探索强韧化机理_创新超高强度高韧性不锈钢
钢的强韧化处理机制
钢的强韧化处理机制王立洲（辽宁工程技术大学材料科学与工程学院阜新123000）本文根据钢的淬火组织特点,归纳了提高钢强韧性的途径,介绍了一些强韧化处理工艺。
随着工业的发展,各种机械对钢铁材料的机械性能要求逐渐增高。
材料及热处理工艺的研究得到迅速的发展。
其中,利用现有材料,通过调整一般的热处理方法,在同时改善钢的强度和韧性指标方面的工作取得了显著的进步。
它对充分发挥材料的性能潜力有着重要的意义。
这些工艺方法通称为强韧化处理,是热处理发展的一个值得注意的方向。
强韧化处理的发展是建立在我们对钢中各种组织的特点,形成条件,机械性能,以及在外力作用下的破断过程的认识不断深入的基础之上的。
透射电子显微镜技术的应用,使我们对各种组织超显微精细结构的认识跨进了一大步,开始有可能比较深入地研究组织和机械性能的关系。
另一方面,从材料断裂过程的研究中知道,在各种应力作用下,材料的破断是通过微裂纹的形成及扩展的方式进行的。
钢铁材料的各种组织形态在各种应力状态下,抵抗微裂纹的形成和扩展的能力是不同的,因此表现出不同的性能指标。
但是无论哪一种组织,只要它形成微裂纹的倾向比较小,或者微裂纹一旦形成后,在这类组织中扩张时消耗的功愈大,它就会有较高的强韧性。
这样,我们就有可能采用适当的热处理工艺方法和调整工艺参数,能动地控制钢的组织,充分利用对钢强韧化有利的因素,排除不利的因素,更充分地发挥材料的强度和韧性的潜力。
目前发展的强韧化处理工艺有多种多样,归结起来,它们大多通过一种或几种途径达到强韧化效果的。
(1)充分利用位错型马氏体和下贝氏体组织形态,尽量减少或避免片状孪品马氏体的出现。
(2)细化钢的奥氏体晶粒和细化过剩碳化物。
(3)获得马氏体与具有良好塑性的第二相的复合组织。
(4)形变热处理。
下面将简要介绍这些强化处理的机理。
一位错型马氏体的扩大应用很久以来就知道,在保证淬、回火零件强度指标的前提下,选用含碳量较低的钢,能够使零件热处理后获得较高的韧性。
《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》范文
《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，钢铁材料在各种工程应用中扮演着至关重要的角色。
Cr-Mo-V-Nb调质钢作为一类高强度、高韧性的钢铁材料，广泛应用于大型机械设备、桥梁建筑以及高负载构件等关键领域。
在这些钢种中，Nb元素的加入不仅能够有效改善钢的组织结构，还可以显著提高钢的强韧性能。
本文将着重探讨Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用。
二、Nb元素在Cr-Mo-V-Nb调质钢中的作用机制1. 细化晶粒Nb元素在钢中具有显著的晶粒细化作用。
当Nb元素加入到Cr-Mo-V调质钢中时，能够与C、N等元素形成稳定的化合物，这些化合物在钢的凝固过程中作为非均匀形核的核心，从而有效细化晶粒。
细化的晶粒能够提高钢的力学性能，如强度和韧性。
2. 强化固溶体Nb元素能够有效地固溶于基体中，形成固溶强化效应。
固溶的Nb原子能够阻碍位错运动，从而提高钢的强度和硬度。
此外，固溶的Nb还可以与其他合金元素形成强化相，进一步提高钢的力学性能。
三、Nb元素对Cr-Mo-V-Nb调质钢的强韧化作用1. 提高韧性Nb元素的加入能够显著提高Cr-Mo-V调质钢的韧性。
这是因为Nb元素的晶粒细化作用可以改善钢的内部结构，使其在受到外力作用时能够更好地吸收能量，从而提高韧性。
此外，固溶的Nb原子和形成的强化相也可以有效阻碍裂纹的扩展，进一步提高钢的韧性。
2. 增强抗疲劳性能由于Nb元素的加入能够显著提高钢的强度和韧性，因此Cr-Mo-V-Nb调质钢具有较好的抗疲劳性能。
在循环载荷作用下，含Nb调质钢能够更好地抵抗疲劳裂纹的产生和扩展，延长构件的使用寿命。
四、结论本文通过对Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用的研究发现，Nb元素的加入能够有效细化晶粒、强化固溶体、提高韧性以及增强抗疲劳性能。
这些作用机制使得含Nb 调质钢在工程应用中具有更高的强度、更好的韧性和更长的使用寿命。
金属材料强韧化机理及超高强钢开发
一、概述金属材料一直以来都是工程领域中广泛应用的材料之一，其强韧性一直是研究的热点之一。
