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第38章 超高强度钢

钢铁本来就是坚强的象征,不过,不仅钢与铁(铸铁)的强度不同,就是在钢的“队伍”内部,因成分、组织不同,强度也大不一样。如以每平方米能承受多少牛顿负荷而不断裂为应力单位(兆帕)大致分为:

100~300兆帕是软钢;200~400兆帕是一般结构钢;400~800兆帕是合金结构钢;800~1500兆帕是高强钢;1500兆帕以上则是超高强度钢了。现在,超高强度钢的强度记录可达3000兆帕,但这还不是金属强度的极限,一些冷拔细钢丝的强度可达到4000兆帕,而直径只有1~2微米的一些钢铁晶须的强度可达14000兆帕。超高强度钢是在合金结构钢的基础上发展起来的,以强度为首要要求并辅以适当韧性的钢种,主要用于要求比强度很大的“尖端领域”,如飞机起落架、分离铀的高速离心机旋转筒体、潜水艇壳、高压容器等。

常用超高强度钢有以下四类:

1.低合金超高强度钢

它是在中碳合金调质钢的基础上发展起来的,典型牌号有30CrMnSiNi2A、45CrNiMo1VA 等。合金元素主要起固溶强化、细化晶粒、提高淬透性及回火马氏体稳定性的作用,常需经淬火、回火后得到回火马氏体或下贝氏体组织才可达到使用性能要求。主要用于飞机起落架、机翼主梁、固体火箭发动机壳体、炮筒、高压容器、高强螺栓等。这类钢的抗拉强度可达1800兆帕。

2.二次硬化型超高强度钢

它是在中碳或低碳合金钢基础上加较多可产生弥散强化的合金元素而发展起来的。典型钢种如4Cr5MoVSi(外国钢号为H11)、4Cr5MoV1Si(H13)、30Ni9Co4CrMoA、16Ni10Co14Cr2Mo1等,这类钢为中高合金钢,耐热性很好,多可在500℃下长期使用,抗拉强度约在1400~1900兆帕之间,可用于飞机起落架、炮弹和火箭壳体、高强度螺栓、高速转子轴及热作模具等,其中16Ni10Co14Cr2Mo1还有良好的焊接性及韧性。

3.马氏体时效钢

它是铁-镍基超低碳高合金钢,通过淬火+回火产生马氏体相变和时效析出金属化合物而获得强化效果。

典型钢种如0Ni18C09M05TiAl(外国钢号为18Ni),抗拉强度达1500兆帕,其韧性突出,较易焊接,可用于制造固体火箭发动机壳体、高压气瓶及橡塑模具等。

4.超高强度不锈钢

它是在低碳不锈钢的基础上加入一些会形成弥散金属化合物的合金元素而形成。典型钢号如马氏体时效不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb 等,其抗拉强度在1000~1500兆帕之间。此类钢具有较高的强度、耐蚀性及塑性,主要用于高强度、耐腐蚀的化工设备及零件和飞机上高强度结构件。