《不锈钢的金属学问题》—肖纪美

      本期强力推荐肖纪美先生的《不锈钢的金属学问题》，为金属不锈钢行业从业者必读书籍。先将本书“前言”部分摘录如下：
      前言
      从1900~1915年，在世界上先后出现了三大类不锈钢，并陆续投入工业生产。20世纪80年代，在主要产钢国家中，不锈钢的产量已超过钢总产量的1%、总产值的8%；20世纪90年代以后，世界上不锈钢年产量已达1150万吨，约占全世界钢产量的1.5%；在经济上占有一定的地位。不锈钢的用途很广，既是耐蚀材料，有时耐热材料，还可以作为低温材料、无磁材料、耐磨材料来应用，其共性是具有不锈性。不锈钢在经济上及技术上的这种地位，是由它的特性所决定的。不锈钢的基体可以有体心立方和面心立方的晶体结构；通过相变和形变，又可获得马氏体、间隙相、金属间化合物等合金相；采用固溶强化、加工硬化、沉淀硬化、马氏体强化等措施，又可具有使用范围很广的力学性能；在不同的化学介质中或电位下，又具有复杂的极化曲线。因此，从金属学角度来看，不锈钢研究的内容非常丰富。
      作者在论述不锈钢的金属学问题时，既涉及到人们对于这个问题的认识过程和现有的水平，也与作者的业务经历和读者对象有关。
      1950年以来，作者由于工作的需要，曾从不同角度学习、研究和讲授不锈钢：50年代前半段，作者在美国的企业研究室从事不锈钢的应用研究，包括腐蚀、热处理、表面处理和冷加工；50年代后半段，先在美国的企业研究从事无镍奥氏体不锈耐热钢的原始性研究工作，包括这种多元系的相图和相变、腐蚀和蠕变；1957年回国后，继续从事这方面工作，并将铬含量向下延伸约到8%；20世纪60年代前半段，讲授“金属材料学”时，采用以性能为中心的体系，讲授“合金相理论”时，曾考虑如何将这些理论应用于不锈钢。60年代前半段从事晶界和脱溶沉淀的科研时，有关内容之一便是不锈钢的晶间腐蚀。关于这个问题，先后写了两篇综合评述，1974年秋，应太原不锈钢专业会议的邀请，作了“不锈钢中金属学问题的进展”的综合报告，后经整编扩大成文，该文便是本书的基础。自从1973年作者从事“断裂”方面的科研工作以来，已开始从断裂力学和金属物理学角度，重新考虑和研究不锈钢的应力腐蚀和氢脆问题。作者的这些与不锈钢有关的业务经历，决定了本书的体系和重点，不可避免地也会有些特点和偏见。
      不锈钢只是金属材料中的一大类，因而“不锈钢学”也只是“材料科学与工程”中的一个小分枝。可以认为，生产的需要，对与材料科学与工程这门学科的发展起着决定性的作用；而基础科学的发展，对于这门学科的前进又起着促进的作用。这两种力量的合力，使这门学科加速前进。本书尝试应用金属物理、金属化学及金属力学的理论，分别讨论不锈钢中三个重要的实际问题：组织结构、腐蚀及力学性能。
      技术科学的进展，也使毛事不同的许多现象，得到物理本质的统一，有可能归纳几个简单的原理，然后从此演绎出许多规律和理论。本书改写了第1章第2节，将“金属学问题”改为“材料学方法论的思考”，从较广的材料学方法论角度论述材料学中五个基本问题：性能、结构、环境、过程和能量。关于性能，谈论了内因和外因；关于结构，提出了广义的相；关于性能和结构，讨论了相关性和过程性两种方法；关于环境，提出了腐蚀广论；关于过程，提出了三个原理，其方向是能量下降，其途径是阻力最小或耗时最短，其结果是适者生存；关于能量，讨论了八类问题，平衡条件，过程失稳、方向、进度、类型、速度及选择，性能参量。
      第2章分八大节。第1节从金属物理角度讨论了相稳定性的基本参量——原子尺寸因素和电子因素，以及有关能量——结合能、形成热、费密能、弹性应变能、层错能，作为理解不锈钢中合金相及相变的基础。第3节讨论了Fe-Cr-C三元相图；第4节讨论了Fe-Cr-Ni及Fe-Cr-Mn三元相图。第5节在讨论实用相图时，重点讨论了奥氏体的稳定性，介绍了实用相图资料，可供合金设计时参考；并讨论了σ相及a``相的形成条件。第6节讨论了几何学组员与化学组员所形成的广义相，并重点讨论了晶界吸附区及其应用，并分析了以晶体缺陷为结构组元的“广义相”。在第7节的液固结晶中，结合不锈钢的应用和发展，介绍了非晶态合金；讨论了焊接热裂纹倾向；分析了含氮不锈钢的气泡问题；并介绍了多元系中活度系数的处理方法以及活度系数的物理意义。第8节极少了双相不锈钢的发展历程、合金元素作用及典型钢号。
      第3章分三大节。第1节借用了金属学方法处理了不锈性问题：从合金相图的对不，介绍了腐蚀热力学——电位-pH图；讨论了极化曲线如何描述电极过程的动力学问题；从结构学观点讨论了钝化膜。第2节及第3界分别讨论了两个重要的局部腐蚀问题，即晶间腐蚀及点蚀、缝隙腐蚀，并按现象、机理及防护措施三部分阐述这些问题。
      第4章分为5大节。第1节扼要介绍了三类不锈钢力学性能的一般规律。然后第2节及第3节分别讨论了强度和强化以及塑性和韧化；第4、5节分别讨论了应力腐蚀和氢脆。
      第5章为不锈钢的宏观思考，分两大节。第1节，扼要叙述以前各章的主要观点和内容。第2节回顾人们对于不锈钢金属学问题的认识历程，瞻望未来，提出四点看法，希望对于今后发展，会有所帮助。
      附录中列入两个表。其中腐蚀A列出了一个大化学公司不锈钢管道及设备685次失效事故原因的统计分析，腐蚀及力学原因约各占一半，而腐蚀原因中均匀腐蚀、局部腐蚀及应力腐蚀约各占三分之一。
      每一类金属材料，在其发展历程中，各自积累了对本身规定规律的认识，这些特定规律既可以进一步概括，从而发展具有共性的规律，也可以相互借鉴，彼此相互启发。基于这种考虑，本书在应用金属屑的一般原理阐述不锈钢问题的同时，还借助了其他金属材料的研究结果，来分析不锈钢的金属学问题。本书介绍结构的基本参量、实用相图、广义的相、液固相线、不锈性、晶间腐蚀、韧性和韧化、氢脆机理、氢致变化等内容，在分析其他金属材料时，也有参考意义。

作者
2005年10月于北京科技大学

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2016-10-4 11:29 上传

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《不锈钢的金属学问题》—肖纪美