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在線客服 冶金學(xué)是一門研究如何經(jīng)濟地從礦石或其他原料中提取金屬或金屬化合物，并用一定的加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué)。它包含化學(xué)冶金（又稱提取冶金）、物理冶金和機械冶金（又稱力學(xué)冶金）三個分支學(xué)科。
其中，物理冶金是以研究金屬組織結(jié)構(gòu)性能為主，今天小冶就想通過7個問題和你聊聊物理冶金的那些事兒~
讓我們進入正題吧~
什么是物理冶金？
物理冶金學(xué)是現(xiàn)代材料科學(xué)賴以蓬勃發(fā)展的根源。
——R. W. Cahn, Physical Metallurgy
物理冶金學(xué)是廣義冶金學(xué)的重要分支學(xué)科，研究的主要內(nèi)容是化學(xué)冶金的產(chǎn)品經(jīng)再加工和熱處理產(chǎn)生的金屬及合金的組織、結(jié)構(gòu)的變化，以及由此而造成的金屬材料機械性能、物理性能、化學(xué)性能、工藝性能的變化。
“物理冶金學(xué)”和“金屬學(xué)”有什么不一樣呢？繼續(xù)往下看吧。
鋼鐵生產(chǎn)中的物理冶金學(xué)問題怎么理解？
由于鋼鐵產(chǎn)量在金屬中占有絕對優(yōu)勢，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展促成了金相學(xué)的興起，并且最終發(fā)展成物理冶金學(xué)。
鋼鐵生產(chǎn)中的物理冶金學(xué)問題就是工藝、組織和性能的關(guān)系問題，對組織的深入研究揭示了各種表象背后的機理，并推動著工藝技術(shù)的進步和先進材料的發(fā)展，不妨想想具有里程碑意義的TMCP技術(shù)。
2017年8月24日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了中國京港臺三地科學(xué)家的合作科研成果，他們發(fā)明的一種超級鋼實現(xiàn)了鋼鐵材料在屈服強度超過2000MPa時延展性的“巨大提升”。具有超高強度的金屬材料通常應(yīng)用于汽車、航空及國防工業(yè)，但材料的強度與延展性通常是“魚與熊掌不可兼得”。這項工作不僅是解決了一個世界級難題，更重要的意義在于突破理論的局限、突破思維的局限，就可以實現(xiàn)創(chuàng)新，預(yù)示著物理冶金學(xué)將有更為廣闊的發(fā)展前景。
組織的作用為什么這么關(guān)鍵？
工藝和性能之間的關(guān)系只是表象，組織是兩者之間的橋梁，研究組織不但“知其然”，而且“知其所以然”。舉個例子吧！20世紀(jì)80~90年代還被普遍描述為“低溫大壓下”的提高鋼材性能的措施，其實就是“未再結(jié)晶控制軋制”。
看下圖
▲鋼在熱軋過程中奧氏體的再結(jié)晶過程
鋼鐵生產(chǎn)中是工藝決定組織，組織決定性能。而產(chǎn)品研發(fā)的思路是由性能確定組織，再由組織確定工藝。就這樣反反復(fù)復(fù)，先進鋼鐵材料不斷產(chǎn)生，而工藝技術(shù)不斷進步，對組織的深入研究起了關(guān)鍵作用！
《鋼的物理冶金》緊緊抓住工藝、組織、性能三者的關(guān)系，主要包括對于物理冶金學(xué)的思考、物理冶金學(xué)的研究方法和先進鋼鐵材料的研發(fā)實踐三部分內(nèi)容。思考、方法和實踐，相互交叉，貫穿始終。
鋼的物理冶金還有哪些值得我們思考？
一想到相變、析出，就感覺很高大上唉！
其實物理冶金學(xué)經(jīng)過100年的發(fā)展，理論已較為成熟。但是傳統(tǒng)的教科書或者經(jīng)典的著作著重理論闡述，針對性不強。先進鋼鐵材料的研發(fā)更加注重理論的應(yīng)用。針對鋼鐵產(chǎn)品的特殊要求，從物理冶金角度來思考，把實踐經(jīng)驗、科研成果和經(jīng)典理論相結(jié)合。思考——也是高大上的感覺呀~
思考過后做什么？
實踐！舉例來說，超低碳貝氏體鋼（ULCB）是近二十多年來國際上發(fā)展起來的一大類高強度、高韌性、多用途新型鋼種，廣泛應(yīng)用于工程機械、輸油管線、儲油容器、船舶、橋梁、建筑等行業(yè)。依照鋼的物理冶金理論，通過實驗室熔煉、熱模擬和軋制，探索以Cr代Mo生產(chǎn)的低碳貝氏體鋼的可行性，為工業(yè)生產(chǎn)低成本、高性能的低碳貝氏體鋼提供依據(jù)。
再舉例來說，焊接質(zhì)量是決定油氣輸送管線使用性能的關(guān)鍵因素。結(jié)合現(xiàn)場工藝、技術(shù)和產(chǎn)品，利用光學(xué)顯微鏡和透射電鏡分區(qū)域研究X80管線鋼焊接HAZ的組織特征，采用焊接熱模擬技術(shù)研究焊接熱輸入（峰值溫度和焊后冷卻速度）對焊接HAZ組織和性能的影響，提出改善焊接HAZ性能的途徑，對提高焊接接頭的強韌性具有重要意義。
此外，軸承鋼的相變和網(wǎng)狀碳化物控制研究、薄板坯連鑄連軋低碳鋼的組織演變都是具體的實例。尤其是鈦微合金鋼的TMCP工藝研究和關(guān)于納米TiC等溫析出的研究豐富了物理冶金學(xué)理論，具有較重要的科學(xué)意義；而在熱軋帶鋼和中厚板中的應(yīng)用，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
研究鋼的物理冶金用什么方法？
前面提到了，主要是微觀分析方法和熱模擬研究方法。在生產(chǎn)現(xiàn)場進行實驗是不現(xiàn)實的。因此，采用熱模擬的方法模擬生產(chǎn)工藝、制備試樣，通過熱模擬評定和預(yù)測材料在加工過程中的質(zhì)量問題，優(yōu)化冶煉、連鑄、軋制及熱處理工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定產(chǎn)品性能。而微觀分析方法可能是研究或表征組織最重要的手段。
選擇正確的方法，成功就在前方。
這里說的為什么和我之前學(xué)的有點不一樣？
學(xué)習(xí)金屬學(xué)課程時，上來就是晶體學(xué)和空間點陣，最后也不知道干什么。其實，晶體學(xué)是物理冶金學(xué)（或說是金屬學(xué)）和微觀分析的基礎(chǔ)。舉兩個例子：位錯是一種晶體缺陷，加工硬化（產(chǎn)生位錯）是回復(fù)和再結(jié)晶的前提，而所有的強化方式都是位錯和晶體缺陷作用的結(jié)果；通過電子衍射譜進行物相分析，就是由于不同的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生布拉格衍射的結(jié)果。
此外，多了解一些冶金史的知識也很重要。如果把中國古代的“炒鋼”看作“降碳”、灌鋼看作“滲碳”，這樣就容易理解了。
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