超高强度用钢

超咼强度用钢定义：一般指强度高于1400MPa并兼有适当韧性的结构钢。航空上主要用于制造受力构件。应用学科：航空科技（一级学科）；航空材料（二级学科）50年代初，在AISI4340钢的基础上加入Si和V,制成300M，抗拉强度达190〜210kgf/mm2。I960年，国际镍公司制成马氏体时效钢，抗拉强度约为180kgf/mm2,断裂韧度高达390kgf/mm帮。70年代，美国在300M基础上降C增Si,改善韧性,发展成HP310钢;在马氏体时效钢的基础上研究成AF1410钢，抗拉强度为170kgf/mm2,断裂韧度达400kgf/mm帮（见断裂韧性试验）。ultrahigh-strengthsteels应用于制造承受较高应力结构件的合金钢类，一般屈服强度大于120kgf/mm□抗拉强度大于140kgf/mm□20世纪40年代中期，美国研制成Cr-Mo钢（AISI4130）和Cr-Ni-Mo钢（AI……已有多种钢号的产品，主要有 SiMnMoV、SiMnCrMoV和加有稀土元素 的SiMnCrMoV系列钢，抗拉强度为170〜190kgf/mm2，断裂韧度可达250〜280kgf/mm帮。超高强度钢必须具有高的抗拉强度，和保持足够的韧性 ，还要求比强度（强度与密度之比）大和屈强比（os/ob）高，以减轻构件的重量，而且要有良好的焊接性和成形性等工艺性能。按照合金化程度及显微组织，超高强度钢可分为低合金、中合金和高合金超高强度钢三类。在高合金超高强度钢中又有马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢等（见金属的强化）。低合金超高强度钢是由调质结构钢发展起来的， 含碳量一般在0.3〜0.5%,合金元素总含量小于5%，其作用是保证钢的淬透性，提高马氏体的抗回火稳定性和抑制奥氏体晶粒长大，细化钢的显微组织。常用元素有镍、铬、硅、锰、钼、钒等。通常在淬火和低温回火状态下使用，显微组织为回火板条马氏体，具有较高的强度和韧性。如采用 等温淬火工艺，可获得下贝氏体组织或下贝氏体与马氏体的混合组织，也可改善韧性。这类钢合金元素含量低，成本低 ，生产工艺简单，广泛用于制造飞机大梁、起落架构件、发动机轴、高强度螺栓、固体火箭发动机壳体和化工高压容器等。中合金超高强度钢热作模具钢的改型钢，典型钢种有4Cr5MoSiV钢。这类钢的含碳量约0.4%，合金元素总含量约8%，具有较高的淬透性，一般零件经高温奥氏体化后，空冷即可获得马氏体组织，500〜550C回火时，由于碳化物沉淀产生 二次硬化效应，而达到较高的强度。这类钢的特点是回火稳定性高 ，在500C左右条件下使用，仍有较高的强度，一般用于制造飞机发动机零件。马氏体时效钢典型钢种有18Ni马氏体时效钢，含碳小于0.03%,镍约18%，钴8%。根据钼和钛含量不同，钢的屈服强度分别可达到140、175和210kgf/mm2。从820〜840C固溶处理冷却到室温时，转变成微碳 Fe-Ni马氏体组织，其韧性较Fe-C马氏体为高，通过450〜480C时效，析出部分共格金属间化合物相（Ni3Ti、Ni3Mo）,达到较高的强度。镍可使钢在高温下得到单相奥氏体，并在冷却到室温时转变为单相马氏体，而具有较高的塑性。同时镍也是 时效强化元素。钴能使钢的马氏体开始转变温度升高，避免形成大量残留奥氏体。这类钢的特点是强度高，韧性高，屈强比高，焊接性和成形性良好；加工硬化系数小，热处理工艺简单，尺寸稳定性好，常用于制造航空器、航天器构件和冷挤、冷冲模具等。