CF－8C　Plus非常適合未來的排氣部件，例如歧管和現(xiàn)代的重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓機(jī)外殼。CF－8C　Plus預(yù)期也可以直接用于其他工業(yè)用途，包括海船的柴油機(jī)、各種燃?xì)廨啓C(jī)、汽車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、天然氣往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)中的部件和其他的高溫用途。

    科學(xué)的合金開發(fā)

　　CF－8C　Plus在應(yīng)用科學(xué)中立即得到成功，從而產(chǎn)生了改進(jìn)的商業(yè)材料生產(chǎn)技術(shù)，而且應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出最初計(jì)劃的商業(yè)應(yīng)用范圍。它以控制基本機(jī)理為基礎(chǔ)，在科學(xué)的合金開發(fā)方面也獲得了成功。CF－8C　Plus鋼和DRADA項(xiàng)目是為新式的柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)用途而開發(fā)的，贏得了2003年R＆D100佳獎(jiǎng)，該項(xiàng)目受到美國能源部（DOE）能源電力可靠分配計(jì)劃和FreedomCAR　and Vehicle技術(shù)的資助。

　　然而，設(shè)計(jì)的顯微組織方法，在有關(guān)毫微級(jí)組織和奧氏體不銹鋼中沉淀物的成分非常詳細(xì)的、驚人的信息量方面有它的根源，奧氏體不銹鋼追溯到由美國能源部聚變反應(yīng)堆材料設(shè)計(jì)開發(fā)的“節(jié)約型”奧氏體不銹鋼，這個(gè)設(shè)計(jì)使用了幾乎20年的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)的顯微組織方法被明確地被定義，用在開發(fā)特殊的節(jié)約型奧氏體不銹鋼，這種鋼接下來在聚變能AR＆TD能源部材料設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)溫度高達(dá)750℃時(shí)有顯著的抗蠕變能力。這個(gè)計(jì)劃使用了另外5年的數(shù)據(jù)，于1990年贏得一項(xiàng)R＆D100佳獎(jiǎng)。

　　描述非常高能量反應(yīng)堆輻照過程中顯微組織和沉淀物性能的數(shù)據(jù)極其復(fù)雜，這些數(shù)據(jù)提供如何控制基體和沿晶界的毫微量級(jí)沉淀物的科學(xué)概念的基礎(chǔ)。這些信息導(dǎo)致能提供一種能聚變反應(yīng)堆第一層壁需要的抗空位膨脹和氦脆化性能的合金。

    然而聚變材料計(jì)劃設(shè)計(jì)的這些特殊的鋼，也可和于制造新型礦物能源計(jì)劃的一個(gè)重要目標(biāo)，用來提高它們的長期抗蠕變能力。

　　礦物能源計(jì)劃工作的一個(gè)有意義的結(jié)果是特殊合金化“規(guī)律”的理解，這些規(guī)律在高溫蠕變過程中影響和控制沉淀行為。這些合金化規(guī)律包括：

　　·反應(yīng)物作用：例如鈮和碳反應(yīng)形成碳化鈮（NbC）。

　　·催化劑作用：硅顯著地提高Fe2Mo拉弗斯相形成，鈦提高FeCr σ相的形成。

　　·抑制劑作用：碳、硼及其他雜質(zhì)阻止和抑制像拉弗斯相和σ相這樣的金屬間相。

　　·沖突作用：碳和氮都競(jìng)先和鈦形成碳化鈦（TiC）與氮化鈦（TiN）。

　　這些所應(yīng)用的科學(xué)分析還展現(xiàn)出影響長期抗蠕變能力的機(jī)理，阻止蠕變包括：

　　·產(chǎn)生像TiC或NbC這樣的毫微量級(jí)碳化物，提高高溫蠕變強(qiáng)度。

　　·調(diào)整基體成分，以保證可提高長期蠕變強(qiáng)度的微小碳化物保持穩(wěn)定。

　　·抑制或消除引起破裂的機(jī)械作用。

　　例如，作為這些合金設(shè)計(jì)作用的結(jié)果，新的CF－8C　Plus鋼形成NbC的毫微量級(jí)彌散物，它們阻礙融化或粗化、抗蠕變孔隙形成以及阻礙在晶界處形成脆性σ相。

