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教育部第二批“新工科”课程《钢铁科学与技术前沿》第二讲:高性能钢铁材料工艺创新与组织调控探索

创建时间:  2021年09月16日 10:07  高珊    浏览次数:


9月14日,由中国金属学会和上海大学联合开设的教育部第二批“新工科”课程——《钢铁科学与技术前沿》第二讲开课。本次课程主题为“高性能钢铁材料工艺创新与组织调控探索”,由我国著名材料专家、上海交通大学金学军教授主讲。在本次课程中,金学军教授主要针对钢铁材料的组织调控与工艺,通过钢铁材料与先进高强度钢发展背景、高强度汽车钢与节镍低温钢研发过程以及高性能钢铁材料发展趋势这三部分依次进行讲解。

金学军教授首先从SpaceX所建造的火星不锈钢测试飞船讲起,指出飞船建造时所用到的材料为传统的3系不锈钢材,从而点明钢铁材料具有高强度、高性价比与稳定性等综合优势。大到飞船汽车,小到刮胡刀片,金学军教授依次罗列了钢铁材料在实际生活中多方面的应用实例,进一步指出钢铁材料对于人类的发展至关重要。

随后,金学军教授分别以高强度汽车钢与节镍低温钢的研发过程为例,介绍了其所带领的科研团队近年来对钢铁材料的组织调控与工艺创新方面的研究工作。金学军教授所带领的团队旨在研发高强汽车用钢,通过汽车轻量化来保证汽车具有节能、环保与安全的性能特点。受限于元素与开发工艺这两种对高强度钢研发成本的限制因素下,金学军教授团队根据奥氏体在服役或加工变形过程中会转化为马氏体的相变诱发塑性效应作为原理,在汽车钢中有效引入部分奥氏体从而提高了钢板的强塑性。在热处理工艺选择方面,金学军教授团队并未选择传统的淬回火工艺,而是采用淬火-配分(Q&P:Quenching and Partitioning)工艺,通过碳元素配分使得奥氏体稳定性提高,从而获得一定含量的残余奥氏体。

其后,金学军教授介绍了节镍型高强度低温钢的应用背景。随着液化天然气和液化石油气等清洁能源的开采,具有耐低温特点的低温钢可以很好地解决这类液态能源的运输与储存问题。目前,低温钢中的镍元素虽然可以有效提高钢材的低温性能,但是一定程度上也提高了其成本。因此金学军教授团队提出了节镍型低温高强度钢的概念。为了实现这一目标,金学军教授团队旨在通过基于固态相变的组织调控,来获得更多稳定的奥氏体。金学军教授团队采用多相多尺度与复合强韧化机制的研究思路,通过新型QPT工艺来调控组织从而使得钢材获得超低温高强韧性能。此外,金学军教授团队指出,当前高性能钢铁材料组织愈加复杂,这更需科研人员对其进行精细化调控。在这一过程中,既要考虑钢材的服役性能,又要考虑研发过程中的各种限制条件,因此金学军教授指出,基于固态相变的热处理工艺的研究创新是钢铁冶金领域研发的重要方向。

最后,金学军教授对高性能钢铁材料发展趋势提出了个人的理解与展望。金学军教授指出,提高钢铁材料性能的首要工作是探求其性能极限,结合钢材的强度极限、韧性极限等来看,当今新一代先进高强、高塑性钢的开发仍具有挑战性和广泛应用前景。目前,金学军教授指出高端装备的钢铁制造面临着如下挑战:一为关键性能对应的组织复杂;二为全流程制造尺寸放大时组织、性能场均匀控制难;三为如何突破关键性能高效评价的瓶颈问题。为此,金学军教授结合团队在钢铁材料领域的研究经验,提出了以下设想与建议:一为缩短精品钢的研制周期;二为通过建设数据库平台来对材料进行理性设计与高效评价,例如搭建理性计算设计平台来支撑节镍型低温钢的研发。

课程接近尾声,98858vip威尼斯董瀚院长为金学军教授颁发荣誉证书并献上鲜花,以感谢金学军教授的讲解。本次授课采用线上和线下的形式,报名人数总计744名,听课人员主要从事钢铁生产与研发,人员所在单位包括各个钢企、高校、研究院所等。





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