超高强度钢

超高强度钢

随着潜艇、机、箭、天器和兵器的发展,对超高强度钢的需求显著增长。根据钢中的合金含量可以将超高强度钢分为低合金超高强度钢、合金超高强度钢和高合金超高强度钢。据合结钢的物理冶金学特点可以将超高强度钢分为低合金超高强度钢、次硬化超高强度钢和马氏体时效钢。低合金超高强度钢大多是

AISI4130、4140、4330或4340的改进型钢;HY180和AF1410是典型的二次硬化型中合金超高强度钢;高合金超高强度钢的典型代表是马氏体时效钢。AISI4340是最早出现的低合金超高强度钢。它于1950年开始研究,并于1955年应用于飞机起落架。通过淬火和低温回火处理,AISI413041404330或4340钢的屈服强度可以超过1500MPa,然而缺口冲击韧性降低。在钢中添加1%～2%的硅可以抑制回火时ε-碳化物生长及Fe3C形成,提高回火温度(260-315℃)来消除热应力和相变应力以提高韧性,同时又可避免马氏体回火脆性。坩埚熔炼Hy-Tuf和300M便是利用上述原理开发的高硅低合金超高强度钢。1952年美国国际镍公司开发的300M钢是在4340钢中添加硅和钒元素。300M钢在300℃回火可获得最佳的强度和韧性配合。通过调整碳含量和添加钒,开发了AMS6434和LadishD6AC钢。通过对AISI4330的改进,我国开发了高性能685和686装甲钢。在工艺性能相当的条件下,高性能685装甲钢的抗枪弹和抗炮弹性能优于目前我国大量应用的前苏联2п和43пCM装甲钢。在AISI4340的基础上,我国还研制了高硬度695装甲钢,其抗穿甲弹防护系数达到1.3以上。值得注意的是,尽管以4340和300M钢为代表的低合金超高强度钢具有高强度,但它们的断裂韧性和抗应力腐蚀能力较差。马氏体时效钢强化作用是通过马氏体相变和等温时效析出金属间化合物Ni3Mo来达到的。马氏体时效钢的基本化学成分是18%Ni-8%Co-5%Mo。随着钛含量从0.20%提高到1.4%,屈服强度可以在1375-2410MPa之间变化。为了获得高韧性,应尽量降低钢中的磷、、和氮含量。目前马氏体时效钢的发展方向是:为了获得更高的强度和韧性,开发更高洁净度的马氏体时效钢;为了降低成本,开发经济的无钴马氏体时效钢。

除了广泛应用的AF1410等二次硬化超高强度钢之外,为了获得更高的强度和韧性配合,美国SRG在二次硬化钢的物理冶金学研究基础上,开发了高洁净度的AerMet钢。高洁净度保证了Aer-Met100钢

(0.23%C-3%Cr-11.1%Ni-13.4%Co-1.2%Mo)具备目前最佳的强度和韧性配Met100

的基础上开发的高强高韧钢。与AerMet100相同,AerMet310也是双真空冶炼的含镍钴钢,它具有良好的韧性和塑性。AerMet310的抗拉强度是2172MPa,比AerMet100高出200MPa。与Marage300相比,AerMet310的屈强比较小,因而可在断裂前吸收较多的塑变能量。AerMet310的比强度高于AerMet100和Malage300,甚至高于Ti-6Al-4V钛合金。高强度的AerMet310将可能应用于下一代飞机的起落架和零件。

超高强度钢将向高性能和低成本方向发展。为了达到高强度和高韧性,除了设计新型合金之外,提高洁净度是一个重要手段。影响马氏体时效钢广泛应用的主要因素是其高合金含量带来的高价格,开发经济型的无钴马氏体时效钢是超高强度钢的又一重要发展方向.