　　這種設(shè)計(jì)的顯微組織，使一些在高溫下不能工作或不能很好工作的材料得到改善。這種科學(xué)的合金設(shè)計(jì)方法，應(yīng)該也能用于其他復(fù)雜的高溫合金系統(tǒng)，應(yīng)該補(bǔ)充到下在被發(fā)展的更高級(jí)的計(jì)算科學(xué)方法中。

    機(jī)械零件所用金屬材料多種多樣，為了使生產(chǎn)、管理方便、有序，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同金屬材料規(guī)定了它們牌號(hào)的表示方法，以示統(tǒng)一和便于采納、使用?，F(xiàn)將常用金屬材料牌號(hào)表示方法作一些簡單介紹。

    1、鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法(參照GB/T221—2000)1.標(biāo)準(zhǔn)的基本概況GB/T221—2000標(biāo)準(zhǔn)是參照國外鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法和國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法變化(如Q345代替16Mn)等情況修訂后，于2000年4月1日發(fā)布，并于2000年11月1日開始實(shí)施。

    2.主要技術(shù)內(nèi)容變動(dòng)情況

    (1)由于一些鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)有它們專用的標(biāo)準(zhǔn)，故取消了原標(biāo)準(zhǔn)中鐵合金、鑄造合金、高溫合金、精密合金、耐蝕合金和鑄鐵、鑄鋼、粉末材料等牌號(hào)表示方法。

    (2)一些新的鋼鐵產(chǎn)品的出現(xiàn)，更加完善了原標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)增加了脫碳低磷粒鐵、含釩生鐵 JP2、鑄造耐磨生鐵、保證淬透性鋼、非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼、塑料模具鋼、取向硅鋼(電訊用)等牌號(hào)表示方法。

   (3)對(duì)不適應(yīng)科技發(fā)展和與生產(chǎn)不協(xié)調(diào)的一些用鋼牌號(hào)作了徹底改變或修改。如碳素結(jié)構(gòu)鋼A３改為Q235，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼16Mn改為Q345等。對(duì)不銹鋼、耐熱鋼和冷軋硅鋼等的牌號(hào)表示方法也做了修改。

    (4)原標(biāo)準(zhǔn)中“鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法舉例”的表3，因不適用于新標(biāo)準(zhǔn)而被刪除。

    3.鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法的基本原則

    (1)凡國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中鋼鐵產(chǎn)品的牌號(hào)均應(yīng)按GB/T221—2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的牌號(hào)表示方法編寫。凡不符合規(guī)定編寫的鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)予以更改，一些新的鋼鐵產(chǎn)品，其牌號(hào)也應(yīng)按此予以編寫牌號(hào)。

    (2)產(chǎn)品牌號(hào)的表示，一般采用漢語拼音字母，化學(xué)元素符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法來表示。

    (3)采用漢語拼音字母表示產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法時(shí)，一般從代表產(chǎn)品名稱的漢語拼音中選取第一個(gè)字母。當(dāng)和另一個(gè)產(chǎn)品所選用的字母重復(fù)時(shí)，可改用第二個(gè)字母或第三個(gè)字母，或同時(shí)選取兩個(gè)漢字中的第一個(gè)拼音字母。

    (4)暫時(shí)沒有可采用的漢字及漢語拼音的，采用符號(hào)為英文字母。

    4.鋼鐵產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法表示符號(hào)(摘錄)鋼鐵產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法表示符號(hào)見表1。

    5.鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法示例及說明

    (1)生鐵牌號(hào)表示方法生鐵牌號(hào)采用表1中規(guī)定的符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字表示。

       ①阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含硅量(以千分之幾計(jì))。例如：含硅量為2.75%～3.25%的鑄造用生鐵，其牌號(hào)表示為“Z30”；含硅量為0.85%～1.25%的煉鋼用生鐵，其牌號(hào)表示為“L10”。

    ②含釩生鐵和脫碳低磷粒鐵，阿拉伯?dāng)?shù)字分別表示釩和碳的平均含量(均以千分之幾計(jì))。例如：含釩量不小于0.40%的含釩生鐵，其牌號(hào)表示為“F40”；含碳量為1.20%～1.60%的煉鋼用脫碳低磷粒鐵，其牌號(hào)表示為“TL14”。

    (2)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)牌號(hào)表示方法以上用鋼通常分為通用鋼和專用鋼兩大類。

