主题：【求购】航空航天用超高强度钢的现状与发展

摘要 文中主要介绍了典型Ni-Co-Mo-Ti系和Ni-Mo-Ti无Co马氏体时效钢及Ni-Co-Mo-Cr系二次硬化钢等航空航天钢化学成分、力学性能，介绍了超高强度钢最新研究动态。
关键词 马氏体时效钢，二次硬化钢，T250，F206，23CoNi合金超高强度钢是在室温条件下抗拉强度大于1400MPa〈1〉〈2〉 〈3〉，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〈1〉〈3〉〈4〉及正在探索和研究的复合强化型（沉淀强化、二次硬化和时效强化复合强化）的超高强度钢。
五十年代末期我国开始研究超高强度钢〈5〉〈6〉，经过几十年的努力，已形成以40Cr2Si2Ni2MoVA为代表的低合金超高强度钢；1700—2500MPa的Ni-Co-Mo-Ti系列马氏体时效钢和Ni-Mo-Ti系列无Co马氏体时效钢〈7〉 〈8〉；1700—2000MPa、K1C100—210MPa 的C-Ni-Co-Cr-Mo系列二次硬化型超高强度钢〈9〉〈10〉和正在研究的二次硬化型超高强度不锈钢（σb≥1900MPa、K1C≥100MPa ）、复合强化型超高强度钢（σb≥2200MPa,K1C≥90MPa ）。超高强度钢已在航空航天及军工尖端领域得到广泛应用。

1 超高强度钢的研发基础

    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：采用电炉+炉外精炼试制出18%Ni马氏体时效钢用超纯铁C≤0.01%、Mn、Si≤0.05%、S≤0.0015%、P≤0.005%；二次硬化钢用超纯铁Si、Mn≤0.03%、S≤0.001%、P≤0.003%、Al、Ti≤0.005%。2、VIM+VAR低偏析、高均质化的熔炼技术改变了传统的冶炼工艺方法，获得了成分均匀、组织细密的钢锭。熔炼技术创新，使马氏体时效钢的强度、塑韧性得到改善，F206二次硬化钢断裂韧性提高了30MPa 。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。先后研制出TM210、T250、C300、C350马氏体时效钢、F206、23NiCo合金二次硬化钢。

2    低合金超高强度钢

低合金超高强度钢广泛用于飞机起落架、轴、梁，目前我国已形成Cr-Ni-Mo-(V) 、Cr-Mn-Si-(Ni)、Cr-Mn-Si-Ni-Mo-(V)、Cr-Ni-W-(Mo)-V系列。
航空用超高强度钢主要钢种有：30CrMnSiNi2A、40SiMnCrMoVA、35Cr2Ni4MoA(E)、40Si2CrNi2MoVA(300M)、40CrNi2MoA。
VIM+VAR生产的30CrMnSiNi2A经热处理后可获得σb1680-1750MPa、δ10-14%、ψ40-53%、Ak60-90J、K1c100-130MPa ，是目前飞机起落架、轴、梁的主力钢种。
40Si2MnCrNi2MoVA钢的力学性能可达到σb1870-2080MPa、σ0.21570-1800MPa、 δ10-13%、ψ32-40%、Ak40-70J、K1c70-85MPa  ，该钢优异的性能已广泛用于新型战机起落架。
35Cr2Ni4MoA钢是一种新型超高强度钢，该钢经淬火加高温回火处理，可获得高强度或超高强度并具有高的塑、韧性，该钢淬透性很高，适用于大截面、承受疲劳载荷的关键部件，如轴、接头、螺栓、起落架等。
                                                                           
3    超低碳马氏体时效钢

18%Ni马氏体时效钢具有很高的屈服强度，屈强比≥95%，承载能力强；焊接不需预热和焊后处理，膨胀系数低，热处理变形小，无冷加工硬化现象，没有脱碳问题，热处理工艺简单，在相同的强度级别K1c比低合金钢要高。我国马氏体时效钢已用于核工业、火箭发动机壳体、高质量模具、弹簧、齿轮、轴类等高精度受力零部件。
我国六十年代始研制马氏体时效钢，到目前为止已形成1700-2500MPa不同级别十余个钢种，实现了工业化生产，尤其九五年以来研制了C300、C350和T250、T300无Co马氏体时效钢,C+Si+Mn+S+P+O+N比九O年前生产的马氏体时效钢降低50PPm以上,C350、CM-1、TM210钢强度提高了50MPa，ψ提高了2-5%,Ak提高了4-6J。马氏体时效钢化学成分与力学性能见表1、表2：

