超高强度钢
| 超高强度钢 |
超高强度钢是用于制造承受较高应力结构件的一类合金钢。一般屈 服强度大于1180MPa，抗拉强度大于1380MPa这类钢一般具有足够的韧性及较高的比强度和屈强比， 还有良好的焊接性和成形性。按照合金化程度和显微组织，可分为低合金、中合金和高合金超高强度钢三类。2018年2月，研发出基于共格纳米析出强化的新一代超高强钢，荣获科技部2017年度中国科学十大进展。
目录
简介
早在20世纪40年代中期，由于航空和航天技术发展的需要，为了减轻飞行器自重，提高飞行速度，要求结构材料必须具有更高的比强度。为此，美国人在AISI4130和4340钢的基础上，改变热处理工艺，采用淬火加低温回火，获得回火马氏体组织，使钢的抗拉强度提高到1600MPa以上。用于制造飞机结构件，对减轻飞行器自重取得了明显成效。20世纪50年代以后，在提高钢的强度和改善钢的韧性方面不断取得新进展，相继研制成功300M，D6AC和H-11等超高强度钢。1960年美国国际镍公司研制出马氏体时效钢，并逐步形成18Ni马氏体时效钢系列，屈服强度分别为1400MPa、1700MPa、2100MPa和2400MPa，其断裂韧性达到较高的水平。20世纪70年代以后，超高强度钢的发展主要是提高韧性。在9NiCo系列之后，美国在Hy180钢的基础上，又研制成功AF1410二次硬化超高强度钢，该钢采用低碳马氏体和析出合金碳化物弥散强化效应，不仅强度高，韧性高，而且具有很高的抗应力腐蚀能力。已用于制造飞机起落架和平尾轴等重要结构部件，受到航空和航天部门的重视和青睐。进入20世纪90年代以来，为了适应航空工业的需要，在AF1410钢的基础上，美国研制成功AerMet100，钢的抗拉强度为1965MPa，断裂韧性达到120MN·m抗应力腐蚀性能好。用于制造飞机起落架，将大大提高飞行安全可靠性，延长飞机使用寿命。中国从20世纪50年代开始试制超高强度钢。结合国内资源条件先后研制成功35Si2Mn2MoVA，40CrMnSiMoVA和33Si2MnCrMoVREA等低合金超高强度钢，这些材料已经用于制造飞机起落架和固体火箭发动机壳体等重要部件。1980年以后采用真空冶炼技术，提高了钢的纯度，先后试制成功40CrNi2Si2MoVA、45CrNiMo1VA和18Ni马氏体时效钢等。超高强度钢的研制和应用均取得了显著的进展。进入20世纪90年代以来，在新材料和新工艺的研究方面，不断有新的突破，航空和航天用高断裂韧性超高强度钢的研制和应用均取得了新进展。
评价
超高强度钢对冶金质量要求高，通常采用电弧炉和电渣重熔冶炼。要求纯度高的钢种，多采用真空感应炉或真空自耗电弧炉冶炼。中、低合金超高强度钢在热处理时应防止脱碳；马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢，可以用普通加热炉固溶处理。焊接时须采用保护气体焊接或采用钨极氩弧焊接。某些含碳较高的（0.4%左右）低合金超高强度钢，焊接后应立即进行去应力退火。（1）冶炼。采用真空冶炼工艺提高钢的纯净度是改善超高强度钢性能的重大技术措施。真空冶炼主要是降低钢中的气体和非金属夹杂物含量。40CrNi2MoA钢采用真空冶炼，使钢中氢、氧和氮含量比电弧炉冶炼分别降低50%、85%和70%。由于冶金质量改善，从而使钢的断裂韧性明显地提高。（2）夹杂物形态控制。控制夹杂物形态能有效地改善超高强度钢的断裂韧性。为了提高断裂韧性首先要对硫和磷要有严格的限制，采用冶炼工艺要最大限度地降低钢中硫和磷含量。（3）热处理。改变热处理工艺是提高断裂韧性经常采用的一种有效手段。超高强度钢采用1200℃高温淬火，钢中奥氏体晶粒尺寸增大，显微组织中板条马氏体量增多，马氏体板条边界形成有残留奥氏体薄膜。这些因素都能使钢的断裂韧性提高。但是由于粗大晶粒降低冲击韧性，因而在生产中难以推广应用。[1]