9Ni-4Co型超高强度钢含9%镍使钢固溶强化和提高韧性， 加4%钴的作用在于尽量减少钢中残留奥氏体量， 钼和铬是为了产生沉淀硬化效应。含碳0.20〜0.30%时，抗拉强度可达130〜160kgf/mm2,断裂韧度达400kgf/mm帮以上。综合性能好，抗应力腐蚀性高，具有良好的工艺性能，常用于航空、 航天工业。沉淀硬化不锈钢简称PH不锈钢，是在不锈钢的基础上发展起来的具有抗腐蚀性能的超高强度钢。合金元素总含量约为 22〜25%。按高温固溶处理后冷至室温时显微组织的不同，可分为 奥氏体型、半奥氏体型和马氏体型三类。典型钢种有0Cr17Ni7AI和0Cr15Ni7Mo2AI，抗拉强度约为160kgf/mm2。这类钢有良好的耐蚀性、抗氧化性。钢的强化是通过固溶处理、冷处理或形变后再时效，析出弥散沉淀相而实现的。这类钢主要用于制造高应力耐腐蚀的 化工设备零件、航空器结构件和高压容器等（见不锈耐酸钢） 。4生产工艺编辑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。5相关资讯编辑 太钢开发超高强度钢近日，从太钢技术中心传来喜讯，太钢在国内率先成功开发超高强度 热轧卷板，产品质量接近世界先进水平，具备了替代进口产品的条件。该超高强度热轧卷板是近年来国际薄规格超高强度钢研究的主流方向，代表了传统热连轧工艺的最高水平。产品主要应用于混凝土泵车制造，国内市场前景非常好，但一直以来都全部依赖进口。太钢从 2009年开始着手研制，研究人员通过不断与国际先进企业对标，经过近三年的努力，先后攻克了性能、组织缺陷、工艺控制等多项难题，于 2011年年底生产出组织均匀、具有很好冷弯性能的产品，各项机械性能指标均可满足混凝土泵车使用要求。吴世泽与战机用超高强度钢：打破苏联设置的卡子吴世泽（1909-1992）中国著名航空结构钢专家、金属热处理专家、国家二级工程师、研究员。四川 彭县人，1935年毕业于南京兵工专科学校大学部。 曾在金陵兵工厂（抗日初期该厂迁重庆，改为21兵工厂）任热处理研究所主任，1944年赴美考察热处理技术，并在美国西北大学学习。新中国成立后，历任西南工业部工程师、总冶金师、中央 二机部兵器研究所研究室主任、航空材料研究所研究室主任兼副总工程师。 1961年该所划归国防科委，参加中国人民解放军授予上校军衔。他严格要求自己，刻苦学习，勤奋工作，虽历经坎坷，但始终对航空材料研究锲而不舍，做出了杰出的贡献。我国自主创新研制的高空高速歼击机歼8H于1989年首次在第38届巴黎国际航空航天展览会上亮相，成为一大亮点：它那流线型机身、二侧 进气道、大三角形机翼、挺拔精细的起落架完美的结合，融为一体，给人一种非凡美的感受，因此，观众亲昵地称它是 空中美男子”。航空界的著名人士、专家都是来看门道的。一群参观者对歼 8H战机的起落架产生了浓厚的兴趣，他们边看边议论着：这起落架设计得这么精细，用的不是一般超高强度钢！ ”中国用的一向是苏联的钢材，起落架肯定要粗得多，不可能这么细”；美国的超高强度钢强度高、性能好，但绝不会卖给中国呀！ ”其中一位心直口快的参观者直截了当地问 讲解员：你们飞机起落架用的钢材是从哪个国家买来的？ ”讲解员有礼貌地以平和的语气答道： 先生！是用中国自己研制生产的新材料制造的。”在场的参观者面面相觑，有的竖起大拇指称赞不已。