航空航天用超高强度钢

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1、航空航天用超高强度钢室温条件下抗拉强度大于1400MPa、屈服强度大于1200MPa的钢被称为超高强度钢，通常还要求具有良好的塑韧性、优异的疲劳性能、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。超高强度钢是应用范围很广的一类重要钢种，大量应用于火箭发动机壳体、飞机起落架、防弹钢板等性能有特殊要求的领域，而且其使用范围正在不断地扩大到建筑、机械制造、车辆和其它军用及民用装备上。超高强度钢发展至今，合金化研究已达到很高水平，挖掘现有钢种的潜力，充分发挥合金元素的作用，减少有害元素的含量，提高断裂韧性，已成为冶金科技工作者追求

2、的目标。近十年来围绕现有钢种挖潜，在超纯、超细化、高均质、低偏析进行技术创新，突破四大关键技术：1、超纯铁工业化大生产冶金技术。2、VIM+VAR低偏析、高均质化的熔炼技术。3、钢锭均质化技术、大锻比锻造技术。4、超细化控制锻造技术和热处理控制技术。这是超高强度钢研发和产品工业化的基础。超高强度合金钢按其物理冶金学特点大体可以分为：低温回火马氏体组织或下贝氏体组织强化的低合金超高强度钢；高温回火析出合金碳化物、二次硬化组织的超高强度钢和从低碳马氏体基体析出金属间化合物进行强化的马氏体时效钢，及正在探索和

3、研究的复合强化型（沉淀强化、二次硬化和时效强化复合强化）的超高强度钢。1低合金超高强度钢低合金超高强度钢合金元素含量少（<5%），经济性好，强度高，屈强比低，但韧性相对较低。此类钢是通过淬火和低温回火处理获得较高的强度和韧性，钢的强度主要取决于钢中马氏体的固溶碳浓度。含碳量增加，钢的强度升高；而塑性和韧性相应降低。因此，在保证足够强度的原则下，尽可能降低钢中含碳量，一般含碳量在0.30~0.45%。钢中合金元素总量约在5%左右，Cr、Ni和Mn在钢中的主要作用是提高钢的淬透性，以保证较大的零件在适当的冷

4、却条件下获得马氏体组织，Mo，W和V的主要作用是提高钢的抗回火能力和细化晶粒等。AISI4340是最早出现的低合金超高强度钢，也是低合金超高强度钢的典型代表。美国从20世纪40年代中期开始研究4340钢，通过降低回火温度，使钢的抗拉强度达到1600~1900MPa。1955年4340钢开始用于F-104飞机起落架。通过淬火和低温回火处理，AISI4130、4140、4330或4340钢的抗拉强度均可超过1500MPa，而且缺口冲击韧性较高。为了抑制低合金超高强度钢回火脆性，1952年美国国际镍公司开发了

5、300M钢。该钢通过添加了1~2％的硅来提高回火温度（260~315℃），并可抑制马氏体回火脆性。300M钢在1966年后作为美国的军机和主要民航飞机的起落架材料而获广泛的应用，F-15、F-16、DC-10、MD-11等军用战斗机都采用了300M钢，此外波音747等民用飞机的起落架及波音767飞机机翼的襟滑轨、缝翼管道等也采用300M钢制造。尽管以4340和300M钢为代表的低合金超高强度钢具有高强度，但它们的断裂韧性和抗应力腐蚀能力都比较差，因而其应用受到了一定的限制。美国于60年代初开始研制D6A

6、C，由AISI4340钢改进而成，被广泛用于制造战术和战略导弹发动机壳体及飞机结构件。到了70年代中期，D6AC逐渐取代了其它合金结构钢，成为一种制造固体火箭发动机壳体的专用钢种。美国新型地空导弹“爱国者”，小型导弹“红眼睛”，大中型导弹“民兵”、“潘兴”、“北极星”、“大力神”等，美国航天飞机的φ3.7m助推器壳体也采用D6AC钢制造。D6AC还曾用于制造F-111飞机的起落架和机翼轴等。苏联开始研制低合金超高强度钢的时间大体上与美国同步，具有自己的钢种体系，最有代表性的是30XГCH2A和40XH2

7、CMA（ЭИ643）钢。30XГCH2A是在30XГC基础上加入1.4~1.8%的镍而得到的低合金超高强度钢，由于镍的加入提高了钢的强度、塑性和韧性，也提高了钢的淬透性，由此改良和派生出了一系列钢种。40XH2CMA是在40XH2MA基础上发展起来的，40XH2CBA是用W代替40XH2CMA中Mo而成的。近十几年来他们又研制了新型经济型的低合金超高强度钢35XCH3M1A(BKC-8)和35XC2H3M1ФA(BKC-9)，其抗拉强度分别可达到1800?2000MPa和1950~2150MPa。我国低

8、合金超高强度钢的研究开始于20世纪50年代，一是仿制国外已有的牌号，五六十年代主要以仿制前苏联的钢种为主，如30CrMnSiNi2A（仿30XГCH2A钢），70年代开始以仿制美国的钢种为主，如40CrNi2MoA钢（仿4340钢）、40Si2Ni2CrMoVA钢（仿300M钢）、45CrNiMo1VA钢（仿D6AC钢）等。二是根据我国的资源情况（缺乏钴、镍等贵金属）和工程的需要，自主开发研制了具有我国特点的低合金超高强度钢，如无镍铬的35