中國成功研發(fā)出2000兆帕級新材料
時間:2024-04-24 12:45來源:德松官網(wǎng) 作者:德松模具鋼
近日美國《科學》雜志上報道了中國發(fā)明了一種超級鋼材，實現(xiàn)了鋼鐵材料在屈服強度超過2000兆帕時延展性的巨大提升！這讓中國鋼材真正硬了起來！
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金屬的彎曲強度（屈服強度）通常只有拉伸強度的1/3，而對于耐外壓（潛艇），主要是看屈服強度，美國的HY130鋼是890MPa（1963年），法國的HLES100鋼達到了980MPa，日本的NS110鋼已達到了 1000MPa，蘇聯(lián)也有1175級別的鋼材，在材料科學上，中國是徹徹底底的第三世界。
美國通過在零重力的空間站進行材料實驗，研發(fā)出一些列新材料，的一些特殊材料比同質(zhì)量的鉆石都貴！燒結(jié)的條件就是需要零重力，空間加工不但能得到良好的單晶，而且可以生產(chǎn)出地面難混和偏晶的合金，美國在航天飛機上加工出了鋁鉛合金。
近日美國《科學》雜志上報道了中國發(fā)明了一種超級鋼材，實現(xiàn)了鋼鐵材料在屈服強度超過2000兆帕時延展性的巨大提升！這讓中國鋼材真正硬了起來！
眾所周知，目前家用轎車的承載式車身的主要結(jié)構(gòu)部位都會采用高屈服強度鋼材，不過在汽車行業(yè)，通常900兆帕以上的屈服強度就已經(jīng)算是很高的標準了。屈服強度是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時的極限 ，大于這個強度的外力作用將使材料永久變形。如何通過工業(yè)上常用的加工工藝 ，獲得同時具有超高強度和高延展性的金屬材料，在科學界和工業(yè)界一直是有高度挑戰(zhàn)性的研發(fā)目標。
北京科技大學羅海文教授告訴記者，我國最新發(fā)明的超級鋼達到了前所未有的2200兆帕的屈服強度和16％的均勻延伸率，具有最優(yōu)的強度和延展性的結(jié)合。該鋼還有兩大優(yōu)點。
第一：成本較低。這種超級鋼是成分簡單的中錳鋼成分體系，含有錳(Mn)10.00、碳(C) 0.47、鋁(Al)2.00、釩(V) 0.7，這些都是現(xiàn)在廣泛使用的鋼材料中常見的合金元素，并沒有通過大量使用昂貴的合金元素來提高強韌性。
第二：該鋼是通過工業(yè)界廣泛使用的加工工藝來制備，如熱軋、冷軋、熱處理等常規(guī)工業(yè)制備工藝，而不是采用那些難以規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的特殊加工工藝來制備，因此，這種超級鋼具備在鋼鐵企業(yè)進行百噸級規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的潛力。
超級鋼之所以性能優(yōu)越，是因為他們在鋼材中引入高密度的可動位錯，位錯是鋼材變形時在鋼材內(nèi)部形成的缺陷。教科書中的經(jīng)典理論認為，位錯越多，強度確實會顯著提高，但這些位錯會相互糾纏導致位錯無法運動，因此延展性就會顯著降低。而他們通過采用新的成分體系加上結(jié)合使用多種制備工藝，在鋼中產(chǎn)生大量可動位錯，同時實現(xiàn)了超高強度和高延展性。
目前依托北京科技大學中的試驗線試制出該超級鋼，該試驗線具備現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)線所沒有的軋制能力。如果要工業(yè)化生產(chǎn)，仍需要對現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)的相關(guān)設(shè)備進行技術(shù)改造，并不能馬上直接生產(chǎn)。這種高密度納米強化的超高強度馬氏體時效鋼改變以往對大量的鈷、鈦和鉬等昂貴合金元素的需求，以鋁和碳等常見的“平民”元素，利用不同的強化機理，使用高密度納米析出強化鋼材，不但成本降低，而且抗拉強度達到2200兆帕，同時塑性不低于8%，大幅度提高了高強鋼鐵材料的綜合性能。
在航空航天、新能源、先進裝備制造、國防安全和高速列車等國家重大高新技術(shù)領(lǐng)域，這種高端的超高強鋼均有重大需求。特殊鋼料的強者是馬氏體時效鋼，過去，主要在于這種鋼鐵材料中含有大量的鈷、鈦和鉬等貴重合金元素，還要經(jīng)過復雜苛刻而嚴格的冶煉和熱處理工藝，價格昂貴，一般僅限用于火箭發(fā)動機殼體、飛機起落架和關(guān)鍵聯(lián)接件等航空航天及深海技術(shù)中重要結(jié)構(gòu)件。
鋼鐵材料的性能極限化研究是近年來的研究熱點，強度極限化更是業(yè)內(nèi)一直追求的夢想。業(yè)內(nèi)人士普遍認為，進一步提高鋼鐵強度、塑型與韌性非常困難，中國研發(fā)的超高強馬氏體時效鋼強度突破2000兆帕仍具有良好的塑性，而且合金化成本低，為高性能鋼鐵材料研發(fā)提供了創(chuàng)新思維，再次推動了高性能特殊鋼研發(fā)熱潮。
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