超级高强度钢

高强度钢

“超高强度钢”的定义是相对于时代要求的技术进步程度而在变化的。一般讲，屈服强度在 1 370MPa（140 kgf/mm2）以上，抗拉强度在 1 620 MPa（165 kgf/mm2）以上的合金钢称超高强度钢。按其合金化程度和显微组织分为低合金中碳马氏体强化超高强

度钢、中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢、高合金中碳Ni—Co型超高强度钢、超

低碳马氏体时效硬化型超高强度钢、半奥氏体沉淀硬化型不锈钢等。

低合金中碳马氏体强化型超高强度钢（MART）是在低合金调质钢的基础上发展起来的，合金元素总量一般不超过6%。主要牌号包括传统的镍铬钼调质钢4340（40CrNiMo）,碳含量0.45%的镍铬钼钒钢D6AC（45 CrNiMoV），碳含量0.30%的铬锰硅镍钢（30CrMnSiNi2A）,在4340钢基础上通过加入硅（ 1.6%）和钒（0.1%）而研制成的300M 钢（43CrNiSiMoV）以及不含镍的硅锰钼钒或硅锰铬钼钒等。通过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。

中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢是从5%Cr型模具钢移而来的。由于它在高

温回火状态下有很高的强度和较满意的塑性和韧性，抗热性好，组织稳定，用于飞机起

落架、火箭壳体等。典型钢种为H11和H13等。其主要成分为： C 0.32%--0.45%；Cr 4.75%--5.5%；Mo 1.1%--1.75%；Si 0.8%--1.2%。

高合金中碳Ni—Co（9Ni--4Co--××）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%Mo-2%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。

超低碳马氏体时效硬化型超高强度钢，通常称马氏体时效钢。钢的基体为超低碳的

铁镍或铁镍钴马氏体。其特点是，马氏体形成时不需要快冷，可变温及等温形成；具有

体心立方结构；硬度约为HRC20，塑性很好；再加热时不出现像在低碳马氏体中发生的

回火现象，并有很大的逆转变温度迟滞，因而可以在较高温度进行马氏体基体内的时效

硬化。在这样的高镍马氏体中含有能引起时效强化的合金元素，借助于时效强化，从过

饱和的马氏体中析出弥散分布的金属间化合物，使钢获得高强度和高韧性。按镍含量，

马氏体时效钢分为25%Ni、20%Ni、18%Ni和12%Ni等类型.18%Ni型应用较广，为含有钼、钛等强化原素的超低碳铁-镍（18%）-钻（8.5%）合金，包括3个牌号：18%Ni（200）、18%Ni（250）、和18%Ni（300）（200、250、300为抗拉强度等级，单位为Ksi）。这种钢是通过金属间化合物的析出使钢强化。借无碳的马氏体基体取得高塑性，最后达到

很高的强度塑性配合。这类钢具有良好的成形性能、焊接性能和尺寸稳定性，热处理工

艺也较简单，用于航空、航天器构件和冷挤、冷冲压模具等。

半奥氏体沉淀硬化型不锈钢是一类高合金的超高强度钢，如常见的17-7PH

（OCr17Ni7Al）、PH15-7Mo（OCr15Ni7Mo2Al）和AFC-77（15Cr15Mo5Co14V）等。这类钢经固溶化处理，冷却到室温为奥氏体组织，再经过冷加工、冷处理或者加热到750℃进行调整处理后，奥氏体转变为马氏体。最后在400-550℃时效，便得到在回火马氏体

基体上弥散分布着第二相强化组织的超高强度钢。这类钢在315℃以上长时间使用时，会因为金属间化合物沉淀而使材料变脆，所以使用温度要限制在315℃以下。这类钢主要用于制造航空器件构件、高压容器和高应力腐蚀化工设备零件等。