随着科学技术的不断发展，人们对金属材料强韧化机理及超高强钢的研究也越发深入。
本文将从金属材料强韧化的概念和机理入手，探讨目前超高强钢的开发及应用情况，并对未来的发展方向进行展望。
二、金属材料强韧化的概念及机理1. 强韧化的概念强韧化是指在不同的外力作用下，材料能够保持其在应力下的强度和韧性。
强韧化材料具有抗拉伸、抗弯曲和抗扭转等性能较强的特点。
强韧化的目的是提高材料的使用安全系数，延长材料的使用寿命。
2. 强韧化的机理强韧化的机理包括晶界强化、位错强化和析出强化等。
晶界强化是指通过控制晶界的特性来增强材料的强韧性；位错强化是通过引入位错来增强材料的韧性；析出强化是指通过固溶体中析出出特定的固溶体来增强材料的性能。
三、超高强钢的开发及应用1. 超高强钢的研究历程超高强钢的研究始于二十世纪六十年代，经过多年的发展，目前已经取得了一系列重要的突破。
超高强钢具有高强度、高韧性和良好的冷成型性能，广泛应用于汽车、桥梁和建筑等领域。
2. 超高强钢的应用情况目前，超高强钢在汽车轻量化领域的应用较为广泛，能够显著提高汽车的安全性能和燃油利用率。
超高强钢还被应用于船舶制造、航空航天和军工等领域，取得了良好的效果。
四、未来发展方向展望1. 现代材料加工技术的发展随着现代材料加工技术的不断进步，越来越多的新型金属材料被开发出来。
未来，随着3D打印、激光焊接等新技术的应用，超高强钢的研究和生产将更加多样化和精细化。
2. 新材料的研究与应用未来，人们将更加注重绿色环保型材料的研究与开发，以满足社会可持续发展的需求。
对于高温、高压等复杂工况下的材料需求也将逐渐增加，超高强钢在这些领域的研究与应用将会成为重点。
3. 国际合作与交流未来，随着国际合作与交流的深入，超高强钢的研究与应用将会更加国际化。
通过与国际先进技术的合作，可以更好地借鉴和吸收先进的技术和经验，推动超高强钢的发展。
l-pbf成形al合金化 15-5ph超高强不锈钢的协同析出调控及强化机理研究
l-pbf成形al合金化 15-5ph超高强不锈钢的协同析出调控及强化机理研究
本文旨在探究使用L-PBF成形技术制备出15-5PH超高强不锈钢的协同析出调控及强化机理。
在研究中，我们使用了差示扫描量热仪（DSC）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等实验手段，对样品的微观结构和相变行为进行了分析。
研究结果表明，L-PBF成形工艺对15-5PH超高强不锈钢的微观结构和成分分布均产生了显著影响。
通过控制协同析出行为，调控不锈钢内部相的生成和生长，从而实现了对材料性能的强化。
同时，我们还探究了强化机理，认为在热处理过程中，不锈钢中的M23C6、Cu等化合物起到了重要作用，进一步促进了协同析出的过程。
综上，本研究为L-PBF成形技术制备超高强不锈钢提供了实验依据，并深入探究了其协同析出调控及强化机理。
这一研究成果对于不锈钢材料设计及制备具有一定的指导意义。
钢的强韧化机理及在热轧板带钢生产中的应用
钢的强韧化机理及其在热轧板带钢生产中的应用郭雅楠2013.7.05目录目录 (I)1.钢的强韧化机理 (1)1.1 钢的强化机制 (1)1.1.1固溶强化 (2)1.1.2形变强化 (2)1.1.3 沉淀强化与弥散强化 (2)1.1.4 细晶强化 (2)1.1.5 亚晶强化 (3)1.1.6 相变强化 (3)1.2 材料的韧性 (3)1.2.1韧性的定义及表示 (3)1.2.2钢的韧化方法 (4)2.控制轧制和控制冷却技术 (6)2.1控制轧制 (6)2.1.1控轧轧制定义 (6)2.1.2控制轧制工艺 (6)2.1.3控制轧制特点 (6)2.2控制冷却 (7)3.钢的强韧化在热轧板带钢生产中的应用 (7)3.1热轧带钢用途分类 (7)3.2热轧带钢工艺流程 (8)3.3再结晶控制轧制 (10)3.4单相强制对流换热形式的冷却技术 (11)3.5加速冷却 (11)3.6生产实例—水电站用高强压力钢管用钢 (12)3.7生产实例—含铌微合金化热轧多相钢的控轧控冷工艺 (13)3.8小结 (13)4.结论 (14)参考文献 (14)1.钢的强韧化机理材料通常通过各种指标来确定它的加工性能和使用性能，对于钢材来说，力学性能是其最基本、最重要的，其中强度性能居首位。
同样，我们不能忽视韧性性能，这方面的指标和强度性能指标息息相关，研究某材料的力学性能的时候通常将二者一同考虑。
结构钢材的最新发展方向就是要求材料的强度、韧性等方面有较好的结合，控轧控冷工艺满足这一要求。
