超高強度鋼
| 超高強度鋼 |
超高強度鋼是用於製造承受較高應力結構件的一類合金鋼。一般屈 服強度大於1180MPa，抗拉強度大於1380MPa這類鋼一般具有足夠的韌性及較高的比強度和屈強比， 還有良好的焊接性和成形性。按照合金化程度和顯微組織，可分為低合金、中合金和高合金超高強度鋼三類。2018年2月，研發出基於共格納米析出強化的新一代超高強鋼，榮獲科技部2017年度中國科學十大進展。
目錄
簡介
早在20世紀40年代中期，由於航空和航天技術發展的需要，為了減輕飛行器自重，提高飛行速度，要求結構材料必須具有更高的比強度。為此，美國人在AISI4130和4340鋼的基礎上，改變熱處理工藝，採用淬火加低溫回火，獲得回火馬氏體組織，使鋼的抗拉強度提高到1600MPa以上。用於製造飛機結構件，對減輕飛行器自重取得了明顯成效。20世紀50年代以後，在提高鋼的強度和改善鋼的韌性方面不斷取得新進展，相繼研製成功300M，D6AC和H-11等超高強度鋼。1960年美國國際鎳公司研製出馬氏體時效鋼，並逐步形成18Ni馬氏體時效鋼系列，屈服強度分別為1400MPa、1700MPa、2100MPa和2400MPa，其斷裂韌性達到較高的水平。20世紀70年代以後，超高強度鋼的發展主要是提高韌性。在9NiCo系列之後，美國在Hy180鋼的基礎上，又研製成功AF1410二次硬化超高強度鋼，該鋼採用低碳馬氏體和析出合金碳化物彌散強化效應，不僅強度高，韌性高，而且具有很高的抗應力腐蝕能力。已用於製造飛機起落架和平尾軸等重要結構部件，受到航空和航天部門的重視和青睞。進入20世紀90年代以來，為了適應航空工業的需要，在AF1410鋼的基礎上，美國研製成功AerMet100，鋼的抗拉強度為1965MPa，斷裂韌性達到120MN·m抗應力腐蝕性能好。用於製造飛機起落架，將大大提高飛行安全可靠性，延長飛機使用壽命。中國從20世紀50年代開始試製超高強度鋼。結合國內資源條件先後研製成功35Si2Mn2MoVA，40CrMnSiMoVA和33Si2MnCrMoVREA等低合金超高強度鋼，這些材料已經用於製造飛機起落架和固體火箭發動機殼體等重要部件。1980年以後採用真空冶煉技術，提高了鋼的純度，先後試製成功40CrNi2Si2MoVA、45CrNiMo1VA和18Ni馬氏體時效鋼等。超高強度鋼的研製和應用均取得了顯著的進展。進入20世紀90年代以來，在新材料和新工藝的研究方面，不斷有新的突破，航空和航天用高斷裂韌性超高強度鋼的研製和應用均取得了新進展。
評價
超高強度鋼對冶金質量要求高，通常採用電弧爐和電渣重熔冶煉。要求純度高的鋼種，多採用真空感應爐或真空自耗電弧爐冶煉。中、低合金超高強度鋼在熱處理時應防止脫碳；馬氏體時效鋼和沉澱硬化不鏽鋼，可以用普通加熱爐固溶處理。焊接時須採用保護氣體焊接或採用鎢極氬弧焊接。某些含碳較高的（0.4%左右）低合金超高強度鋼，焊接後應立即進行去應力退火。（1）冶煉。採用真空冶煉工藝提高鋼的純淨度是改善超高強度鋼性能的重大技術措施。真空冶煉主要是降低鋼中的氣體和非金屬夾雜物含量。40CrNi2MoA鋼採用真空冶煉，使鋼中氫、氧和氮含量比電弧爐冶煉分別降低50%、85%和70%。由於冶金質量改善，從而使鋼的斷裂韌性明顯地提高。（2）夾雜物形態控制。控制夾雜物形態能有效地改善超高強度鋼的斷裂韌性。為了提高斷裂韌性首先要對硫和磷要有嚴格的限制，採用冶煉工藝要最大限度地降低鋼中硫和磷含量。（3）熱處理。改變熱處理工藝是提高斷裂韌性經常採用的一種有效手段。超高強度鋼採用1200℃高溫淬火，鋼中奧氏體晶粒尺寸增大，顯微組織中板條馬氏體量增多，馬氏體板條邊界形成有殘留奧氏體薄膜。這些因素都能使鋼的斷裂韌性提高。但是由於粗大晶粒降低衝擊韌性，因而在生產中難以推廣應用。[1]