本书共7章。首先介绍超细晶粒钢的基本概念、分类、组织性能特点、研究现状及应用领域，高碳钢中的物相及显微组织特性；其次，采用第一性原理方法计算钢中碳化物的晶体结构及力学、电磁性能；最后，系统阐述超细晶粒高碳钢不同的制备技术与组织性能。本书通过理论计算、数值模拟与实验验证相结合，较为全面深入地论述了各种超细晶粒高碳钢制备方法的组织性能特征及优缺点，以期为超细晶粒钢铁材料在工业领域的推广应用提供相关理论依据和实际指导。
本书可作为钢铁材料领域的工程技术人员、科研院所研究人员的参考用书，也可作为高等院校材料、机械类专业师生的教学用书。

熊毅，男，1975年8月出生于湖北当阳，博士，教授，博士生导师。河南省高校科技创新人才，河南省教育厅学术技术带头人，河南省高校青年骨干教师，河南省优 秀硕士论文指导教师，洛阳市优秀专家，洛阳市优秀科技杰出人才，焦作市创新创业领军人才。1998年7月毕业于东北重型机械学院（燕山大学）热加工工艺与设备专业，2001年1月毕业于燕山大学材料学专业获工学硕士学位，2006年11月毕业于燕山大学亚稳材料制备科学与技术国家重点实验室获工学博士学位，2006年12月到河南科技大学材料科学与工程学院参加工作至今。2014年8月郑州大学材料科学与工程博士后出站。 长期从事先进钢铁材料的制备与组织性能表征、钛合金激光表面改性等方面的研究工作。近几年来，主持国家自然科学基金、河南省高校科技创新人才项目、河南省科技厅重点攻关项目、河南省教育厅重点科研项目等10余项。在国内外期刊上发表论文120余 篇，被SCI收录36篇，EI 收录78篇。主编或参编教材4部，授权发明专利14项。获河南省科技进步二等奖4项，河南省高校教学成果奖一等奖1项，河南省工业和信息化科技成果奖一等奖2项，焦作市科技进步一等奖2项，河南省教育厅科技成果奖二等奖1项。

第1章超细晶粒钢概述
1.1超细晶粒钢的基本概念1
1.2超细晶粒钢的分类3
1.2.1铁素体/珠光体钢3
1.2.2贝氏体钢4
1.2.3针状铁素体钢4
1.2.4马氏体钢5
1.2.5贝氏体/马氏体钢5
1.3超细晶粒钢的组织性能6
1.3.1铁素体/珠光体钢组织性能6
1.3.2贝氏体钢组织性能7
1.3.3针状铁素体钢组织性能7
1.3.4马氏体钢的组织性能9
1.3.5贝氏体/马氏体钢组织性能10
1.4钢的组织细化理论与控制技术11
1.4.1钢的组织细化理论11
1.4.2钢的晶粒控制技术12
1.5超细晶粒钢的应用现状及进展15
1.5.1超细晶粒钢的应用15
1.5.2超细晶粒钢生产及应用中存在的问题16
1.5.3超细晶粒钢的研究现状及发展16
参考文献17

第2章高碳钢中的物相及显微组织特性
2.1铁-碳合金相图20
2.1.1铁-碳合金的组元与基本相20
2.1.2Fe-Fe3C相图21
2.1.3铁-碳合金的平衡结晶过程及组织23
2.2钢的分类25
2.2.1按用途分类25
2.2.2按金相组织分类26
2.2.3按化学成分分类26
2.3合金元素在高碳钢中的作用28
2.3.1Cr和Mn在高碳钢中的作用28
2.3.2Si与Al在高碳钢中的作用28
2.3.3V与Nb在高碳钢中的作用29
2.3.4稀土元素在高碳钢中的作用30
2.4高碳钢中珠光体的组织形态及转变30
2.4.1珠光体的典型形态与晶体学31
2.4.2珠光体的形成机制31
2.4.3亚（过）共析钢珠光体组织转变35
2.4.4高碳钢中渗碳体的存在形式与作用36
2.5钢中碳化物特性的理论计算与分析38
2.5.1密度泛函理论简介39
2.5.2铁碳化物晶体结构与电磁性能的理论计算47
2.5.3铁碳化物的相稳定性53
2.5.4合金元素对渗碳体结构与电磁性能的影响55
2.5.5应力对渗碳体结构与电磁性能的影响58
参考文献60

第3章大冷变形及退火后超细晶粒度高碳钢的组织与性能
3.1大冷变形过程中珠光体钢的组织演变与力学性能65
3.1.1预备组织65
3.1.2冷轧过程中珠光体的组织演化66
3.1.3冷轧过程中珠光体钢力学性能的变化及合金元素的影响72
3.1.4合金元素对冷轧过程中珠光体钢力学性能的影响74
3.2珠光体钢大冷变形及退火后（α+θ）微复相组织的形成76
3.2.1大冷变形及退火后珠光体钢（α＋θ）微复相组织的形成77
3.2.2合金元素对大冷变形及退火后珠光体钢（α＋θ）微复相组织的影响78
3.2.3大冷变形后等温退火过程中渗碳体的粗化行为81
3.2.4大冷变形及退火后Mn在铁素体与渗碳体之间的分配85
3.3合金元素对冷轧后退火过程中渗碳体颗粒粗化行为的影响85
3.3.1碳化物形成元素的影响85
3.3.2非碳化物形成元素的影响89
3.4大冷变形及退火后珠光体钢的力学性能92
3.4.1大冷变形后不同退火条件下珠光体钢的力学性能92
3.4.2合金元素对大冷变形及退火后珠光体钢力学性能的影响93
3.4.3大冷变形及退火处理条件下高碳钢的强化机制98
参考文献99