下面给出几个定义。
1.强度强度是工程结构用钢的最基本的要求。
强度是指材料对塑性变形和断裂的抗力，用给定条件下所能承受的应力来表示。
2.强度指标屈服强度σs和抗拉强度σb是强度的主要指标。
还包括抗压强度、抗剪强度、疲劳强度、蠕变强度。
3.强化通过合金化、塑性变形和热处理等手段提高金属强度的方法称为金属的强化。
4.韧性韧性是材料塑性变形和断裂全过程中吸收能量的能力。
超高强冷轧316l不锈钢 马氏体相变强化 研究现状
超高强冷轧316l不锈钢马氏体相变强化研究现状
目前，对于超高强冷轧316L不锈钢的马氏体相变强化的研究
已经取得了一定的进展。
以下是关于该领域研究的一些现状：
1. 研究动机：超高强冷轧316L不锈钢具有良好的耐腐蚀性和
韧性，但其强度相对较低。
为了进一步提高该材料的力学性能，马氏体相变强化被广泛研究。
2. 研究方法：研究人员通过冷轧、等温热处理和再冷轧等工艺制备超高强冷轧316L不锈钢试样，并对其微观组织和力学性
能进行表征。
然后，利用不同的马氏体相变强化方法，如低温等保温处理、应力诱导马氏体相变和高能球磨等方法，对试样进行处理。
3. 强化机制：马氏体相变强化的机制包括两个方面：马氏体的形变诱导储能效应和马氏体的抗位错滑移机制。
通过马氏体的形变诱导储能效应，可以有效提高316L不锈钢的强度和塑性。
另外，马氏体的抗位错滑移机制也可以提高316L不锈钢的强度。
4. 结果与讨论：研究结果表明，通过马氏体相变强化方法可以显著提高超高强冷轧316L不锈钢的强度和硬度。
同时，强化
后的材料仍保持良好的耐腐蚀性能和韧性。
此外，研究发现，经过适当的热处理可以进一步优化马氏体相变强化的效果。
综上所述，目前对于超高强冷轧316L不锈钢马氏体相变强化
的研究已经取得了一些进展，并且在材料的力学性能提高方面
具有潜力和应用前景。
未来的研究可以进一步优化和探索马氏体相变强化的方法，以提高超高强冷轧316L不锈钢的力学性能。
探索强韧化机理_创新超高强度高韧性不锈钢
第14卷专辑1 Vol.14S1中国有色金属学报The Chinese Journal of N onferrous Metals2004年5月May 2004文章编号:10040609(2004)S1020205探索强韧化机理,创新超高强度高韧性不锈钢①赵振业,李春志,李 志,刘天琦,马新闻(北京航空材料研究院,北京100095)摘 要:评述了超高强度钢和高强度不锈钢的基本理论、成分设计、超纯净熔炼和工程应用技术发展状况、在航空、航天及其他高科技领域中的应用和重要地位、发展目标、强韧化机理和成分探索研究现状及存在问题。
借助透射电子显微镜高分辨和电子选区衍射等方法,揭示了超细马氏体板条、超细共格沉淀强化相Laves相、M2C及逆转变奥氏体等强2韧化机理。
用V IM+VAR双真空超纯洁熔炼、超均匀加工及控制相变热处理等技术,获得2种低碳超高强度高韧性不锈钢,其力学性能分别达到抗拉强度1915MPa和1862MPa,断裂韧度119MPa・m1/2和120MPa・m1/2。
关键词:超高强度钢;不锈钢;强2韧化机理Strengthen2toughening mechanisms and developmentof new type ultra2high strength stainless steelZHAO Zhen2ye,L I Chun2zhi,L I Zhi,L IU Tian2qi,MA Xin2wen(Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing100095,China)Abstract:The fundamental theory,future object,studying status and topics of ultra2high strength steel and high strength stainless steel were reviewed.The new strengthen2toughening mechanisms,such as ultrafine martensitic laths, ultrafine strengthening phases M2C carbide and Laves phase precipitated coherence with martensitic matix and reverse transformed austenite