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所有高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼性能匯總
1、“超高強(qiáng)度鋼”的定義是相對(duì)于時(shí)代要求的技術(shù)進(jìn)步程度而在變化的。一般講，屈服強(qiáng)度在1 370MPa(140 kgf/mm2)以上，抗拉強(qiáng)度在1 620 MPa(165 kgf/mm2)以上的合金鋼稱(chēng)超高強(qiáng)度鋼。
分類(lèi)
按其合金化程度和顯微組織分為低合金中碳馬氏體強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼、中合金中碳二次沉淀硬化型超高強(qiáng)度鋼、高合金中碳Ni—Co型超高強(qiáng)度鋼、超低碳馬氏體時(shí)效硬化型超高強(qiáng)度鋼、半奧氏體沉淀硬化型不銹鋼等。
低合金
低合金中碳馬氏體強(qiáng)化型超高強(qiáng)度鋼(MART)是在低合金調(diào)質(zhì)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，合金元素總量一般不超過(guò)6%。主要牌號(hào)包括傳統(tǒng)的鎳鉻鉬調(diào)質(zhì)鋼4340(40CrNiMo)，碳含量0.45%的鎳 鉻 鉬 釩 鋼D6AC(45 CrNiMoV)，碳含量0.30%的鉻 錳 硅 鎳 鋼(30CrMnSiNi2A)，在4340鋼基礎(chǔ)上通過(guò)加入硅(1.6%)和釩(0.1%)而研制成的300M 鋼(43CrNiSiMoV)以及不含鎳的硅錳鉬釩或硅錳鉻鉬釩等。通過(guò)真空熔煉降低鋼中雜質(zhì)元素含量，改善鋼的橫向塑性和韌性，由于鋼中合金元素含量較低，成本低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，廣泛用于飛機(jī)大梁、起落架、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
中合金中碳二次沉淀硬化型超高強(qiáng)度鋼是從5%Cr型模具鋼移而來(lái)的。由于它在高溫回火狀態(tài)下有很高的強(qiáng)度和較滿(mǎn)意的塑性和韌性，抗熱性好，組織穩(wěn)定，用于飛機(jī)起落架、火箭殼體等。典型鋼種為H11和H13等。其主要成分為：C 0.32%--0.45%;Cr 4.75%--5.5%;Mo 1.1%--1.75%;Si 0.8%--1.2%。
高合金
高合金中碳Ni—Co(9Ni--4Co--××)型超高強(qiáng)度鋼，是在具有高韌性、低脆性轉(zhuǎn)變溫度的9%Ni型低溫鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在9%Ni鋼中添加鉆是為了提高鋼的Ms(馬氏體轉(zhuǎn)變)溫度，減少鋼中的殘余奧氏體，同時(shí)，鉆在鎳鋼中起固溶強(qiáng)化作用，還通過(guò)加鉆來(lái)獲得鋼的自回火特性，從而使這類(lèi)鋼具有優(yōu)良的焊接性能。碳在這類(lèi)鋼中起強(qiáng)化作用。鋼中還含有少量鉻和鉬，以便在回火時(shí)產(chǎn)生彌散強(qiáng)化效應(yīng)。主要牌號(hào)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。這類(lèi)鋼綜合力學(xué)性能高。抗應(yīng)力腐蝕性好，具有良好的工藝性能和焊接性能，廣泛用于航空、航天和潛艇殼體等產(chǎn)品上。
超低碳
