Oak ridge国家实验室（ORNL）和Caterpillar技术中心的研究人员共同开发了一种新的铸造奥氏体不锈CF－8C Plus，和原标准相比，无论在高温还是在低温下都有着较高的强度和较好的韧性，而不需要增加成本。该钢及其工艺（设计的显微组织）均被认为是独一无二的。

　　CF－8C　Plus的开发是受未来新式的柴油发动机排气部件预期的要求迫使，这些部件要求在温度高达800～850℃时能可靠地工作。CF－8C　Plus是作为Caterpillar和ORNL之间最初的DRADA项目的一部分（1999～2002）而设计和创造的，此后，在接下来的第二个DRADA项目（2002年至今）期间按比例增大商业化生产之后进行了比较全面的试验。CF－8C　Plus的开发和使其商业化的工作，在2003年7月赢得了2003年R＆D100佳奖。

　　合金开发大约在一年内完成，由于进行该项研究的工程师们能够利用多年来收集到的有关钢种的显微组织和性能的数据，使现有成绩的取得成为了可能。第一次实验室加热的第一个CF－8C　Plus试样在850℃下进行了蠕变试验，持续了两年后断裂，而标准商业CF－8C　Plus商业铸造性能和实验室加热的性能类似，甚至更好。

    CF－8C　Plus的设计

　　传统的合金通常要在强度和延展性之间进行权衡，换句话说，钢的强度越高，它的延展性就越差，强度较高的钢常常容易产生裂纹。然而，新钢种通过认真调整和修改CF－8C这种常用的铸造不锈钢复杂的合金成分，不需要进行这种权衡考虑。具体讲，高温强度的提高是由于:

　　·仔细地选择对CF－8C中新合金的加入量。

　　·调整其他合金成分以帮助和增强这些新的添加元素。对这些元素的量采用了特别的设计，为使高温下（不是铸造就是使用过程中）沿着晶界和晶粒本身的沉淀相（即NbC，δ铁素体，σ相）得到微量和毫微量级的利用。

　　·碳化铌（NbC）的毫微量级微粒强化钢的高温强度。这种合金的设计是为了使NbC的纳米级微业材料，只有在使用过程中被暴露于650～850℃的高温下才形成，在铸造过程中不形成。这种特性使较易于铸造成型，然后得到在高温使用期间要求的较高强度。这种沉淀硬化并不是新的和独特的方法，这些利用或注意工艺设计效果的努力并不是典型的标准作法。因为这些新的铸造钢不需要焊后热处理或加工，所以这是另一种节约成本效益。

    800～850℃工作温度

　　传统的CF－8C铸造钢由于强度不够和有害的时效作用，一般在温度大大低于650℃以下工作是可靠的。相反，CF－8C　Plus具有强度高、可延展、抗疲劳、抗蠕变，特别是在温度高达850℃左右时抗热疲劳。

　　CF－8C　Plus显示的抗氧化性也比预期的要好。很少有几种不锈钢在850℃，甚至更高的温度下可以工作，即使有也比较昂贵，它们比CF－8C更难以铸造，CF－8在疲劳或热疲劳过程中也常常更容易断裂，在700～850℃受到有害的时效作用。

　　由于这些特性，CF－8C　Plus非常适合未来的排气部件，例如歧管和现代的重型柴油发动机涡轮增压机外壳。CF－8C　Plus预期也可以直接用于其他工业用途，包括海船的柴油机、各种燃气轮机、汽车汽油发动机、天然气往复发动机中的部件和其他的高温用途。

    科学的合金开发

　　CF－8C　Plus在应用科学中立即得到成功，从而产生了改进的商业材料生产技术，而且应当远远超出最初计划的商业应用范围。它以控制基本机理为基础，在科学的合金开发方面也获得了成功。CF－8C　Plus钢和DRADA项目是为新式的柴油机和燃气轮机用途而开发的，赢得了2003年R＆D100佳奖，该项目受到美国能源部（DOE）能源电力可靠分配计划和FreedomCAR　and Vehicle技术的资助。

　　然而，设计的显微组织方法，在有关毫微级组织和奥氏体不锈钢中沉淀物的成分非常详细的、惊人的信息量方面有它的根源，奥氏体不锈钢追溯到由美国能源部聚变反应堆材料设计开发的“节约型”奥氏体不锈钢，这个设计使用了几乎20年的数据，设计的显微组织方法被明确地被定义，用在开发特殊的节约型奥氏体不锈钢，这种钢接下来在聚变能AR＆TD能源部材料设计中，发现温度高达750℃时有显著的抗蠕变能力。这个计划使用了另外5年的数据，于1990年赢得一项R＆D100佳奖。