    ①通用結(jié)構(gòu)鋼采用代表屈服點(diǎn)的拼音字母“Q”。屈服點(diǎn)數(shù)值(單位為MPa)和表1中規(guī)定的質(zhì)量等級(jí)、脫氧方法等符號(hào)，按順序組成牌號(hào)。例如：碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示為：Q235AF，Q235BZ；低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示為：Q345C，Q345D。

    碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)組成中，鎮(zhèn)靜鋼符號(hào)“Z”和特殊鎮(zhèn)靜鋼符號(hào)“TZ”可以省略，例如：質(zhì)量等級(jí)分別為C級(jí)和D級(jí)的Q235鋼，其牌號(hào)表示應(yīng)為Q235CZ和Q235DTZ，但可以省略為Q235C和 Q235D。

    低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼有鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，但牌號(hào)尾部不加寫表示脫氧方法的符號(hào)。

    ②專用結(jié)構(gòu)鋼一般采用代表鋼屈服點(diǎn)的符號(hào)“Q”、屈服點(diǎn)數(shù)值和表1中規(guī)定的代表產(chǎn)品用途的符號(hào)等表示，例如：壓力容器用鋼牌號(hào)表示為“Q345R”；耐候鋼其牌號(hào)表示為：Q340NH。

    ③根據(jù)需要，通用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)也可以采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字(以萬分之幾計(jì)平均含碳量)和標(biāo)準(zhǔn)的元素符號(hào)組成；專用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)，除一般組成外，尚應(yīng)加寫表1中規(guī)定代表產(chǎn)品用途的符號(hào)。

    (3)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼牌號(hào)表示方法優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字(以萬分之幾計(jì)表示平均含碳量)或阿拉伯?dāng)?shù)字和元素符號(hào)、表1中規(guī)定的符號(hào)組合成牌號(hào)。

     ①沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼，在牌號(hào)尾部分別加符號(hào)“F”和“b”。例如：平均含碳量為0.08%的沸騰鋼，其牌號(hào)表示為“08F”；平均含碳量為0.10%的半鎮(zhèn)靜鋼，其牌號(hào)表示為“10b”。

    ②鎮(zhèn)靜鋼(S、P分別≤0.035%)一般不標(biāo)符號(hào)。例如：平均含碳量為0.45%的鎮(zhèn)靜鋼，其牌號(hào)表示為“45”。

    ③較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，在表示平均含碳量的阿拉伯?dāng)?shù)字后加錳元素符號(hào)。例如：平均含碳量為0.50%，含錳量為0.70%～1.00%的鋼，其牌號(hào)表示為“50Mn”。

    ④高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(S、P分別≤0.030%)，在牌號(hào)后加符號(hào)“A”。例如：平均含碳量為0.45%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其牌號(hào)表示為“45A”。

    ⑤特級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(S≤0.020%、P≤0.025%)，在牌號(hào)后加符號(hào)“E”。例如：平均含碳量為0.45%的特級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其牌號(hào)表示為“45E”。

    優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼牌號(hào)的表示方法與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示方法相同(65、70、85、65Mn鋼在GB/T1222和GB/T 699兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中同時(shí)分別存在)。

    (4)合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼牌號(hào)表示方法①合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)采用阿拉伯?dāng)?shù)字和標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)元素符號(hào)表示。

    用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量(以萬分之幾計(jì))，放在牌號(hào)頭部。

    合金元素含量表示方法為：平均含量小于1.50%時(shí)，牌號(hào)中僅標(biāo)明元素，一般不標(biāo)明含量；平均合金含量為1.50%～2.49%、2.50%～3.49%、3.50%～4.49%、4.50%～5.49%、……時(shí)，在合金元素后相應(yīng)寫成2、3、4、5……。

        例如：碳、鉻、錳、硅的平均含量分別為030%、0.95%、0.85%、1.05%的合金結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)S、P含量分別≤0.035%時(shí)，其牌號(hào)表示為“30CrMnSi”。

    高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼(S、P含量分別≤0.025%)，在牌號(hào)尾部加符號(hào)“A”表示。例如：“30 CrMnSiA”。

    特級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼(S≤0.015%、P≤0.025%)，在牌號(hào)尾部加符號(hào)“E”，例如：“30CrM nSiE”。

    專用合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)尚應(yīng)在牌號(hào)頭部(或尾部)加表1中規(guī)定代表產(chǎn)品用途的符號(hào)。

    ②合金彈簧鋼牌號(hào)的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。