歼8n战机起落架用的钢材是航空材料研究所著名航空结构钢专家、 热处理专家吴世泽带领一批青年科研人员研制成功的，属于中国自主创新的第一个航空用优质超高强度钢 GC-4。在它的研制过程中有许多鲜为人知的故事。时间追溯到上世纪50年代，新中国诞生不久，国家资源尚未探明，当时缺乏 战略物资镍、铬元素，80%~90%依赖进口。但是西方国家敌视新中国，对我禁运、封锁，而镍、铬元素是 航空发动机用高温合金、飞机用结构钢的重要化学成分，起初主要依靠苏联。后来，中苏关系恶化，苏联也处处作梗设卡。当时，国际市场上要用 75吨小麦或15吨够规格的大对虾才能换回1吨镍，而且人家还不卖给中国，妄图把中国的航空工业卡死。镍、铬元素成了发展航空工业的严重障碍，几乎到了无米下锅”的境地。为突破西方国家的封锁和苏联设置的障碍，原第二机械工业部发布了《关于开展节约和代用合金钢中镍、铬的指示》，中国科学院和冶金工业部委托航空材料研究所副所长、著名冶金学家、 特种铸造专家荣科主持召开高温合金协调会，成员有吴世泽、郭可信、吴云书、张兴铨、丘玉池等著名金属材料专家，中心议题是立足于国家资源，建立中国自己的金属材料系统。参加此次会议，吴世泽感到责任重大，他想，航空工业遇到了关键的材料问题，自己早就怀着富国强兵之志，不再受到列强欺侮，航空报国匹夫有责，今日不报，更待何时！我们中国人要有中国人的志气，你美国、苏联有镍，在航空超高强度钢方面搞的是铬锰硅 镍合金化系列，我国当前缺镍何必一定去研究含镍的钢呢？我们要研究不含镍的合金化系列，就可展现山重水复疑无路，柳暗花明又一村 ”的前景。他全身心投入新型超高强度钢的分析研究之中，首先从合金化理论入手，经过多方案比较探索，阐明了铬锰硅钼钒（钛）合金化系列是可行的，而且还有可能获得很高的强度和性能。吴世泽把自己的想法向所长魏祖冶和荣科做了汇报，并提出了建议，列题研究不含镍的超高强度钢，得到了他们的坚定支持。魏所长问： 估计能达到什么水平？ ”吴世泽满怀信心地说： 起码超过苏联现有的水平，不然就不能代表我们中国的水平了！”很快组成了包括苏才业、张连荣、宋宇文、朱金荣、沈绳德等的课题组，在吴世泽指导下开始了研究工作。研制工作并不是一帆风顺的，遇到了不少技术难题，诸如化学成分的调整、 转厂工业规模试制、大规格钢材的生产问题、锻件低倍粗晶问题、 焊接质量问题等，经过反复试验研究，终于被一一攻克了。GC-4钢是中国自己研制的第一种超高强度钢，吴世泽及课题组研究人员出手不凡，其最突出特点是不含镍，每

生产100吨钢可节省2吨镍，并可根据设计使用要求选择不同的热处理制度，其 拉伸强度达1765~1961Mpa，可与美国的4340、D6A钢相媲美，比原用苏联的30XCHA钢高196Mpa，用于制造歼6机和强5机主起落架，取得了减重12.4千克的惊人结果；用于歼8、歼8I、歼8H机前、主起落架，也显著地 瘦身”减肥，故引出了本文开头的一幕。工程院院士、著名航空钢专家赵振业说： 在1958年吴世泽先生就敢于向最高水平挑战，并取得了成功，是很了不起的。”他之所以了不起，是他有胆有识打破了西方国家对我国的封锁和拔掉了苏联设下的卡子，解决了当时航空工业的燃眉之急。GC-4超高强度钢这项科研成果荣获国家发明奖。为进一步研究GC-4超高强度钢的潜在使用性能、提高起落架的安全使用寿命，张连荣、钟平又与协作单位合作，通过采用GC-4钢贝氏体区等温工艺，起落架改进设计和零件表面喷丸强化等技术措施， 最终实现了起落架与飞机机体同寿命这一世界先进水平，意义深远，张连荣等功不可没。科学在发展，航空工业在前进，航空材料研究也进