distributed over the effective grain boundaries were discovered with electronic microsco py.By means of V IM+VAR double vacuum melting technology secured super pure materials and by the super homogenization hotwork and controlling martensitic transformation heat treatment techniques,the new types of low carbon ultra2high strength steel in combination with high toughness were obtained.The tensile strengths reach1915MPa and1862MPa and the frac2 ture toughnesses reach119MPa and120MPa・m1/2respectively.K ey w ords:ultra2high strength steel;stainless steel;strengthen2toughening mechanism 在航空、宇航工程领域,超高强度钢是指屈服强度(σ0.2)在1400～1600MPa以上的高强度钢。
时效温度对马氏体时效不锈钢微观组织与力学性能影响的研究_1
时效温度对马氏体时效不锈钢微观组织与力学性能影响的研究发布时间：2022-12-12T03:22:34.338Z 来源：《科学与技术》2022年16期作者：徐殿鑫1 杨年浩2[导读] 研究了强度级别为1900MPa的新型马氏体不锈钢在经过不同制度的热处理后的微观组织及其对钢力学性能的影响，探讨了新型马氏体时效不锈钢的强韧化机理。
徐殿鑫1 杨年浩21.哈尔滨电机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨 1500402.中国三峡建工（集团）有限公司四川成都 610095摘要：研究了强度级别为1900MPa的新型马氏体不锈钢在经过不同制度的热处理后的微观组织及其对钢力学性能的影响，探讨了新型马氏体时效不锈钢的强韧化机理。
关键词：马氏体时效不锈钢；强韧化机理；析出相；力学性能马氏体时效不锈钢因其具有良好的强韧性与耐蚀性,广泛的应用在航空、航天、核技术、舰船、先进机械制造等高科技领域的承力耐蚀（或高温）部件。
但当前的马氏体时效不锈钢的发展也面临着一个突出的问题，强韧性配合不够优异，如何在保证马氏体时效不锈钢高强度的同时，提高韧性指标就有了重要的理论意义和应用价值。
因此本文在原有马氏体时效不锈钢AFC-77的基础上，开发了一种具有良好的耐蚀性和强韧性配合的新型马氏体时效不锈钢1Cr14Co13Mo5，通过对新研制的马氏体时效不锈钢在不同热处理阶段微观组织的观察和力学性能的分析，探讨这种高强度马氏体时效不锈钢的组织转变特点以及微观组织对其力学性能的影响，从而为热处理制度的优化提供可靠的依据。
一.实验材料和方法马氏体时效不锈钢选用高纯电解 Fe，电解 Ni，高纯 Mo、Co 等采用超高真空感应炉熔炼25kg的钢锭，实验钢主要成分如表1.1所示。
钢锭在1100℃±10℃开锻，终锻温度为900℃±10℃，锻成Φ40mm的棒材，锻件锻后在24h内进行退火处理，在860℃±10℃退火保温2-3小时，炉冷备用。
X100强韧化机理研究
X100热轧钢带的强韧化机理研究贾书君刘清友段琳娜（钢铁研究总院，北京 100081）摘要本文深入探讨了X100热轧钢带的成分设计原理、组织控制目标、强韧化机理，及工艺控制要点等。
研究结果表明：为了满足X100热轧钢带较高的强度要求，碳当量最好能控制在0.55以上；细化的“粒状贝氏体+板条贝氏体”混合组织是X100热轧钢带的组织控制目标；X100热轧钢带强度的实现是细晶强化、固溶强化、位错强化、相变强化等多种强化方式于一体的强化方式共同作用的结果；显微组织的细化尤其是相变前奥氏体的细化和M/A岛尺寸数量的优化控制，是X100管线钢获得优异韧性的关键。
关键词碳当量粒状贝氏体板条贝氏体晶粒细化 M/A岛强韧化引言随着长距离输油气管道向大口径、高压力的方向发展，更高级别管线钢的开发技术已迫在眉捷。
已经全线贯通的西气东输二线使高钢级X80管线钢得到了广泛应用。
