超高强度钢的综述
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超高强度钢
主要内容
低合金超高 强度钢
低碳马氏体 超高强度钢
基本知识介绍
实例介绍
二次硬化钢
马氏体时效钢
基本知识介绍
超高强度钢：屈服强度σb>1500MPa。
用途
飞机起落架、机身骨架
σb越高其缺口强度越低说明了超 1、合适的塑性 火箭发动机壳体 高强度钢对缺口和表面缺陷的敏感性。 2、一定的冲击抗力和断裂韧性 KIC由材料本质决定，并随钢基体所 3、较高的高周和低周疲劳抗力 要求 固溶C含量增高而降低 4、较高的缺口强度和缺口塑性
经济考虑，立足国内资源
第二例：低碳马氏体超高强度钢
本例是在低碳马氏体钢20SiMnMoV（0.20C，1.25Si， 2.48Mn，0.34Mo，0.11V）基础上改进而来的。 20SiMnMoV钢经淬火并205℃低温回火后，其KIC值很高， 约为1960N/mm3/2,ak=160J/cm2，但σb不算高，刚达到超 高强度的要求，因此有必要通过合理的设计增高其强度， 使其跨入超高强度的范畴，以其获得强韧性组合更趋完善。
基本设计思路
为取得更高水平的强度，增高M固溶的C含量为0.25％。由于M条间 稳定的残余奥氏体薄膜可使裂纹钝化或分叉，因此希望得到 M条间 综上得出： 的稳定A存在来改善韧性 低碳马氏体钢的理论设计成分： 0.25C，2.0Mn，1.80Si，1.0Cr，1.5Ni，0.8Mo，0.12V 选择化学成分为： 0.23C，1.76Si，2.0Mn，1.5Cr，1.54Ni，0.79Mo，0.13V，S<0.01,P<0.01 组织：300~350℃回火，为位错M＋条件存在的Ar 性能： σ0.2>1420MPa ,σb>1765MPa,KIC>3920N/mm3/2 加入 Ni ～1.50％ 考虑回火脆性 加入Si增加 保留Mn，提高 加入0.30％Mo 回火抗力，加 加V细化晶粒 Ar的稳定性 抑制回火脆性 Cr提高淬透性
第三例：二次硬化钢
二次硬化钢主要用以制作超音速飞机中再中温 下承受高应力的构件和轴、螺栓等零件的钢材， 其要求是具有高的强度，同时亦要求在较高的温 度下仍然保持高的强度，因此其强度要求主要从 二次硬化效应方面着手。
设计思路
MO是另一个值得考虑的合 提出二次硬化有效性的评定方式 V 也是一个值得考虑的元素， 根据上述三个合金元素各自的二次硬化作用的表现可得： 金元素，加入Mo产生二次硬化 采用0.5％V即可产生二次硬化 作用可明显的提高回火抗力。 （1）、碳化物形成的倾向性： Cr<Mo<V； （如左图）如果 V含量过高时因为 并且只要其含量在1.0％～3.0 要固溶V4C3Cr 将要在奥氏体温度下 （2）、碳化物长大和过时效的抗力： 7C3<Mo 2C<V4C3 ％左右就可达到极值的效果 首先考虑元素 Cr，钢中添加Cr可有以下作用：（ 1）提高马氏体的 保持较长的时间，容易引起奥氏 （如左图），比较合理的是 淬透性；（ 2 ）使钢在较高温度下具有较好的耐蚀性和抗氧化性； （3）、产生二次硬化的温度： Cr 出现最大二次硬 二次硬化作用 二次硬化作用 7C3的二次硬化温度约为 体的粗化。