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超高强度钢的发展及展望

摘要:超高强度钢是一种在常规合金结构钢基础上发展而成的超高强度高韧

性合金钢。其在航空等相关行业中的应用较为广泛,基于此,文章首先对超高强

度钢的分类以及相关应用进行了分析,接着对其发展前景进行介绍,希望能够提

供相关借鉴。

关键词:超高强度钢;发展;前景

引言

近年来,我国的军工、冶金、矿山、航空航天以及航海等相关的行业随着科

学技术的进步得到了迅速的发展,这也就意味着将会有越来越多的目光集中在超

高强度钢的研制以及应用中。在常温状态下,超高强度钢的拉伸强度高于

1470MPa,屈服强度则大于1380MPa。在我国的航空起落架、精密齿轮以及高端轴

承钢中对其的应用较为广泛,可以作为高端产品的理想选择。超高强度钢的性能

和很多因素都有着较大的关系,其中主要包括了化学成分、内部组织、负载以及

外部环境等,这也就意味着未来超高强度钢的主要研究和发展方向要朝着低成本

以及绿色环保的方向发展。

1.超高强度钢发展和应用

目前我国超强钢主要可以从合金成分的总量和冶金特性来进行分类。按照合

金元素的总量,可以分为低、中高三种,其中,总合金含量在5.0wt%~10.0wt%

之间,低合金超高强度钢低于5.0wt%,超过10.0wt%的是高合金超高强度钢,中

间是中高合金超高强度钢。按照其冶金特性,可以将其划分为低合金超高强度钢、

二次硬化超高强度钢以及超高强度马氏体时效钢。下面将根据第二类来说明。

1.1低合金超高强度钢的发展及应用情况

低合金超高强钢是一种低合金马氏体结构钢,其合金元素含量低于5.0wt%,

其主要原因是马氏体中的碳含量。1950年,美国首先研制出AISI4340超高强钢,

它的主要用途是用于飞机的升降平台。采用Mo、Ni、Cr、Si、Vi等主要合

金元素,经淬火-低温回火处理后,其屈服强度超过1300MPa。该产品的碳含量

应控制在0.30wt%~0.50wt%之间,以获得高强度、高塑性、高韧性和焊接性能。

这是由于钢中的含碳量太少,钢的塑性和韧性都很好,但强度却很低;随着碳素

含量的增加,材料的强度增加,而塑性和韧性降低,焊接性能和冷成形性能降低。

后期,大部分的低合金超高强度钢由于含有大量的碳化物,其淬火后的拉伸强度

可以达到1500MPa以上,但是塑性较差。后来,美国Ni公司开发的300M钢,

[1]

采用1.5%~2.0%硅和少量钒,既能有效地保证超高强度,又能改善其断裂韧性。

原因在于硅可以改善钢的回火稳定性,并抑制回火脆性;在此基础上,钒可以生

成具有较高稳定性的微细碳化物,从而使钢材的强度得到进一步的改善。到目前

为止,飞机起落架外管锻造中,300M钢是最为主要的材料。近年来,通过调整碳、

铬、钨等元素含量较低的Eglin钢,可形成多种不同的纳米强化相,以抑制位错

运动,使其屈服强度达到1800MPa以上。我国在AISI4330上进行了改进,研制

出了685、686、695超硬装甲钢。685装甲钢在技术性能相同的情况下,比前苏

联的43ΠCM和2Π装甲钢要好得多。以此为基础,我国研制出一种新型的695

超高强度钢板,其防御力系数大于1.3。

1.2二次硬化超高强度钢

二次硬化超高强钢是指在马氏体钢中加入一些促进碳化物形成的元素,如铬、

镍、钼、钴等。20世纪60年代中期,美国U.S.钢铁公司研制出HY180钢(其屈

服强度可达到1200MPa),其耐高压、低温、高韧性和高强度。它主要是在马氏

体基体中加入适当的Ti、Co元素,提高Cr、Mo含量,获得分散的细小的第

二相碳化物;同时,增加10%以上的镍,使钢材的脆化转变温度下降,使其韧性

得到改善;减少了含碳量,确保了钢材的可焊性。K.J.汉德汉等对HY180钢进

行了深入的研究,将某些元素的含量、830℃的油淬火、510℃的时效处理后,研

制出了AF1410钢[2]。美国Carpenter公司在不断的研究中,开发出了更高的强

度、更高的耐受性和更好的抗应力的二次硬化超高强度钢。

1.3

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