目前，年总输气量超过900亿立方的西气东输四线、五线、六线、七线也正在全面规划之中。
如果仍然采用西气东输二线建设方案，即管径1219、压力12MPa的X80钢级管线钢将需要建设4条管线；但是因受河西走廊交通瓶颈、征地与移民难度大、成本高等因素制约，可以考虑采用更高级别的X90/X100管线钢，这样只需要建设2到3条管线就可以解决。
不仅节约钢材使用量，还将大幅降低工程建设成本，节约土地资源。
因此，高强度、高韧性的X90、X100管线钢研究势在必行。
目前，国内外能够生产X100管线钢的厂家大部分都是采用中厚板的生产技术[1]。
热轧钢带的生产与钢板相比，在精轧压缩比、冷却能力、终冷温度方面存在明显不足；另外，由于管线钢管环向的力学性能是必须考核的性能指标，采用热连轧钢带生产螺旋焊管时，钢管的环向通常对应于热轧钢带的30°方向（与轧向成30℃，即30°RD），而对管线钢板/带的各向异性研究结果表明[2]，热轧钢带30℃方向的强度最低，横向强度最高；同时，螺旋焊管生产X100钢管时与直缝焊相比，缺少了扩径这一环节，损失了加工硬度对强度的贡献。
uss122超高强度不锈钢热变形行为与强韧化机理的研究
uss122超高强度不锈钢热变形行为与强韧化机理的研究随着新材料技术的不断发展，不锈钢材料的应用范围越来越广泛。
目前，不锈钢材料在航空、汽车、电子、医疗、建筑等领域都有广泛的应用。
其中，超高强度不锈钢（UHSS）是应用最广泛的一类不锈钢材料之一。
uss122超高强度不锈钢是其中的一种，其热变形行为和强韧化机理的研究具有一定的意义和价值。
一、uss122超高强度不锈钢的特点uss122超高强度不锈钢是一种新型的高强度、高韧性不锈钢材料。
它具有以下特点：1. 高强度：uss122超高强度不锈钢的屈服强度高达1200 MPa，强度比普通不锈钢提高了两倍以上。
2. 高韧性：uss122超高强度不锈钢在强度提高的同时，其延展性也得到了保证，其断裂伸长率可达50%以上。
3. 良好的耐蚀性：uss122超高强度不锈钢具有良好的耐蚀性，能够在恶劣的环境下长期使用。
二、uss122超高强度不锈钢的热变形行为uss122超高强度不锈钢的热变形行为对其加工效率和成形精度有着明显的影响。
因此，对其热变形行为的研究是非常必要的。
通过对uss122超高强度不锈钢的热变形试验进行分析，可以得出以下结论：1. 温度对其热变形行为有着巨大的影响。
2. 不同应变速率的热变形对其组织和性能有着重要的影响。
3. 热变形时应力与应变之间的关系表现出强烈的非线性特性。
三、uss122超高强度不锈钢的强韧化机理在对uss122超高强度不锈钢的强韧化机理进行研究时，需要关注以下问题：1. 确定其强化机制是单相还是多相。
2. 了解其强化机理是否与其晶界的形态和分布有关。
3. 研究其晶体结构、位错构型和密度等因素对其力学性能的影响。
通过对uss122超高强度不锈钢的强化机理进行实验和分析，得出以下结论：1. 其强化机制是多相强化。
2. 界面能和稳定性对其强化机制有着明显的影响。
3. 具有清晰、直接的组织和力学特征，可以实现强韧性的平衡。
综上所述，uss122超高强度不锈钢的热变形行为和强韧化机理的研究对于其应用范围的扩展以及加工工艺的改进具有重要的意义。
超高强度钢的发展及展望
超高强度钢的发展及展望摘要：超高强度钢是一种在常规合金结构钢基础上发展而成的超高强度高韧性合金钢。
其在航空等相关行业中的应用较为广泛，基于此，文章首先对超高强度钢的分类以及相关应用进行了分析，接着对其发展前景进行介绍，希望能够提供相关借鉴。
关键词：超高强度钢；发展；前景引言近年来，我国的军工、冶金、矿山、航空航天以及航海等相关的行业随着科学技术的进步得到了迅速的发展，这也就意味着将会有越来越多的目光集中在超高强度钢的研制以及应用中。
在常温状态下，超高强度钢的拉伸强度高于1470MPa，屈服强度则大于1380MPa。
在我国的航空起落架、精密齿轮以及高端轴承钢中对其的应用较为广泛，可以作为高端产品的理想选择。
超高强度钢的性能和很多因素都有着较大的关系，其中主要包括了化学成分、内部组织、负载以及外部环境等，这也就意味着未来超高强度钢的主要研究和发展方向要朝着低成本以及绿色环保的方向发展。
1.超高强度钢发展和应用目前我国超强钢主要可以从合金成分的总量和冶金特性来进行分类。
按照合金元素的总量，可以分为低、中高三种，其中，总合金含量在5.0wt%～10.0wt%之间，低合金超高强度钢低于5.0wt%，超过10.0wt%的是高合金超高强度钢，中间是中高合金超高强度钢。
