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第1章 绪论 1

1.1 特种合金钢概述 1

1.2 特种合金钢选用与设计概述 3

1.3 特种合金钢生产制备 6

1.4 特种合金钢典型应用实例 10

1.5 特种合金钢选用与设计的发展及其意义 13

1.5.1 特种合金钢选用与设计系统 13

1.5.2 特种合金钢选用与设计方法发展 16

1.5.3 钢的选用与设计系统和产品全寿命周期 17

1.5.4 钢的选用与设计系统和绿色制造 17

1.5.5 特种合金钢选用与设计系统和可靠性 19

1.5.6 特种合金钢选用与设计系统和延寿 19

1.5.7 特种合金钢选用与设计系统和可持续发展 20

1.6 本书内容与结构 20

参考文献 21

第2章 特种合金钢力学行为及特性 23

2.1 特种合金钢力学性能及检测 23

2.2 特种合金钢组织特征与强韧性能 25

2.2.1 组织与性能概念 25

2.2.2 钢的强化机制 27

2.2.3 钢的韧化机制 32

2.3 特种合金钢的疲劳性能 34

2.3.1 疲劳性能概述 34

2.3.2 特种合金钢产品应力集中 35

2.3.3 钢的旋转弯曲疲劳性能 37

2.3.4 钢的接触疲劳性能及影响因素 40

2.3.5 特种合金钢产品疲劳的微观机制 41

2.3.6 特种合金钢腐蚀疲劳损伤 42

2.3.7 特种合金钢产品热机械疲劳 43

2.3.8 特种合金钢产品磨损疲劳 43

2.3.9 基于疲劳抗力材料选择原则 44

2.4 特种合金钢的蠕变抗力与耐热性 47

2.4.1 特种合金钢蠕变机理 47

2.4.2 特种合金钢蠕变本质及评价 48

2.4.3 特种合金钢抗蠕变过程 52

2.4.4 钢在蠕变过程中微观组织演变 54

2.4.5 特种合金钢使用温度及变形机制 63

2.4.6 基于蠕变抗力材料选择原则 64

参考文献 65

第3章 特种合金钢的工艺适应性与产品环境适应性能 67

3.1 工艺适应性与环境适应性的概念 67

3.2 特种合金钢表面完整性 67

3.3 特种合金钢耐腐蚀性能 72

3.3.1 特种合金钢腐蚀类型 72

3.3.2 钢的单一腐蚀失效模式 73

3.3.3 钢的综合腐蚀失效模式 75

3.3.4 特种合金钢成分对耐蚀性的影响 76

3.3.5 特种合金钢防腐蚀选材方法 77

3.4 特种合金钢耐磨损性能 78

3.4.1 磨损的过程及类型 78

3.4.2 基于材料耐磨性的选材方法 81

参考文献 83

第4章 特种合金钢表面处理与表面层 84

4.1 特种合金钢表面处理类别 84

4.2 表面化学热处理技术 85

4.2.1 离子化学热处理 85

4.2.2 特种合金钢渗碳工艺 86

4.2.3 特种合金钢渗氮工艺 91

4.2.4 碳氮共渗工艺 93

4.2.5 碳氮复合化学热处理 97

4.2.6 化学热处理组织与硬度 98

4.3 其他表面技术 104

4.3.1 离子注入技术 104

4.3.2 气相沉积技术 105

4.3.3 表面加热淬火技术 105

4.3.4 激光熔覆耐磨涂层 106

4.3.5 热喷涂技术 108

4.3.6 真空熔结技术 113

4.4 表层硬化结构 113

4.5 表面处理技术的应用 114

参考文献 115

第5章 特种合金钢失效分析与表面特性 117

5.1 失效分析概述 117

5.1.1 失效与失效分析内涵 117

5.1.2 失效分析作用与意义 119

5.1.3 失效分析技术的发展 120

5.2 失效分析思路 121

5.3 失效模式与原因 123

5.3.1 基本概念 123

5.3.2 特种合金钢失效原因 124

5.3.3 特种合金钢失效分析 127

5.4 失效分析流程与方法 130

5.4.1 失效分析的方法及过程 130

5.4.2 常用失效测试装置 132

5.5 特种合金钢产品残余应力分析 133

5.5.1 残余应力分析 133

5.5.2 表面处理后残余应力分布 134

5.6 特种合金钢腐蚀疲劳失效分析 136

5.7 产品表面质量分析 137

参考文献 138

第6章 特种合金钢选用与设计体系及原则 139

6.1 选用与设计系统工程方法 139

6.1.1 选用与设计系统逻辑结构 139

6.1.2 系统工程内涵 140

6.1.3 可靠性设计 141

6.1.4 产品系统性 144

6.2 特种合金钢选用依据 144

6.2.1 特种合金钢环境适应性 145

6.2.2 特种合金钢构件失效分析 145

6.2.3 特种合金钢及构件表面特性 145