在 2％Mo钢中加入 0.5 2 ～ 2.5 ％， Mo 的二次硬化“强 （ 3 ）加入 6 ％ Cr 可赋予钢以较高的回火抗力，不过并未构成二次硬 500℃，Mo2C为575℃， V4 CV 600～625℃V C 然的过时效速度 化作用的温度 的硬化”强度“ 3为 ％ 尚不足以构成 V可固溶 4 3 度”和其最大的硬化“强度” 化效应，但可以很快的产生过时效 于Mo2C，提高其稳定性和形成温 （4）、在回火时，合金元素阻止马氏体位错亚结构消除的 温度所对应的温度皆高于Cr， 度，降低过时效速度。所以加入 作用取决于合金元素对铁原子自扩散速率的影响： 但过时效速度较低。 量～ 0.5 ％时，并不直接产生二次 Cr<Mo<V 硬化作用，而是间接的为二次硬 化服务的。 Mo V含量与二次硬化作用图 的含量和回火性能 综合考虑合金元素Cr、Mo、V的二次硬化 作用
含C量确定
σb＝1500～2100Mpa
Wc＝0.30～0.40％
强度因素
塑性和回火稳定性
合金含量的确定
Cr被限制，但为求淬透性可用～1.0％Cr 具有300℃以上的回火稳定
加Si增加回火稳定性
30CrMnSiNi2A钢（0.26～0.33C，0.90～1.20Si，1.0～1.30Mn， 强碳化合物使用 Mo 0.9～1.2Cr，1.40～1.80Ni）此钢经马氏体淬火后 250℃低温回火得到 σb ＝1700～1800Mpa，ak＝80～90J/cm2 不引起Ms 点过分降低， 35Si2Mn2MoVA钢（0.32～0.38C，1.40～1.70Si，1.60～1.90Mn， 否则增加淬火开裂性 0.35～0.45Mo，0.10～0.20V）此钢经 920℃淬火和250℃回火后， 为降低缺口敏感性，加 Ni 2 σb>1700Mpa, ak =50J/cm 获得恰当的M淬透性 尽量约束S、P、O、H和N等的含量
为改善回火后的塑韧性，加入Si提高回火抗力 C含量较低时，主要组织为位M，需加入 合金形成金属间化合物，起弥散强化作用。
加强碳化合物形成元素，高温回火弥散析出强化 细化马氏体条，束 严格控制P、S含量；以及变形热处理
实例介绍
第一例：低合金超高强度钢 由于其合金元素含量低，热加工工艺简 单，成本相对低廉，因而被广泛用于航天、 航空和常规武器等领域(如飞机起落架、炮 筒和防弹钢板等）。但其韧性不高是制约 此类钢推广应用到民用产品及大规模应用 的最关键因素。
高压容器
5、适当的可焊性
常规武器某些零件
基本设计原则
之
组织的设计
较高强度的要求：σb>1500MPa 基体组织： 低碳位错马氏体 在超高强度的情况下 需要一定的塑韧性
基体必须为马氏体组织
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C含量不能太高
基本设计原则
为得到优异的强韧性配合，M的C含量<0.30%
由于不同的成 因为钢中 α-Fe的过饱和 超低C马氏体所具有的 间隙固溶的强度是最有 分的合金，其塑韧 因为 效的。但如果所固溶的 Si在这方面有很好的 C 可动螺位错难以分解， 性不一样，所要改 表现，固溶 量低于0.252.0 ％时，几乎 ％Si，便 易发生交叉滑移，所以 善的方向也不一样， 可有效的推迟 ε到θ的转 不存在点阵畸变，每固 其是个高塑性相，因此 变，使 溶 0.10ε ％ -碳化物保持弥散 C所引起的σs增 需要添加二次强化相来 因此其所需要改善 高 300Mpa，但固溶较多 均匀分布状态，并将第 强化它，沉淀硬化相显 的方向也不一样， 的 C将会得不到合适的塑 一类回火脆的发生推移 然不是碳化物，因此是 对于超高强度钢来 到更高的温度。 性、韧性；且回火马氏 加入合金元素形成金属 间化合物。 体硬度下降更猛；也不 说总结起来可归纳 利于焊接。 为：