按照其冶金特性，可以将其划分为低合金超高强度钢、二次硬化超高强度钢以及超高强度马氏体时效钢。
下面将根据第二类来说明。
1.1低合金超高强度钢的发展及应用情况低合金超高强钢是一种低合金马氏体结构钢，其合金元素含量低于5.0wt%，其主要原因是马氏体中的碳含量。
1950年，美国首先研制出AISI4340超高强钢，它的主要用途是用于飞机的升降平台。
采用 Mo、 Ni、 Cr、 Si、 Vi等主要合金元素，经淬火-低温回火处理后，其屈服强度超过1300 MPa。
该产品的碳含量应控制在0.30wt%~0.50wt%之间，以获得高强度、高塑性、高韧性和焊接性能。
超高强冷轧316l不锈钢 马氏体相变强化 研究现状
超高强冷轧316l不锈钢马氏体相变强化研究现状随着科技的不断进步和工业发展的需求，超高强度冷轧316L不锈钢因其优异的力学性能和耐腐蚀性而备受关注。
在提高其强度的同时，保持良好的塑韧性至关重要。
马氏体相变强化作为一种有效的强韧化手段，在超高强度冷轧316L不锈钢中得到了广泛应用。
一、引言超高强度冷轧316L不锈钢是一种具有高强度、良好耐腐蚀性和焊接性能的钢材，广泛应用于航空航天、汽车、核工业等领域。
为满足这些领域对材料强度的需求，研究者对超高强度冷轧316L不锈钢进行了大量研究。
马氏体相变强化作为一种有效的强韧化手段，在提高超高强度冷轧316L不锈钢的强度和塑韧性方面具有重要意义。
二、研究现状1.国内外超高强度冷轧316L不锈钢的研究进展随着研究的深入，国内外学者在超高强度冷轧316L不锈钢方面取得了一系列研究成果。
我国研究者已成功研发出强度达到1000MPa级的超高强度冷轧316L不锈钢，并已应用于实际生产。
2.马氏体相变强化技术在超高强度冷轧316L不锈钢中的研究热点马氏体相变强化技术是目前超高强度冷轧316L不锈钢研究的热点之一。
研究者主要关注冷轧工艺、热处理工艺和合金元素对马氏体相变的影响，以期提高材料的强度和塑韧性。
三、超高强度冷轧316L不锈钢的马氏体相变强化技术1.冷轧工艺对超高强度冷轧316L不锈钢马氏体相变的影响冷轧工艺参数如轧制速度、轧制压力和冷却速度等对超高强度冷轧316L 不锈钢的马氏体相变具有显著影响。
合理调整冷轧工艺参数，可有效提高马氏体相变的体积分数，从而提高材料的强度。
2.热处理工艺对超高强度冷轧316L不锈钢马氏体相变的影响热处理工艺如退火、正火和调质等对超高强度冷轧316L不锈钢的马氏体相变具有显著影响。
适当调整热处理工艺参数，可优化马氏体相变的分布和形态，提高材料的强韧性能。
3.合金元素对超高强度冷轧316L不锈钢马氏体相变的影响合金元素如氮、钛、钒等对超高强度冷轧316L不锈钢的马氏体相变具有显著影响。
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第14卷专辑1 Vol.14S1中国有色金属学报The Chinese Journal of N onferrous Metals2004年5月May 2004文章编号:10040609(2004)S1020205探索强韧化机理,创新超高强度高韧性不锈钢①赵振业,李春志,李 志,刘天琦,马新闻(北京航空材料研究院,北京100095)摘 要:评述了超高强度钢和高强度不锈钢的基本理论、成分设计、超纯净熔炼和工程应用技术发展状况、在航空、航天及其他高科技领域中的应用和重要地位、发展目标、强韧化机理和成分探索研究现状及存在问题。
借助透射电子显微镜高分辨和电子选区衍射等方法,揭示了超细马氏体板条、超细共格沉淀强化相Laves相、M2C及逆转变奥氏体等强2韧化机理。
用V IM+VAR双真空超纯洁熔炼、超均匀加工及控制相变热处理等技术,获得2种低碳超高强度高韧性不锈钢,其力学性能分别达到抗拉强度1915MPa和1862MPa,断裂韧度119MPa・m1/2和120MPa・m1/2。