超低碳馬氏體時(shí)效硬化型超高強(qiáng)度鋼，通常稱(chēng)馬氏體時(shí)效鋼。鋼的基體為超低碳的鐵鎳或鐵鎳鈷馬氏體。其特點(diǎn)是，馬氏體形成時(shí)不需要快冷，可變溫及等溫形成;具有體心立方結(jié)構(gòu);硬度約為HRC20，塑性很好;再加熱時(shí)不出現(xiàn)像在低碳馬氏體中發(fā)生的回火現(xiàn)象，并有很大的逆轉(zhuǎn)變溫度遲滯，因而可以在較高溫度進(jìn)行馬氏體基體內(nèi)的時(shí)效硬化。在這樣的高鎳馬氏體中含有能引起時(shí)效強(qiáng)化的合金元素，借助于時(shí)效強(qiáng)化，從過(guò)飽和的馬氏體中析出彌散分布的金屬間化合物，使鋼獲得高強(qiáng)度和高韌性。按鎳含量，馬氏體時(shí)效鋼分為25%Ni、20%Ni、18%Ni和12%Ni等類(lèi)型。18%Ni型應(yīng)用較廣，為含有鉬、鈦等強(qiáng)化原素的超低碳鐵-鎳(18%)-鉆(8.5%)合金，包括3個(gè)牌號(hào)：18%Ni(200)、18%Ni(250)、和18%Ni(300)(200、250、300為抗拉強(qiáng)度等級(jí)，單位為Ksi)。這種鋼是通過(guò)金屬間化合物的析出使鋼強(qiáng)化。借無(wú)碳的馬氏體基體取得高塑性，最后達(dá)到很高的強(qiáng)度塑性配合。這類(lèi)鋼具有良好的成形性能、焊接性能和尺寸穩(wěn)定性，熱處理工藝也較簡(jiǎn)單，用于航空、航天器構(gòu)件和冷擠、冷沖壓模具等。
半奧氏體
半奧氏體沉淀硬化型不銹鋼是一類(lèi)高合金的超高強(qiáng)度鋼，如常見(jiàn)的17-7PH(OCr17Ni7Al)、PH15-7Mo(OCr15Ni7Mo2Al)和AFC-77(15Cr15Mo5Co14V)等。這類(lèi)鋼經(jīng)固溶化處理，冷卻到室溫為奧氏體組織，再經(jīng)過(guò)冷加工、冷處理或者加熱到750℃進(jìn)行調(diào)整處理后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。最后在400-550℃時(shí)效，便得到在回火馬氏體基體上彌散分布著第二相強(qiáng)化組織的超高強(qiáng)度鋼。這類(lèi)鋼在315℃以上長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，會(huì)因?yàn)榻饘匍g化合物沉淀而使材料變脆，所以使用溫度要限制在315℃以下。這類(lèi)鋼主要用于制造航空器件構(gòu)件、高壓容器和高應(yīng)力腐蝕化工設(shè)備零件等。
高強(qiáng)度鋼板是指牌號(hào)Q420鋼，強(qiáng)度高，特別是在正火或正火加回火狀態(tài)有較高的綜合力學(xué)性能。主要用于大型船舶，橋梁，電站設(shè)備，中、高壓鍋爐，高壓容器，機(jī)車(chē)車(chē)輛，起重機(jī)械，礦山機(jī)械及其他大型焊接結(jié)構(gòu)件。
2、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼，也稱(chēng)為高級(jí)高強(qiáng)度鋼，其英文縮寫(xiě)為AHSS(Advanced High Strength Steel)。國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)( IISI) 先進(jìn)高強(qiáng)鋼應(yīng)用指南第三版中將高強(qiáng)鋼分為傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼(Conventional HSS) 和先進(jìn)高強(qiáng)鋼(AHSS) 。傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼主要包括碳錳鋼(C -Mn)、烘烤硬化(BH) 鋼、高強(qiáng)度無(wú)間隙原子(HSS -IF) 鋼和高強(qiáng)度低合金(HSLA) 鋼;AHSS 主要包括雙相鋼(DP)、相變誘導(dǎo)塑性(TRIP) 鋼、馬氏體(M) 鋼、復(fù)相鋼(CP)、熱成形(HF) 鋼和孿晶誘導(dǎo)塑性(TWIP) 鋼;AHSS的強(qiáng)度在500MPa到1500MPa之間，具有很好吸能性，在汽車(chē)輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)，主要應(yīng)用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)件、安全件和加強(qiáng)件如A/B/C柱、車(chē)門(mén)檻、前后保險(xiǎn)杠、車(chē)門(mén)防撞梁、橫梁、縱梁、座椅滑軌等零件; DP鋼最早于1983年由瑞典SSAB鋼板有限公司實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
