超高強(qiáng)度鋼

XinZeSteeL

應(yīng)用于制造承受較高應(yīng)力結(jié)構(gòu)件的合金鋼類，一般屈服強(qiáng)度大于120kgf/mm2、抗拉強(qiáng)度大于140kgf/mm2。

　　20世紀(jì)40年代中期，美國(guó)研制成Cr-Mo鋼(AISI4130)和Cr-Ni-Mo鋼(AISI 4340)，經(jīng)淬火和低溫回火后，抗拉強(qiáng)度分別為170和190kgf/mm2。50年代初，在AISI 4340鋼的基礎(chǔ)上加入Si和V，制成300M，抗拉強(qiáng)度達(dá)190～210kgf/mm2。1960年，國(guó)際鎳公司制成馬氏體時(shí)效鋼，抗拉強(qiáng)度約為180kgf/mm2，斷裂韌度高達(dá)390kgf/mm幫。70年代，美國(guó)在300M基礎(chǔ)上降C增Si，改善韌性，發(fā)展成HP310鋼；在馬氏體時(shí)效鋼的基礎(chǔ)上研究成AF1410鋼，抗拉強(qiáng)度為170kgf/mm2，斷裂韌度達(dá)400kgf/mm幫（見斷裂韌性試驗(yàn)）。

　　中國(guó)從50年代開始研究和生產(chǎn)超高強(qiáng)度鋼，已有多種鋼號(hào)的產(chǎn)品，主要有SiMnMoV、SiMnCrMoV和加有稀土元素的SiMnCrMoV系列鋼，抗拉強(qiáng)度為170～190kgf/mm2，斷裂韌度可達(dá)250～280kgf/mm幫。

　　超高強(qiáng)度鋼必須具有高的抗拉強(qiáng)度，和保持足夠的韌性，還要求比強(qiáng)度(強(qiáng)度與密度之比)大和屈強(qiáng)比(σs/σb)高，以減輕構(gòu)件的重量，而且要有良好的焊接性和成形性等工藝性能。

　　類別  

      按照合金化程度及顯微組織，超高強(qiáng)度鋼可分為低合金、中合金和高合金超高強(qiáng)度鋼三類。在高合金超高強(qiáng)度鋼中又有馬氏體時(shí)效鋼和沉淀硬化不銹鋼等（見金屬的強(qiáng)化）。

　　低合金超高強(qiáng)度鋼   

        是由調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展起來的，含碳量一般在0.3～0.5％，合金元素總含量小于5％，其作用是保證鋼的淬透性，提高馬氏體的抗回火穩(wěn)定性和抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化鋼的顯微組織。常用元素有鎳、鉻、硅、錳、鉬、釩等。通常在淬火和低溫回火狀態(tài)下使用，顯微組織為回火板條馬氏體，具有較高的強(qiáng)度和韌性。如采用等溫淬火工藝，可獲得下貝氏體組織或下貝氏體與馬氏體的混合組織，也可改善韌性。這類鋼合金元素含量低，成本低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，廣泛用于制造飛機(jī)大梁、起落架構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)軸、高強(qiáng)度螺栓、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和化工高壓容器等。

　　中合金超高強(qiáng)度鋼  

        熱作模具鋼的改型鋼，典型鋼種有4Cr5MoSiV鋼。這類鋼的含碳量約0.4％，合金元素總含量約8％，具有較高的淬透性，一般零件經(jīng)高溫奧氏體化后，空冷即可獲得馬氏體組織，500～550℃回火時(shí)，由于碳化物沉淀產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)，而達(dá)到較高的強(qiáng)度。這類鋼的特點(diǎn)是回火穩(wěn)定性高，在500℃左右條件下使用，仍有較高的強(qiáng)度，一般用于制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件。

　　馬氏體時(shí)效鋼  

       典型鋼種有18Ni馬氏體時(shí)效鋼，含碳小于0.03％，鎳約18％，鈷8％。根據(jù)鉬和鈦含量不同，鋼的屈服強(qiáng)度分別可達(dá)到140、175和210kgf/mm2。從820～840℃固溶處理冷卻到室溫時(shí)，轉(zhuǎn)變成微碳Fe-Ni馬氏體組織，其韌性較Fe-C馬氏體為高，通過450～480℃時(shí)效，析出部分共格金屬間化合物相(Ni3Ti、Ni3Mo)，達(dá)到較高的強(qiáng)度。鎳可使鋼在高溫下得到單相奧氏體，并在冷卻到室溫時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗囫R氏體，而具有較高的塑性。同時(shí)鎳也是時(shí)效強(qiáng)化元素。鈷能使鋼的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度升高，避免形成大量殘留奧氏體。這類鋼的特點(diǎn)是強(qiáng)度高，韌性高，屈強(qiáng)比高，焊接性和成形性良好；加工硬化系數(shù)小，熱處理工藝簡(jiǎn)單，尺寸穩(wěn)定性好，常用于制造航空器、航天器構(gòu)件和冷擠、冷沖模具等。

　　9 Ni-4Co型超高強(qiáng)度鋼

        含9％鎳使鋼固溶強(qiáng)化和提高韌性，加 4％鈷的作用在于盡量減少鋼中殘留奧氏體量，鉬和鉻是為了產(chǎn)生沉淀硬化效應(yīng)。含碳 0.20～0.30％時(shí)，抗拉強(qiáng)度可達(dá)130～160kgf/mm2，斷裂韌度達(dá)400kgf/mm幫以上。綜合性能好，抗應(yīng)力腐蝕性高，具有良好的工藝性能，常用于航空、航天工業(yè)。

　　沉淀硬化不銹鋼

        簡(jiǎn)稱PH不銹鋼，是在不銹鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的具有抗腐蝕性能的超高強(qiáng)度鋼。合金元素總含量約為22～25％。按高溫固溶處理后冷至室溫時(shí)顯微組織的不同，可分為奧氏體型、半奧氏體型和馬氏體型三類。典型鋼種有0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al，抗拉強(qiáng)度約為160kgf/mm2。這類鋼有良好的耐蝕性、抗氧化性。鋼的強(qiáng)化是通過固溶處理、冷處理或形變后再時(shí)效，析出彌散沉淀相而實(shí)現(xiàn)的。這類鋼主要用于制造高應(yīng)力耐腐蝕的化工設(shè)備零件、航空器結(jié)構(gòu)件和高壓容器等（見不銹耐酸鋼）。

　　生產(chǎn)工藝        

       超高強(qiáng)度鋼對(duì)冶金質(zhì)量要求高，通常采用電弧爐和電渣重熔冶煉。要求純度高的鋼種，多采用真空感應(yīng)爐或真空自耗電弧爐冶煉。中、低合金超高強(qiáng)度鋼在熱處理時(shí)應(yīng)防止脫碳；馬氏體時(shí)效鋼和沉淀硬化不銹鋼，可以用普通加熱爐固溶處理。焊接時(shí)須采用保護(hù)氣體焊接或采用鎢極氬弧焊接。某些含碳較高的(0.4％左右)低合金超高強(qiáng)度鋼，焊接后應(yīng)立即進(jìn)行去應(yīng)力退火。