　　描述非常高能量反应堆辐照过程中显微组织和沉淀物性能的数据极其复杂，这些数据提供如何控制基体和沿晶界的毫微量级沉淀物的科学概念的基础。这些信息导致能提供一种能聚变反应堆第一层壁需要的抗空位膨胀和氦脆化性能的合金。

    然而聚变材料计划设计的这些特殊的钢，也可和于制造新型矿物能源计划的一个重要目标，用来提高它们的长期抗蠕变能力。

　　矿物能源计划工作的一个有意义的结果是特殊合金化“规律”的理解，这些规律在高温蠕变过程中影响和控制沉淀行为。这些合金化规律包括：

　　·反应物作用：例如铌和碳反应形成碳化铌（NbC）。

　　·催化剂作用：硅显著地提高Fe2Mo拉弗斯相形成，钛提高FeCr σ相的形成。

　　·抑制剂作用：碳、硼及其他杂质阻止和抑制像拉弗斯相和σ相这样的金属间相。

　　·冲突作用：碳和氮都竞先和钛形成碳化钛（TiC）与氮化钛（TiN）。

　　这些所应用的科学分析还展现出影响长期抗蠕变能力的机理，阻止蠕变包括：

　　·产生像TiC或NbC这样的毫微量级碳化物，提高高温蠕变强度。

　　·调整基体成分，以保证可提高长期蠕变强度的微小碳化物保持稳定。

　　·抑制或消除引起破裂的机械作用。

　　例如，作为这些合金设计作用的结果，新的CF－8C　Plus钢形成NbC的毫微量级弥散物，它们阻碍融化或粗化、抗蠕变孔隙形成以及阻碍在晶界处形成脆性σ相。

　　这种设计的显微组织，使一些在高温下不能工作或不能很好工作的材料得到改善。这种科学的合金设计方法，应该也能用于其他复杂的高温合金系统，应该补充到下在被发展的更高级的计算科学方法中。

    机械零件所用金属材料多种多样，为了使生产、管理方便、有序，有关标准对不同金属材料规定了它们牌号的表示方法，以示统一和便于采纳、使用。现将常用金属材料牌号表示方法作一些简单介绍。

    1、钢铁产品牌号表示方法(参照GB/T221—2000)1.标准的基本概况GB/T221—2000标准是参照国外钢铁产品牌号表示方法和国内钢铁产品牌号表示方法变化(如Q345代替16Mn)等情况修订后，于2000年4月1日发布，并于2000年11月1日开始实施。

    2.主要技术内容变动情况

    (1)由于一些钢铁产品牌号有它们专用的标准，故取消了原标准中铁合金、铸造合金、高温合金、精密合金、耐蚀合金和铸铁、铸钢、粉末材料等牌号表示方法。

    (2)一些新的钢铁产品的出现，更加完善了原标准。新标准增加了脱碳低磷粒铁、含钒生铁 JP2、铸造耐磨生铁、保证淬透性钢、非调质机械结构钢、塑料模具钢、取向硅钢(电讯用)等牌号表示方法。

   (3)对不适应科技发展和与生产不协调的一些用钢牌号作了彻底改变或修改。如碳素结构钢A３改为Q235，低合金高强度结构钢16Mn改为Q345等。对不锈钢、耐热钢和冷轧硅钢等的牌号表示方法也做了修改。

    (4)原标准中“钢铁产品牌号表示方法举例”的表3，因不适用于新标准而被删除。

    3.钢铁产品牌号表示方法的基本原则

    (1)凡国家标准和行业标准中钢铁产品的牌号均应按GB/T221—2000标准规定的牌号表示方法编写。凡不符合规定编写的钢铁产品牌号，应在标准修订时予以更改，一些新的钢铁产品，其牌号也应按此予以编写牌号。

    (2)产品牌号的表示，一般采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法来表示。

    (3)采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母。当和另一个产品所选用的字母重复时，可改用第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字中的第一个拼音字母。

    (4)暂时没有可采用的汉字及汉语拼音的，采用符号为英文字母。

    4.钢铁产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号(摘录)钢铁产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号见表1。