第4章珠光体钢温变形后微复相组织的形成与力学性能
4.1温变形实验与组织性能表征102
4.2温楔横轧前后的微观组织分析105
4.2.1SEM分析105
4.2.2TEM分析106
4.2.3EBSD分析107
4.2.4XRD分析108
4.2.5AFM分析109
4.3温楔横轧层片状珠光体钢的力学性能111
4.3.1工程应力-应变曲线112
4.3.2常规力学性能112
4.3.3显微硬度和纳米压痕硬度113
4.3.4微拉伸断口形貌115
4.4温变形条件下珠光体钢中渗碳体的球化行为116
4.4.1热压缩变形不均匀性分析116
4.4.2渗碳体在离异共析转变过程中的球化行为120
4.4.3渗碳体在珠光体区温变形过程中的球化行为124
4.5温变形制备超细晶粒高碳钢的数值模拟131
4.5.1温楔横轧有限元模型131
4.5.2应变场模拟结果133
4.5.3应力场模拟结果137
4.5.4应变速率模拟结果141
4.5.5温度场模拟结果143
4.5.6几何形状对比验证145
4.5.7速度场及损伤度模拟结果145
4.5.8变参数分析148
参考文献151

第5章ECAP方法制备超细晶粒高碳钢的数值模拟与组织性能
5.1等通道角挤压工艺概述154
5.2等通道角挤压有限元模型建立及模拟结果156
5.2.1等通道角挤压有限元模型建立156
5.2.2等通道角挤压有限元模型的模拟结果157
5.3等通道角挤压层片状珠光体钢的微观组织161
5.3.1等通道角挤压GCr15钢的微观组织161
5.3.2等通道角挤压T8钢的微观组织163
5.3.3等通道角挤压65Mn钢的微观组织167
5.4等通道角挤压层片状珠光体钢的力学性能168
5.4.1等通道角挤压GCr15钢的硬度168
5.4.2等通道角挤压T8钢的力学性能168
5.5等通道角挤压粒状珠光体钢的微观组织171
5.5.1等通道角挤压T8钢冷变形后的微观组织171
5.5.2等通道角挤压T8钢温变形后的微观组织174
5.6等通道角挤压粒状珠光体钢的力学性能177
5.6.1等通道角挤压T8钢冷变形后的力学性能177
5.6.2等通道角挤压T8钢温变形后的力学性能179
参考文献181

第6章高应变速率变形制备超细晶粒高碳钢的组织与性能
6.1激光冲击强化技术183
6.1.1激光冲击强化工艺183
6.1.2原始层片状珠光体钢LSP后的微观组织185
6.1.3两道次ECAP珠光体钢LSP后的微观组织186
6.1.4四道次ECAP珠光体钢LSP后的微观组织187
6.1.5不同道次ECAP珠光体钢LSP后的力学性能189
6.1.6超细晶粒高碳钢LSP冲击后的组织性能191
6.2分离式霍普金森压杆技术194
6.2.1分离式霍普金森压杆工艺194
6.2.2原始层片状珠光体钢SHPB后的组织性能196
6.2.3原始粒状珠光体钢SHPB后的组织性能202
6.2.4两道次ECAP珠光体钢SHPB后的组织性能207
6.2.5四道次ECAP珠光体钢SHPB后的组织性能208
参考文献212

第7章超细晶粒高碳钢的其他制备技术与组织性能
7.1表面机械研磨细化技术215
7.1.1表面机械研磨工艺原理216
7.1.2表面机械研磨高碳钢的微观组织216
7.1.3表面机械研磨高碳钢的力学性能219
7.2高压扭转细化技术220
7.2.1高压扭转工艺原理220
7.2.2高压扭转高碳钢的微观组织222
7.2.3高压扭转高碳钢的力学性能225
7.2.4高压扭转次数对超细晶粒高碳钢组织和性能的影响226
7.3循环热处理细化技术228
7.3.1循环热处理工艺原理228
7.3.2循环热处理工艺对高碳钢微观组织的影响229
7.3.3循环热处理工艺对高碳钢力学性能的影响230
7.4落球法细化技术232
7.4.1落球法工艺原理232
7.4.2落球法对高碳钢微观组织和力学性能的影响232
7.5TMCP制备超细晶粒高碳钢的组织性能234
7.5.1温变形对高碳钢组织性能的影响234
7.5.2重度温轧退火对高碳钢组织性能的影响246
7.5.3循环变形对高碳钢组织性能的影响249
7.5.4形变诱导相变对高碳钢组织性能的影响254
参考文献256