关键词:超高强度钢;不锈钢;强2韧化机理Strengthen2toughening mechanisms and developmentof new type ultra2high strength stainless steelZHAO Zhen2ye,L I Chun2zhi,L I Zhi,L IU Tian2qi,MA Xin2wen(Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing100095,China)Abstract:The fundamental theory,future object,studying status and topics of ultra2high strength steel and high strength stainless steel were reviewed.The new strengthen2toughening mechanisms,such as ultrafine martensitic laths, ultrafine strengthening phases M2C carbide and Laves phase precipitated coherence with martensitic matix and reverse transformed austenite distributed over the effective grain boundaries were discovered with electronic microsco py.By means of V IM+VAR double vacuum melting technology secured super pure materials and by the super homogenization hotwork and controlling martensitic transformation heat treatment techniques,the new types of low carbon ultra2high strength steel in combination with high toughness were obtained.The tensile strengths reach1915MPa and1862MPa and the frac2 ture toughnesses reach119MPa and120MPa・m1/2respectively.K ey w ords:ultra2high strength steel;stainless steel;strengthen2toughening mechanism 在航空、宇航工程领域,超高强度钢是指屈服强度(σ0.2)在1400～1600MPa以上的高强度钢。
从20世纪50年代至今,经过半个多世纪的研究发展,超高强度钢已成为材料科学与工程一个专门的学科领域。
它是当前抗拉强度最高、韧性等综合力学性能最好的金属结构材料,广泛地应用于航空、航天及其他高科技领域,成为大型民用飞机、战斗机、舰载机起落架、直升机旋翼桨毂、导弹、火箭壳体、发动机及精密机械传动齿轮等主承力构件不可替代的材料。
本文作者评述了超高强度钢和高强度不锈钢的国内外研究和发展状况,有助于进一步认识超高强度钢的强韧化机理和发展新型超高强度高韧性合金。
1 超高强度钢研究与发展航空、航天等高科技领域对超高强度钢的要求主要包括超高强度、高韧性和耐腐蚀等,以满足其减轻结构质量、缩小体积、延长寿命和提供可靠使用需求。
除此之外,超高强度钢研究发展的主要驱①作者简介:赵振业(1937),男,研究员.通讯作者:赵振业,研究员;电话:01026245662222405动力是Kelly、Frankel理论模型[1]计算的体心立方铁(或钢)的理论强度。
而其赖以发展的主要科学技术基础包括金属物理和金属学理论、强2韧化理论和实践、超纯熔炼技术和抗疲劳/损伤容限等工程科学理论和应用技术等。
目前,超高强度钢已形成合金体系,如低合金系300M、D6AC钢,中合金系H11、38Cr2Mo2VA 钢,高合金系AF1410、Aermet100钢和马氏体时效钢系Marage250、300等。
其典型力学性能如表1所示。
这些钢已达到抗拉强度1800～2100MPa和断裂韧性63～145MPa・m1/2,并已广泛应用于主承力构件。
表1 超高强度钢的典型力学性能合金系钢种σb/MPaσ0.2/MPaδ5/%ψ/%KⅠC/(MPa・m1/2)低合金300M19001600105085中合金38Cr2Mo2VA18001600105065高合金Aermet100[2]196517241465115马氏体时效钢Marage30021002080126063为了满足构件安全寿命、损伤容限和耐久性设计的要求,超高强度钢的近期发展目标设想如图1所示[3]。