    5.钢铁产品牌号表示方法示例及说明

    (1)生铁牌号表示方法生铁牌号采用表1中规定的符号和阿拉伯数字表示。

       ①阿拉伯数字表示平均含硅量(以千分之几计)。例如：含硅量为2.75%～3.25%的铸造用生铁，其牌号表示为“Z30”；含硅量为0.85%～1.25%的炼钢用生铁，其牌号表示为“L10”。

    ②含钒生铁和脱碳低磷粒铁，阿拉伯数字分别表示钒和碳的平均含量(均以千分之几计)。例如：含钒量不小于0.40%的含钒生铁，其牌号表示为“F40”；含碳量为1.20%～1.60%的炼钢用脱碳低磷粒铁，其牌号表示为“TL14”。

    (2)碳素结构钢和低合金高强度结构牌号表示方法以上用钢通常分为通用钢和专用钢两大类。

    ①通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母“Q”。屈服点数值(单位为MPa)和表1中规定的质量等级、脱氧方法等符号，按顺序组成牌号。例如：碳素结构钢牌号表示为：Q235AF，Q235BZ；低合金高强度结构钢牌号表示为：Q345C，Q345D。

    碳素结构钢的牌号组成中，镇静钢符号“Z”和特殊镇静钢符号“TZ”可以省略，例如：质量等级分别为C级和D级的Q235钢，其牌号表示应为Q235CZ和Q235DTZ，但可以省略为Q235C和 Q235D。

    低合金高强度结构钢有镇静钢和特殊镇静钢，但牌号尾部不加写表示脱氧方法的符号。

    ②专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号“Q”、屈服点数值和表1中规定的代表产品用途的符号等表示，例如：压力容器用钢牌号表示为“Q345R”；耐候钢其牌号表示为：Q340NH。

    ③根据需要，通用低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字(以万分之几计平均含碳量)和标准的元素符号组成；专用低合金高强度结构钢的牌号，除一般组成外，尚应加写表1中规定代表产品用途的符号。

    (3)优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢牌号表示方法优质碳素结构钢采用两位阿拉伯数字(以万分之几计表示平均含碳量)或阿拉伯数字和元素符号、表1中规定的符号组合成牌号。

     ①沸腾钢和半镇静钢，在牌号尾部分别加符号“F”和“b”。例如：平均含碳量为0.08%的沸腾钢，其牌号表示为“08F”；平均含碳量为0.10%的半镇静钢，其牌号表示为“10b”。

    ②镇静钢(S、P分别≤0.035%)一般不标符号。例如：平均含碳量为0.45%的镇静钢，其牌号表示为“45”。

    ③较高含锰量的优质碳素结构钢，在表示平均含碳量的阿拉伯数字后加锰元素符号。例如：平均含碳量为0.50%，含锰量为0.70%～1.00%的钢，其牌号表示为“50Mn”。

    ④高级优质碳素结构钢(S、P分别≤0.030%)，在牌号后加符号“A”。例如：平均含碳量为0.45%的高级优质碳素结构钢，其牌号表示为“45A”。

    ⑤特级优质碳素结构钢(S≤0.020%、P≤0.025%)，在牌号后加符号“E”。例如：平均含碳量为0.45%的特级优质碳素结构钢，其牌号表示为“45E”。

    优质碳素弹簧钢牌号的表示方法与优质碳素结构钢牌号表示方法相同(65、70、85、65Mn钢在GB/T1222和GB/T 699两个标准中同时分别存在)。

    (4)合金结构钢和合金弹簧钢牌号表示方法①合金结构钢牌号采用阿拉伯数字和标准的化学元素符号表示。

    用两位阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计)，放在牌号头部。

    合金元素含量表示方法为：平均含量小于1.50%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量；平均合金含量为1.50%～2.49%、2.50%～3.49%、3.50%～4.49%、4.50%～5.49%、……时，在合金元素后相应写成2、3、4、5……。

        例如：碳、铬、锰、硅的平均含量分别为030%、0.95%、0.85%、1.05%的合金结构钢，当S、P含量分别≤0.035%时，其牌号表示为“30CrMnSi”。

    高级优质合金结构钢(S、P含量分别≤0.025%)，在牌号尾部加符号“A”表示。例如：“30 CrMnSiA”。

    特级优质合金结构钢(S≤0.015%、P≤0.025%)，在牌号尾部加符号“E”，例如：“30CrM nSiE”。

    专用合金结构钢牌号尚应在牌号头部(或尾部)加表1中规定代表产品用途的符号。

    ②合金弹簧钢牌号的表示方法与合金结构钢相同。