高强度不锈钢的发展历程与应用:从17-4PH到Custom450

   日期:2024-12-16     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:330    
核心提示:中国从60年代初开始研制高强不锈钢,进入二十一世纪,我国自主研发了第三代超高强度不锈钢F863钢和USSl22钢,这两种钢分别采用金属间化合物和碳化物强化的合金设计理念,强度都可达到1900MPa,断裂韧性达到了100MPa·m1/2。

抗拉强度超过800MPa、屈服强度大于500MPa的不锈钢通常称为高强度不锈钢。它是随着航空、航天等国防军事技术的发展,为弥补一般钢材比强度低、耐腐蚀性能差而开发的高强度钢材。一般包括沉淀硬化不锈钢(简称PH钢)、马氏体时效不锈钢、冷作硬化不锈钢3型。

自20世纪40年代第一种不锈钢W沉淀硬化不锈钢诞生以来,高强度不锈钢经历了三代钢种的发展。美国Armco公司于1948年开发出第一代高强度不锈钢,典型为17-4PH和17-7PH,至今仍广泛使用,用量最大。

1970年左右,美国发明了PHl3-8Mo、Custom450等钢材。 1990年后,开发了Custom465。这些钢是第二代典型高强度不锈钢的代表。此后,高强度不锈钢的强度从1400MPa提高到1800MPa。 。进入21世纪,美国Ques Tek公司发明了Ferrium S53钢,将强度水平提升至1900MPa,进入第三代高强度不锈钢的研发时代。我国于20世纪60年代初开始研制高强度不锈钢。进入21世纪,我国自主开发了第三代超高强度不锈钢F863钢和USSl22钢。这两种钢分别采用金属间化合物和碳化物强化的合金设计理念。 ,强度可达1900MPa,断裂韧性达到100MPa·m1/2。这也标志着我国在高强钢领域自主创新能力的显着提升。

一、高强度不锈钢的特点 1、沉淀硬化不锈钢

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马氏体沉淀硬化不锈钢强度高(σ(b)可达1375MPa),耐蚀性一般不低于18Cr-8Ni不锈钢,切削加工性好,焊接容易,热处理简单,退火组织为马氏体。但其冷成型性能较差,是沉淀硬化型不锈钢中高温性能最差的钢种。在350-400℃下长期使用有脆化倾向,缺口冲击值低。

半奥氏体沉淀硬化不锈钢可以在固溶状态下承受各种冷成型和焊接。热处理后可以获得不同的高强度和高韧性组合。具有良好的高温性能和540℃以下的耐腐蚀性能,特别是耐应力腐蚀性能。性优越感。但该类钢的成分和热处理温度范围很窄,热处理工艺复杂,低温韧性较差,在-100℃以下开始脆化。这类钢的性能特征是由复杂的相变机制决定的,不同相的比例、尺寸、形状和分布对性能影响很大。

奥氏体沉淀硬化不锈钢具有最高的高温强度。它实际上是一种铁基高温合金,可在600至700℃下使用。此类钢具有良好的低温性能、耐蚀性、抗氧化性和冷变形性能,并具有高强度和无磁性的特点。但焊接性较差,且由于钛含量高,在高温和长期载荷作用下无变形断裂倾向。

2.马氏体时效不锈钢

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马氏体时效不锈钢除了具有马氏体时效钢的所有优点外,由于含有铬,因此比马氏体时效钢具有更好的耐腐蚀性和防锈性。与马氏体沉淀硬化不锈钢相比,该钢由于含碳量低且主要以金属间化合物强化,因此具有更好的耐蚀性、焊接性、冷热加工性、低温韧性和强韧性协调性。与半奥氏体沉淀硬化不锈钢相比,生产中虽然要求高纯净度和高均匀性,但一般要求化学成分范围较宽,热处理简单,一般不需要调整加工和低温处理。与奥氏体沉淀硬化不锈钢相比,室温强度几乎提高一倍,时效温度低,时效时间短,中温性能良好,但高低温性能较低,其耐腐蚀性能也很穷。

3.冷作硬化不锈钢

冷作硬化不锈钢主要是奥氏体不锈钢,在室温和中温下具有较高的强度,适当的韧性,良好的耐腐蚀性,良好的焊接性,无焊接裂纹的风险。能承受再结晶温度以上的短期载荷,成形性较差。当超过 427°C 时,其强度显着下降钢结构抗拉强度,从而限制了其使用。其性质包括各向异性和包辛格效应,消除应力回火后可降低包辛格效应。

2、高强度不锈钢的应用

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二战期间,为了满足武器装备对高强度、耐腐蚀材料的需求,高强度不锈钢得到迅速发展和应用。在此背景下发展起来的高强度不锈钢主要应用于航空、航天、船舶、兵器等兵器领域。广泛应用于设备中。例如,波音767飞机起落架的上下拉杆均采用15-5PH钢,以及XB70战斗机主承载轴承、大型锻件和C5A、C17发动机设备也采用15-5PH钢零件和货舱;飞机上、下扭力臂采用PHl3-8Mo钢。

随着我国国民经济的快速发展,该类钢材也得到了广泛的民用。例如,我国火电机组最终长叶片材料采用17-4PH钢。欧美国家已采用中档刀片材料15-5PH和Custom450,日本也采用高端刀片材料PHl3-8Mo。另外,我国水电站水轮机转轮材料采用00Cr13Ni5Mo高强耐磨不锈钢钢结构抗拉强度,高端牌号采用0Cr16Ni5Mo钢。再比如高强度不锈钢,它的强度和硬度都很高,对人体无害。因此,这种材料也广泛应用于医疗器械中的工具。例如,骨科手术中使用的骨锯、铰刀采用17-4PH材质,刀片采用PH17-7A1材质等。

综上所述

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高强度不锈钢以其高强度与良好的韧性相匹配,并具有不锈钢的耐腐蚀性。受到了国内外的普遍关注和充分重视。从未来发展趋势来看,高强度不锈钢将为军民融合制造业提供源源不断的新材料支撑。

参考

[1]中国冶金百科全书《金属材料卷》编委会主编、主编。中国冶金百科全书·金属材料。北京:冶金工业出版社。 2001 年。第 284-286 页。

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[2]宋伟顺,赵显存,马金平。高强度不锈钢的进展与展望[A].中国金属学会特殊钢分会.第九届全国不锈钢年会论文集[C].

 
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