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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(xué)》雜志上報道了中國發(fā)明了一種超級鋼材,實(shí)現(xiàn)了鋼鐵材料在屈服強(qiáng)度超過2000兆帕?xí)r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(qiáng)度(屈服強(qiáng)度)通常只有拉伸強(qiáng)度的1/3,而對于耐外壓(潛艇),主要是看屈服強(qiáng)度,美國的HY130鋼是890MPa(1963年),法國的HLES100鋼達(dá)到了980MPa,日本的NS110鋼已達(dá)到了 1000MPa,蘇聯(lián)也有1175級別的鋼材,在材料科學(xué)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(jìn)行材料實(shí)驗(yàn),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(jī)上加工出了鋁鉛合金。
 
近日美國《科學(xué)》雜志上報道了中國發(fā)明了一種超級鋼材,實(shí)現(xiàn)了鋼鐵材料在屈服強(qiáng)度超過2000兆帕?xí)r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(qiáng)度鋼材,不過在汽車行業(yè),通常900兆帕以上的屈服強(qiáng)度就已經(jīng)算是很高的標(biāo)準(zhǔn)了。屈服強(qiáng)度是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時的極限 ,大于這個強(qiáng)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(qiáng)度和高延展性的金屬材料,在科學(xué)界和工業(yè)界一直是有高度挑戰(zhàn)性的研發(fā)目標(biāo)。
 
北京科技大學(xué)羅海文教授告訴記者,我國最新發(fā)明的超級鋼達(dá)到了前所未有的2200兆帕的屈服強(qiáng)度和16%的均勻延伸率,具有最優(yōu)的強(qiáng)度和延展性的結(jié)合。該鋼還有兩大優(yōu)點(diǎn)。
 
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(qiáng)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(jìn)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?yàn)樗麄冊阡摬闹幸敫呙芏鹊目蓜游诲e,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(rèn)為,位錯越多,強(qiáng)度確實(shí)會顯著提高,但這些位錯會相互糾纏導(dǎo)致位錯無法運(yùn)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(shí)現(xiàn)了超高強(qiáng)度和高延展性。

目前依托北京科技大學(xué)中的試驗(yàn)線試制出該超級鋼,該試驗(yàn)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(jìn)行技術(shù)改造,并不能馬上直接生產(chǎn)。這種高密度納米強(qiáng)化的超高強(qiáng)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(qiáng)化機(jī)理,使用高密度納米析出強(qiáng)化鋼材,不但成本降低,而且抗拉強(qiáng)度達(dá)到2200兆帕,同時塑性不低于8%,大幅度提高了高強(qiáng)鋼鐵材料的綜合性能。
 
在航空航天、新能源、先進(jìn)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(qiáng)鋼均有重大需求。特殊鋼料的強(qiáng)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(fù)雜苛刻而嚴(yán)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(jī)殼體、飛機(jī)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(diǎn),強(qiáng)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(rèn)為,進(jìn)一步提高鋼鐵強(qiáng)度、塑型與韌性非常困難,中國研發(fā)的超高強(qiáng)馬氏體時效鋼強(qiáng)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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