6.3 特种合金钢选用原则 146

6.3.1 使用性能原则 146

6.3.2 构件制造工艺性能原则 148

6.3.3 性能及成本制约原则 151

6.4 特种合金钢设计原则 152

6.4.1 环境制约原则 152

6.4.2 工艺适应性原则 153

6.4.3 经济性制约原则 155

6.5 特种合金钢的设计程序 156

6.6 特种合金钢产品开发基础 157

6.6.1 材料及产品设计 157

6.6.2 表面处理及性能 158

6.6.3 产品使用与维修 159

6.6.4 考核与寿命评价 159

6.6.5 材料及产品检测 160

6.6.6 材料及产品技术体系 160

6.6.7 材料及产品标准体系 160

6.6.8 材料及产品失效系统 161

参考文献 161

第7章 特种合金钢在机械传动系统中的应用 163

7.1 传动系统设计特征与服役性能 163

7.2 滚动轴承钢 165

7.2.1 滚动轴承钢工况与性能要求 165

7.2.2 滚动轴承钢成分与制备 166

7.2.3 滚动轴承钢工艺与组织控制 168

7.2.4 渗碳层与摩擦磨损 169

7.2.5 轴承类零件失效形式 184

7.2.6 轴承零件失效典型特征与分析 185

7.2.7 滚动轴承钢品种与用途 186

7.3 齿轮用钢 188

7.3.1 齿轮钢工况与材料服役性能 188

7.3.2 齿轮钢材料及其表面处理 190

7.3.3 齿轮钢制备与模锻成形 194

7.3.4 齿轮类零件失效形式 201

7.3.5 齿轮典型失效特征与分析 204

7.3.6 齿轮钢的应用 209

7.4 传动轴用钢 210

7.4.1 轴件服役条件与材料性能 211

7.4.2 轴件失效起源与形式 212

7.4.3 轴件用钢失效分析及应用 215

7.4.4 轴件结构设计分析 217

参考文献 220

第8章 特种合金钢在高温动力机械中的应用 222

8.1 服役环境对耐热钢的影响 222

8.2 超超临界电站锅炉工况及材料性能要求 223

8.3 高温动力机械用钢开发及应用 225

8.4 USC电站及其燃煤电站耐热钢 229

8.5 高温动力机械用钢组织性能 231

8.5.1 X12铁素体耐热钢 231

8.5.2 HR3C奥氏体耐热钢 231

8.5.3 高Cr马氏体耐热钢 233

8.5.4 抗磨耐热钢研发 238

参考文献 239

第9章 航空用超高强度特种合金钢 242

9.1 超高强度航空用钢 242

9.2 低合金超高强度钢 247

9.3 二次沉淀硬化钢 249

9.4 马氏体时效钢 251

参考文献 258

第10章 高性能耐磨特种合金钢 260

10.1 概述 260

10.2 耐磨合金钢 263

10.2.1 合金元素在耐磨合金钢中的作用 263

10.2.2 低合金耐磨钢性能与工艺 264

10.2.3 中合金耐磨钢性能 266

10.3 特种高速钢 267

10.4 特种模具钢 272

10.4.1 工具钢及其分类 272

10.4.2 模具钢使用工况与性能 275

10.4.3 冷作模具钢的选用 278

10.4.4 热作模具用钢的选用 281

10.5 耐磨钢的合金成分设计 285

参考文献 286

第11章 高纯净高强度特种合金钢 289

11.1 无间隙原子（IF）高强钢 289

11.2 相变诱发塑性（TRIP）钢 291

11.3 汽车用双相高强（DP）钢 294

11.4 高品质管线用钢 298

11.4.1 管线钢使用性能及发展 298

11.4.2 管线钢产品关键工艺技术 302

11.4.3 低碳贝氏体管线钢设计与开发 303

11.4.4 低碳贝氏体钢控轧控冷新技术 306

11.5 高性能海洋船舶用钢 307

11.5.1 海洋船舶用钢服役环境与性能要求 307

11.5.2 海洋船舶用钢失效分析 309

11.5.3 海洋船舶用钢选用原则 310

11.5.4 海洋船舶用钢成分组织设计 311

11.5.5 海洋船舶产品防腐蚀设计 312

参考文献 312

第12章 特种合金钢开发与应用新进展 314

12.1 特种合金钢产品开发新进展 314

12.1.1 特种合金钢产品设计思想与方法 314

12.1.2 特种合金钢及产品检测技术 315

12.2 特种合金钢新产品 317

12.2.1 航空发动机主轴轴承 317

12.2.2 新一代超高强度钢与起落架构件 319

12.3 特种合金钢应用新进展——高铁轴承材料 321

12.3.1 高铁轴承服役环境及关键技术 321

12.3.2 高铁轴承钢组织及其性能 328

参考文献 339