化学成分  （%）                                            表1

元素
钢种    代号    C    Mn    Si    S    P    O ppm    N ppm    Ni    Co    Mo    Ti
T250    15    0.005    0.02    0.03    0.0010    0.006            19.45        3.07    1.50
F141    42    0.005    0.01    0.01    0.0010    0.005            17.80    7.62    5.00    0.42
TM210    57    0.004    0.004    0.04    0.0013    0.0025    8    6    18.00    10.2    4.48    0.89
C300    58    0.006    0.02    0.02    0.001    0.005            18.20    9.10    5.09    0.70
C350    59    0.004    0.03    0.05    0.001    0.006    8    10    18.17    12.6    5.0    1.3


力学性能                                          表2

性能
钢种    代号    σ0.2 MPa    σb MPa    δ %    Ψ %    Ak(J)    HRC    K1cMPa

T250    15    1780
1820    1860
1910    14
15    52
53        51
52    95
85
F141    42    1810
1850    1880
1930    13
12    51
53        50
52   
TM210    57    1940
1990    2040
2090    10
11    51
58    31
42    52    70
75
C300    58    1940
2100    2020
2240    11
13    29
    24
40    53    69
71
C350    59    2380    2460    8.5    55    25    59    43

18Ni马氏体时效钢以Co、Mo、Ti为强化元素，固溶状态是高密度位错马氏体基体，时效过程析出Ni3(TiMo)强化相，析出相与基体保持共格、半共格关系，实现强韧化。
    钴固溶于基体，起固溶强化作用，降低钼在马氏体基体内的固溶度，促进Fe2Mo、Ni3Mo弥散强化相析出。无钴马氏体时效钢没有钴钼的交互作用，钼强化相降低，强化效果减弱。钛是马氏体时效钢中最佳的强化元素<b>,时效析出Ni3Ti.无钴马氏体时效钢增加钛含量，弥补强度降低。
94年研制了T250无钴马氏体时效钢，生产统计结果表明T250与C250钢相比，Ni含量提高了1%，Mo降低2%，Ti提高了1%。强度、韧性基本相当，σs、δ略有降低，K1C达90MPa 。T250马氏体时效钢已在航天得到普遍认可，是制造火箭发动机壳体的最理想的材料。
   
4  二次硬化钢
 
七十年代C.D.Little等人在HY180的基础上开发了AF1410钢，其设计思想是增加C、Co含量，增加钢的强度和二次硬化效果，时效后钢的强度可达1620MPa，K1c≥150MPa 。
九二年由Carpenter公司在AF1410的基础上通过调整强化元素的含量，提高强韧化效果，研制出Aermet100钢，σb≥1930MPa, K1c≥110MPa ,其良好的强韧性、抗应力腐蚀性能取代了300M钢在载舰机起落架得到应用。
为追求更高的焊接性能和高强度、更高韧性与抗应力腐蚀性能，八五期间由钢院牵头组织攻关研制了16Co14Ni10Cr2Mo(F206)钢，并成功用于某飞机平尾轴。
F206钢是在固溶处理获得高密度位错马氏体基体中析出弥散的M2C强化相，引起钢二次硬化，达到强韧性最佳配合的新型高强钢〈11〉〈12〉〈13〉〈14〉，采用VIM+VAR熔炼工艺，纯洁度要求：Si、Mn<0.1%、S≤0.005%、P≤0.005%、Al、Ti≤0.015%、N≤15ppm、O≤20ppm。锻造Ф140棒材，要求晶粒度≥8级，非金属夹杂物1级视场数不能超过8个，力学性能σb≥1620MPa、σ0.2≥1480MPa、δ≥12%、ψ≥60%、K1c≥143 MPa 。采用全新双真空冶炼工艺，生产出高纯度Ф406钢锭，化学成分〈14〉