Steels: Processing, Structure, and Performance

Второе издание книги «Steels: Processing, Structure, and Performance» описывает физическое металловедение сталей. Книга содержит сведения об обработке, легировании, микроструктуре, деформации и разрушении, а также о прокаливаемости, отпуске, остаточных напряжениях, инженерии поверхности и охрупчивании. В ней рассматриваются свойства различных типов стали, включая низкоуглеродистые листовые стали, перлитные рельсовые и проволочные стали, закалённые и отпущенные средне- и высокоуглеродистые мартенситные стали, а также нержавеющие и инструментальные стали.

В XXI веке сталь — во множестве химических составов и форм и как важнейший материал для несущих конструкций — испытывает сильное давление сразу с нескольких сторон: требуется снижать энергозатраты и находить точно подходящие время и температуру обработки для достижения наилучшего сочетания структуры и свойств, оптимизировать легирование, улучшать свойства ради снижения массы и повышения безопасности транспортных средств и увеличивать срок службы в тяжелых условиях эксплуатации. Последние десять лет принесли динамичные ответы на эти вызовы, а производство, исследования, разработки, технические конференции и публикации не прекращались. Отсюда — второе издание Steels: Processing, Structure, and Performance. Каждая глава первого издания была пересмотрена: добавлены не только новые сведения, но и важные ссылки на прежние открытия и идеи, которые не вошли в первое издание и рисковали быть забытыми; эти работы также рассмотрены в тексте.

Структура служит объединяющим ключом к пониманию сталей, и потребность характеризовать многочисленные элементы структуры продолжает расти. Если прежде основной акцент делался на микроструктуре, разрешаемой световой микроскопией, то теперь макроструктура, кристаллическая структура, субструктура и наноструктура вместе с их масштабами длины объединяются с микроструктурой как функции химического состава, обработки и эксплуатационных свойств. Эту интеграцию ускоряют такие методы анализа, как дифракция обратно рассеянных электронов (EBSD) и атомно-зондовая томография (APT), широко применяемые лишь со времени выхода первого издания Steels, а также усовершенствования устоявшихся методов световой и электронной микроскопии и подготовки образцов.

Это второе издание Steels фактически является четвертым написанным мной томом о сталях. Первый том под названием Principles of Heat Treatment of Steel, изданный American Society for Metals в 1980 году, представлял собой заново написанную версию Principles of Heat Treatment М. А. Гроссмана и Э. К. Бейна. Как я отметил в предисловии к тому 1980 года, «Principles of Heat Treatment охватывала разработки с 1935 по 1964 год, и Гроссман, Бейн и их современники выполнили свою работу настолько хорошо, что термическая обработка и металлургия углеродистой стали стали восприниматься почти как нечто само собой разумеющееся». Безусловно, в понимании сталей произошел огромный прогресс, однако утверждение о компетентности Гроссмана и Бейна по-прежнему справедливо применительно к прокаливаемости — области, в которой размер аустенитного зерна более не считается основным фактором в той форме, как это излагали Гроссман и Бейн. Причины этого изменения рассматриваются во втором издании Steels.

Во второе издание Steels добавлен цвет — отчасти для выделения особенностей микроструктуры, но также потому, что новые методы исследования, такие как EBSD и APT, дают настолько большой объем данных, что для различения разных параметров необходим цвет. Почти все главы обновлены рисунками и/или обсуждением, чтобы показать структуры и явления, а также представить новые сведения. Помимо прокаливаемости, среди добавленных или существенно переработанных тем — перитектическая реакция и другие аспекты производства стали, некоторые новые разработки листовых сталей, микролегирование, влияние бора, дисперсии сферических карбидов, новые взгляды на отпуск, составляющие упрочнения отпущенных мартенситных сталей, перлитная проволока и рельсовые стали, растрескивание при первичной обработке стали, повторное растрескивание при нагреве сварных соединений, водородное охрупчивание, формирование остаточных напряжений и окисление при цементации, а также влияние напряжений контактного качения на микроструктуры высокоуглеродистых сталей. Я надеюсь, что эти дополнения к учебной основе по структурам и стальной продукции, заложенной первым изданием Steels, будут полезны как опытным специалистам по черной металлургии, так и новым поколениям специалистов с разной подготовкой из сообществ материаловедения и производства, которым предстоит производить, применять и изучать сталь.

Я искренне благодарю всех моих многочисленных коллег из Colorado School of Mines, которые помогали обсуждениями, рекомендациями литературы и/или предоставлением иллюстраций: Scott Cowley, Corrine Packard, Brian Gorman, Gary Zito, John Chandler, Lee Rothleutner, Dean Pierce, Steven Thompson, Kip Findley, John Speer и David Matlock. John Verhoeven из Iowa State University и Bob Hackenberg из Los Alamos National Laboratory помогли с историческим материалом; Bob Glodowski из Evraz Stratcor, Inc. — с микролегированием; Amy Clarke из Los Alamos National Laboratory — с иллюстрациями APT; Nobuhiro Tsuji из Kyoto University — с EBSD реечного мартенсита; Harry Bhadeshia из University of Cambridge — со ссылками по контактной усталости при качении. Karen Marken, Madrid Tramble, Kate Fornadel и Scott Henry из ASM International оказали ценную поддержку и предоставили профессиональную помощь в литературном редактировании и подготовке к производству второго издания Steels. Моя жена Ruth заслуживает глубокой благодарности за неизменную поддержку в этот период работы над книгой.

George Krauss Evergreen, Colorado 21 октября 2014 года