对确定的临界裂纹长度(a c)来说,在提高抗拉强度到2400MPa时,应相应提高断裂韧性到130MPa・m1/2以上,并应提高其应力腐蚀门槛值K ISCC到接近KⅠC值。
为发展更高性能的超高强度钢,正在广泛地进行强2韧化机理和合金成分探索研究。
其中,Co元素的良好作用使NiSiCrCoM[4]低合金钢获得抗拉强度1980MPa和KⅠC=120MPa ・m1/2的综合性能;在Aermet100基础上提高碳含量得到的高合金超高强度钢Aermet310[5]抗拉强度和断裂韧性分别达到2170MPa和71MPa・m1/2;采用M2C和NiAl共同强化的添加Al的AF1410[6]钢达到抗拉强度2125MPa和冲击韧性(CVN)31J 的力学性能;Marage400钢的抗拉强度达到2800 MPa;利用Mo、V元素在钢中的有序化倾向和条纹分解造成的调制组织和热机械处理+冷变形等方法使35.7Co28.9Mo23.7V[7]钢的抗拉强度达到4 000MPa;而用特种热机械处理(STM T)+冷变形使10Ni218Co212Mo21Ti钢[8]的抗拉强度达到4295 MPa。
更令人鼓舞的是研究者们[8]开始注意到用Ni 元素提高钢的本征韧性,并和〈100〉解理强度高达14GPa的体心立方Fe相结合,试图发展接近理论强度的新型钢种。
超纯净熔炼得到的纯净有效晶界对提高超图1 超高强度钢发展目标高强度钢的韧性十分显著。
随着强度提高,对纯净度的要求不断提高,如V IM+VAR高纯净熔炼300M钢中控制S、P含量分别不高于10-4,而超纯净熔炼的Aermet100钢中不仅控制S+P总含量不高于10-4,而且O、N、Si、Mn、Al、Ti均被列为杂质元素并予以控制,以致在稍提高其强度的同时,断裂韧性KⅠC提高到115MPa・m1/2以上,显著优于300M钢。
10Ni28Co22Cr21Mo钢用Ti处理改变MnS夹杂为Ti2CS,在相同强度下,钢的冲击韧性A KV值由174J提高至267J,KⅠC值由254MPa ・m1/2提高至474MPa・m1/2。
类似的结果在很多钢中也得到验证。
纯净度指标不断提高,控制杂质元素种类增加和夹杂物含量不断减少是超纯净熔炼技术的基本特征,并使超高强度钢的强2韧性能不断提高。
超高强度钢的主要应用是高承载构件,这些构件已采用安全寿命、损伤容限和耐久性设计以保证在规定寿命期内可靠使用。
超高强度钢的主要特征是疲劳性能高,但对应力集中敏感,如300M钢在应力集中系数k t值为3和5时,疲劳强度较光滑试样分别降低约50%和80%,而且裂纹起始寿命高于扩展寿命。
因此,为保障超高强度构件可靠使用,工程科学理论和应用技术迅速发展。
20世纪80年代中期,材料应用四要素,即成分(组成)与组织、性能、加工和使用性能的同等重要性成为共识。
作者及其同事们从“无应力集中”表面完整性抗疲劳概念出发,发展了包括表面完整性加工、表面强化改性、表面防护和低应力集中设计等工程应用技术体系。
前面提到的各种超高强度钢和探索研究钢种的性能数据已清楚地表明,发展超高强度钢中遇到的・32・第14卷专辑1 赵振业,等:探索强韧化机理,创新超高强度高韧性不锈钢重要问题之一是强2韧化机理尚未得以解决,确切地说是韧化机理尚未得到很好解决,以致在提高强度时韧性降低,而且这一相悖倾向随强度升高而增加。
超高强度钢的另一个重要问题是不耐腐蚀。
腐蚀现象存在之普遍、造成的危害之大和解决腐蚀问题的重要与迫切需求已达成普遍的共识,对超高强度钢来说,这一问题尤为突出。
2 高强度不锈钢研究与发展解决超高强度钢不耐腐蚀的主要途径应是发展不锈钢。
但从表2列出的高强度不锈钢的性能数据可以看到,不锈钢至今仅处于高强度水平。
表2 不锈钢典型力学性能钢种σb /MPaσ0.2/MPaδ/%ψ/%PH1328Mo(美、中)1470135012531Cr15Ni4Mo3N (俄、中)150011501756Marvalx12H (法)143413719.564钢种A ku /(J ・cm -2)K ⅠC /(MPa ・m 1/2)K ISCC /(MPa ・m 1/2)PH1328Mo (美、中)7088801Cr15Ni4Mo3N (俄、中)120Marvalx12H (法)64(A kv/J )150早在20世纪60年代,美国曾研究超高强度不锈钢AFC 277,0.15C 214.5Cr 213.5Co 25Mo 20.5V 20.05N [9,10],采用二次硬化机理可使抗拉强度达到1980MPa ,但K ⅠC 值仅为31MPa ・m 1/2。