分類(lèi)
雙相鋼
雙相鋼組成是鐵素體基體包含一個(gè)堅(jiān)硬的第二相馬氏體。通常強(qiáng)度隨著第二相的體積分?jǐn)?shù)的增加而增加。在某些情況下，熱軋鋼需要在邊緣提高抗拉強(qiáng)度(典型的措施是通過(guò)空穴的擴(kuò)張能力)，這樣熱軋鋼便需要具有了大量的重要的貝氏體結(jié)構(gòu)。
在雙相鋼中，在實(shí)際冷卻速度中形成的馬氏體中的碳式鋼的淬硬性增加。錳、鉻、鉬、釩、和鎳元素單獨(dú)添加或聯(lián)合添加也能增加鋼的淬硬性。碳、硅和磷也加強(qiáng)了作為鐵素體溶質(zhì)的馬氏體的強(qiáng)度。
高強(qiáng)度及高延性鋼(TRIP)
高強(qiáng)度及高延性鋼的微觀(guān)組織是在鐵素體基體中還保留著殘余奧氏體組織。除了體積分?jǐn)?shù)最少為5%的殘余奧氏體外，還存在著不同數(shù)額的馬氏體和貝氏體等堅(jiān)硬組織。
多相鋼
具有代表性的多相鋼需要很高的抗拉強(qiáng)度極限才能轉(zhuǎn)變成鋼。多相鋼的組成是有細(xì)小的鐵素體組織和體積分?jǐn)?shù)較高的堅(jiān)硬的相，并且細(xì)小的沉淀使其強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)。和雙相鋼和高強(qiáng)度、高延性鋼一樣，多相鋼也包含了很多和它們相同的合金元素，但也經(jīng)常有少量的鈮、鈦、和釩形成細(xì)小的、高強(qiáng)度的沉淀物。在抗拉強(qiáng)度值在800MPa或更高時(shí)，多相鋼表現(xiàn)出了更高的屈服強(qiáng)度。多相鋼的典型特征是具有高的成形性、很高的能量吸收和很高的殘余變形能力。
馬氏體鋼
為了生成馬氏體鋼，在熱軋或退火中存在的奧氏體在淬火和連續(xù)退火曲線(xiàn)中的冷卻階段全部轉(zhuǎn)變成馬氏體。該結(jié)構(gòu)也會(huì)在成形后的熱處理過(guò)程中形成。馬氏體鋼具有非常高的強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度極限達(dá)到了1700MPa。馬氏體鋼經(jīng)常需要用等溫回火來(lái)提高其韌性，這樣便能在具有極高的強(qiáng)度的同時(shí)具有很好的成形性。
先進(jìn)高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)
所有的先進(jìn)高速鋼的生產(chǎn)都要控制奧氏體相或奧氏體加鐵素體相的冷卻速度，可以在外圍表面進(jìn)行熱磨削(如熱軋產(chǎn)品)，也可以在連續(xù)退火爐中局部冷卻(連續(xù)退火或熱浸涂產(chǎn)品)。馬氏體鋼是通過(guò)快速淬火致使大部分奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體相而產(chǎn)生的。鐵素體加馬氏體雙相鋼的生產(chǎn)，是通過(guò)控制其冷卻速度，使奧氏體相(見(jiàn)于熱軋鋼中)或鐵素體+馬氏體雙相(見(jiàn)于連續(xù)退火和熱浸涂鋼中)在殘余奧氏體快速冷卻轉(zhuǎn)變成馬氏體之前，將其中一些奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體。TRIP鋼通常需要保持在中溫等溫的條件以產(chǎn)生貝氏體。較高的硅碳含量使TRIP鋼在最后的微觀(guān)結(jié)構(gòu)含過(guò)多的殘余奧氏體。多相鋼還遵循一個(gè)類(lèi)似的冷卻方式，但這種情況之下，化學(xué)元素的調(diào)整會(huì)產(chǎn)生極少的殘余奧氏體并形成細(xì)小的析出以加強(qiáng)馬氏體和貝氏體相。
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