2019-04-16 19:46:52

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"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1370MPa(140 kgf/mm)以上,抗拉强度在1620 MPa(165 kgf/mm)以上的合金钢称超高强度钢。

基本信息

  • 中文名

    高强度钢

  • 屈服强度

    1 370MPa(140 kgf/mm2)以上

  • 抗拉强度

    1 620 MPa(165 kgf/mm2)以上

  • 分类依据

    合金化程度和显微组织

目录

折叠 编辑本段 分类

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。

折叠 低合金

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。

折叠 中合金

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%。

折叠 高合金

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钢中添加钴是为了提高钢的Ms(马氏体转变)温度,减少钢中的残余奥氏体,同时,钴在镍钢中起固溶强化作用,还通过加钴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、航天和潜艇壳体等产品上。

折叠 超低碳

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%)-钴(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。

折叠 半奥氏体

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。

折叠 编辑本段 举例

折叠 马氏体时效钢

其基本成分:C<0.03%, Ni18~25%,+ 时效硬化元素 Ti,,Al,Co,Mo,Nb等 。

类型(根据Ni量不同):

Ni 18%,+ Ti, Al, Co, Mo等。应用最广,有三个级别:1400, 1700,2100 MPa。

Ni 20%, +Ti, Al, Nb等 。 合金量较低,成本低,强度较低。

Ni 25%,+ Ti,Al,Nb等 。 时效前硬度较低,可深冲冷拔。

高纯度钢:杂质少,C, N, P, S, Si都要控制;偏析小、含气量低,一般用真空炉熔炼。

折叠 主要合金元素作用

Ni:

1)时效强化相的主要形成元素;

2)扩大γ相区,并能发生M转变;

(加入 沉淀强化元素多为α形成元素)

3)使钢保持良好的韧塑性;

4)提高钢的淬透性(空淬)。

Co:

1)协助Ni扩大γ区;

2)但提高Ms点, 可减少Ar;

3)可间接提高强化效果。

Ti, Al,Mo,Nb:

时效强化元素,能形成时效强化相,如Ni3Al,Ni3Ti,Ni3Mo,(Fe,Ni,Co)2Mo 等。

Mo :

时效强化元素;

防止回火脆性,提高韧塑性。

C<0.03%; Mn,Si降低到最少; S<0.01%;其它杂质元素如N,P等也要严格控制。

折叠 热处理

原理:利用金属间化合物在含C极低的马氏体中弥散析出来强化的(沉淀强化或时效强化)。

热处理工艺包括两个基本工序:

1)高温奥氏体化后淬火成马氏体;合金元素溶解在M中,为随后时效工序作好组织上准备;

2)进行时效,产生强烈沉淀强化效应,显著提高强度。

折叠 性能

高强度,同时具有良好的塑韧性和缺口强度;

热处理工艺简单:1)不存在脱C;2)固溶处理后进行各种成型加工,再500℃时效;

变形小;

淬火后硬度低,冷变形性能和切削性能好;

焊接性较好。

折叠 应用

一般只限于航空、航天与武器制造工业的重要构件。只用来生产比强度高,可靠性强,尺寸精确,而使用低合金超高强度钢时难以满足要求的重要构件。

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