主要内容
低合金超高 强度钢
低碳马氏体 超高强度钢
基本知识介绍
实例介绍
二次硬化钢
马氏体时效钢
基本知识介绍
超高强度钢：屈服强度σb>1500MPa。
用途
飞机起落架、机身骨架
σb越高其缺口强度越低说明了超 1、合适的塑性 火箭发动机壳体 高强度钢对缺口和表面缺陷的敏感性。 2、一定的冲击抗力和断裂韧性 KIC由材料本质决定，并随钢基体所 3、较高的高周和低周疲劳抗力 要求 固溶C含量增高而降低 4、较高的缺口强度和缺口塑性
经济考虑，立足国内资源
第二例：低碳马氏体超高强度钢
本例是在低碳马氏体钢20SiMnMoV（0.20C，1.25Si， 2.48Mn，0.34Mo，0.11V）基础上改进而来的。 20SiMnMoV钢经淬火并205℃低温回火后，其KIC值很高， 约为1960N/mm3/2,ak=160J/cm2，但σb不算高，刚达到超 高强度的要求，因此有必要通过合理的设计增高其强度， 使其跨入超高强度的范畴，以其获得强韧性组合更趋完善。
基本设计思路
为取得更高水平的强度，增高M固溶的C含量为0.25％。由于M条间 稳定的残余奥氏体薄膜可使裂纹钝化或分叉，因此希望得到 M条间 综上得出： 的稳定A存在来改善韧性 低碳马氏体钢的理论设计成分： 0.25C，2.0Mn，1.80Si，1.0Cr，1.5Ni，0.8Mo，0.12V 选择化学成分为： 0.23C，1.76Si，2.0Mn，1.5Cr，1.54Ni，0.79Mo，0.13V，S<0.01,P<0.01 组织：300~350℃回火，为位错M＋条件存在的Ar 性能： σ0.2>1420MPa ,σb>1765MPa,KIC>3920N/mm3/2 加入 Ni ～1.50％ 考虑回火脆性 加入Si增加 保留Mn，提高 加入0.30％Mo 回火抗力，加 加V细化晶粒 Ar的稳定性 抑制回火脆性 Cr提高淬透性
第三例：二次硬化钢
二次硬化钢主要用以制作超音速飞机中再中温 下承受高应力的构件和轴、螺栓等零件的钢材， 其要求是具有高的强度，同时亦要求在较高的温 度下仍然保持高的强度，因此其强度要求主要从 二次硬化效应方面着手。
设计思路
MO是另一个值得考虑的合 提出二次硬化有效性的评定方式 V 也是一个值得考虑的元素， 根据上述三个合金元素各自的二次硬化作用的表现可得： 金元素，加入Mo产生二次硬化 采用0.5％V即可产生二次硬化 作用可明显的提高回火抗力。 （1）、碳化物形成的倾向性： Cr<Mo<V； （如左图）如果 V含量过高时因为 并且只要其含量在1.0％～3.0 要固溶V4C3Cr 将要在奥氏体温度下 （2）、碳化物长大和过时效的抗力： 7C3<Mo 2C<V4C3 ％左右就可达到极值的效果 首先考虑元素 Cr，钢中添加Cr可有以下作用：（ 1）提高马氏体的 保持较长的时间，容易引起奥氏 （如左图），比较合理的是 淬透性；（ 2 ）使钢在较高温度下具有较好的耐蚀性和抗氧化性； （3）、产生二次硬化的温度： Cr 出现最大二次硬 二次硬化作用 二次硬化作用 7C3的二次硬化温度约为 体的粗化。在 2％Mo钢中加入 0.5 2 ～ 2.5 ％， Mo 的二次硬化“强 （ 3 ）加入 6 ％ Cr 可赋予钢以较高的回火抗力，不过并未构成二次硬 500℃，Mo2C为575℃， V4 CV 600～625℃V C 然的过时效速度 化作用的温度 的硬化”强度“ 3为 ％ 尚不足以构成 V可固溶 4 3 度”和其最大的硬化“强度” 化效应，但可以很快的产生过时效 于Mo2C，提高其稳定性和形成温 （4）、在回火时，合金元素阻止马氏体位错亚结构消除的 温度所对应的温度皆高于Cr， 度，降低过时效速度。