超高强度钢的结构与性能研究进展

• 高Co-Ni高强度钢从最初的提高碳来增加强度（HP9-4-X系列），到降 碳增钴提高强度和韧性（AF1410），到现在发展的G99， Aermet100,0.2AF1410又回到了以提高碳提高强度，碳含量现在为 0.2%-0.26%，基体由韧性良好的板条状马氏体转变为韧性较差的片状 马氏体，碳含量达到了极限，现在追求的是Cr+Mo和碳的最佳配比， 最希望同时出现碳化物和金属间化合物。第二个方向是通过调整钢的 成分控制逆转变奥氏体的稳定性。利用奥氏体的相变韧化提高钢的韧 性在TRIP 钢和部分奥氏体不锈钢中获得了很大成功。
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马氏体时效钢的发展趋向为: (1) 生产超纯净马氏体时效钢, 改进马氏体时效钢组织结构的均匀性; ( 2) 进一步研究晶粒超细化工艺; ( 3) 无钴超高强度马氏体时效钢开发及强韧化机理研究; ( 4) 高度弥散金属间化合物的形貌、组分、结构以及残留奥氏体的 数量、形貌、分布状态对马氏体时效钢性能的影响; • ( 5) 稀土元素在马氏体时效钢中作用机理研究。
超高百度文库度马氏体时效钢的发展
• 18Ni，20Ni和25Ni，以18Ni系制造最为容易且应用最为广泛 • 20世纪60年代初由国际镍公司(INCO)首先开发出来的。1961~ 1962年间该公司Decker 等人发现,在Fe-Ni马氏体合金中同时加 入Co、Mo可使马氏体时效硬化效果大大提高,并通过调整Co、Mo、 Ti含量得18Ni系马氏体时效钢。 • 到了70年代,日本因开发浓缩铀离心机,对马氏体时效钢进行了 系统、深入的研究。 • 进入80年代以来,作为战略元素Co的资源短缺、价格不断上涨, 无钴马氏体时效钢的研制始于美国,国际镍公司(INCO) 与钨钒 高速工具钢公司(Vasco) 合作, 开发了T-250无钴马氏体时效钢。 • 在20世纪60年代后期又开发了马氏体时效不锈钢。
• 从基体组织看，具备高位错密度的马氏体组织，要有足够的强化相析 出，一般要加入Mo元素，强化相多，细小弥散，可加入少量Ti。从成 分来看，一般为低碳马氏体不锈钢，可以提高耐蚀性，焊接性能。 • 马氏体时效不锈钢是由低碳马氏体相变强化和时效强化两种强化效应 叠加的高强度不锈钢,是20世纪60年代后期发展起来的新钢类 • 1961，美国Carpenter Technology Co.不含钴的Custom 450、 Custom455 及X-15、X-23。同期AM363、Almar326、In736、PH13-8Mo、 UnimarCR
• (1) 降低钢中气体、夹杂物和有害元素含量,改进马氏体时效不锈钢 组织结构的均匀性, 提高现有钢种的强、韧性以及耐蚀性。 • (2) 进一步研究晶粒超细化工艺。通过改善合金化、控制轧制及形变 热处理, 在析出强化的同时, 充分发挥形变、相变和细晶强化的综合 作用,提高钢的综合力学性能。 • (3) 开发R0.2\1200 MPa 耐海水腐蚀马氏体时效不锈钢, 提高铬、钼 等耐腐蚀元素的含量, 进一步改善马氏体时效不锈钢的耐腐蚀性能。 • (4) 无钴超高强度( Rb \1800 MPa) 马氏体时效不锈钢的开发及强韧 化机理研究。 • (5) 进一步研究高度弥散金属间化合物的形貌、组分、结构以及残留 奥氏体的数量形貌、分布状态对马氏体时效不锈钢性能的影响。 • (6) 稀土元素在马氏体时效不锈钢中作用机理研究。
• 1946年carnagic Illinors公司，第一个发现stainless w不锈钢。 • 1948年，armco steel公司开发了17-4PH和17-7PH,1965年开发了155PH，1968年通过降低cr含量，增加Ni含量研发强度更高的PH13-8Mo 马氏体沉淀硬化不锈钢。 • Martin等人于1997和2003年获得custom465和custom475的专利。 • 近年来，出现了强度超过1900MPa的超高强钢Ferriums53和F863钢
• 高合金中碳Ni—Co型超高强度钢，是在具有高韧性、低脆性转变温度 的9%Ni型低温钢的基础上发展起来的。在9%Ni钢中添加钻是为了提高 钢的Ms（马氏体转变）温度，减少钢中的残余奥氏体，同时，钻在镍 钢中起固溶强化作用，还通过加钻来获得钢的自回火特性，从而使这 类钢具有优良的焊接性能。碳在这类钢中起强化作用。钢中还含有少 量铬和钼，以便在回火时产生弥散强化效应。主要牌号有HP9-4-25， HP9-4-30，HP9-4-45以及改型的AF1410（0.16%C-10%Ni-14%Co-1%Mo2%Cr-0.05%V）等。这类钢综合力学性能高。抗应力腐蚀性好，具有 良好的工艺性能和焊接性能，广泛用于航空、航天和潜艇亮体等产品 上。
超高强度钢的结构与性能研究进展
低合金中碳马氏体超强化钢
• 40CrNiMo（AISI4340钢），美国于20世纪40年代中期研制 成功，经淬火和低温回火后，抗拉强度约为1900MPa。在 50年代初，在这种钢的基础上添加1.6%的Si和0.1%的V， 制成300M钢，抗拉强度约在1900-2050MPa。真空熔炼降低 钢中杂质元素含量，改善钢的横向塑性和韧性，由于钢中 合金元素含量较低，成本低，生产工艺简单，广泛用于飞 机大梁、起落架、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。 • 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1660MPa,断裂韧度达3900MPa。
中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢
• 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%, 奥氏体化后空冷，获得马氏体组织。这 类钢的特点是回火稳定性高,在500℃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。 • 稀土硅铁合金对4Cr5MoSiV钢组织和性能的影响