所以加入 作用取决于合金元素对铁原子自扩散速率的影响： 但过时效速度较低。 量～ 0.5 ％时，并不直接产生二次 Cr<Mo<V 硬化作用，而是间接的为二次硬 化服务的。 Mo V含量与二次硬化作用图 的含量和回火性能 综合考虑合金元素Cr、Mo、V的二次硬化 作用
含C量确定
σb＝1500～2100Mpa
Wc＝0.30～0.40％
强度因素
塑性和回火稳定性
合金含量的确定
Cr被限制，但为求淬透性可用～1.0％Cr 具有300℃以上的回火稳定
加Si增加回火稳定性
30CrMnSiNi2A钢（0.26～0.33C，0.90～1.20Si，1.0～1.30Mn， 强碳化合物使用 Mo 0.9～1.2Cr，1.40～1.80Ni）此钢经马氏体淬火后 250℃低温回火得到 σb ＝1700～1800Mpa，ak＝80～90J/cm2 不引起Ms 点过分降低， 35Si2Mn2MoVA钢（0.32～0.38C，1.40～1.70Si，1.60～1.90Mn， 否则增加淬火开裂性 0.35～0.45Mo，0.10～0.20V）此钢经 920℃淬火和250℃回火后， 为降低缺口敏感性，加 Ni 2 σb>1700Mpa, ak =50J/cm 获得恰当的M淬透性 尽量约束S、P、O、H和N等的含量
为改善回火后的塑韧性，加入Si提高回火抗力 C含量较低时，主要组织为位M，需加入 合金形成金属间化合物，起弥散强化作用。
加强碳化合物形成元素，高温回火弥散析出强化 细化马氏体条，束 严格控制P、S含量；以及变形热处理
实例介绍
第一例：低合金超高强度钢 由于其合金元素含量低，热加工工艺简 单，成本相对低廉，因而被广泛用于航天、 航空和常规武器等领域(如飞机起落架、炮 筒和防弹钢板等）。但其韧性不高是制约 此类钢推广应用到民用产品及大规模应用 的最关键因素。
高压容器
5、适当的可焊性
常规武器某些零件
基本设计原则
之
组织的设计
较高强度的要求：σb>1500MPa 基体组织： 低碳位错马氏体 在超高强度的情况下 需要一定的塑韧性
基体必须为马氏体组织
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C含量不能太高
基本设计原则
为得到优异的强韧性配合，M的C含量<0.30%
由于不同的成 因为钢中 α-Fe的过饱和 超低C马氏体所具有的 间隙固溶的强度是最有 分的合金，其塑韧 因为 效的。但如果所固溶的 Si在这方面有很好的 C 可动螺位错难以分解， 性不一样，所要改 表现，固溶 量低于0.252.0 ％时，几乎 ％Si，便 易发生交叉滑移，所以 善的方向也不一样， 可有效的推迟 ε到θ的转 不存在点阵畸变，每固 其是个高塑性相，因此 变，使 溶 0.10ε ％ -碳化物保持弥散 C所引起的σs增 需要添加二次强化相来 因此其所需要改善 高 300Mpa，但固溶较多 均匀分布状态，并将第 强化它，沉淀硬化相显 的方向也不一样， 的 C将会得不到合适的塑 一类回火脆的发生推移 然不是碳化物，因此是 对于超高强度钢来 到更高的温度。 性、韧性；且回火马氏 加入合金元素形成金属 间化合物。 体硬度下降更猛；也不 说总结起来可归纳 利于焊接。 为：