中國(guó)成功研發(fā)出2000兆帕級(jí)新材料
時(shí)間:2024-04-24 12:45來(lái)源:德松官網(wǎng) 作者:德松模具鋼
近日美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)道了中國(guó)發(fā)明了一種超級(jí)鋼材，實(shí)現(xiàn)了鋼鐵材料在屈服強(qiáng)度超過(guò)2000兆帕?xí)r延展性的巨大提升！這讓中國(guó)鋼材真正硬了起來(lái)！
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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(duì)于耐外壓（潛艇），主要是看屈服強(qiáng)度，美國(guó)的HY130鋼是890MPa（1963年），法國(guó)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(jí)別的鋼材，在材料科學(xué)上，中國(guó)是徹徹底底的第三世界。
美國(guó)通過(guò)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(guó)在航天飛機(jī)上加工出了鋁鉛合金。
近日美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)道了中國(guó)發(fā)明了一種超級(jí)鋼材，實(shí)現(xiàn)了鋼鐵材料在屈服強(qiáng)度超過(guò)2000兆帕?xí)r延展性的巨大提升！這讓中國(guó)鋼材真正硬了起來(lái)！
眾所周知，目前家用轎車(chē)的承載式車(chē)身的主要結(jié)構(gòu)部位都會(huì)采用高屈服強(qiáng)度鋼材，不過(guò)在汽車(chē)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(shí)的極限 ，大于這個(gè)強(qiáng)度的外力作用將使材料永久變形。如何通過(guò)工業(yè)上常用的加工工藝 ，獲得同時(shí)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(guó)最新發(fā)明的超級(jí)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(jí)鋼是成分簡(jiǎn)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(jiàn)的合金元素，并沒(méi)有通過(guò)大量使用昂貴的合金元素來(lái)提高強(qiáng)韌性。
第二：該鋼是通過(guò)工業(yè)界廣泛使用的加工工藝來(lái)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)模化工業(yè)生產(chǎn)的特殊加工工藝來(lái)制備，因此，這種超級(jí)鋼具備在鋼鐵企業(yè)進(jìn)行百噸級(jí)規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的潛力。
超級(jí)鋼之所以性能優(yōu)越，是因?yàn)樗麄冊(cè)阡摬闹幸敫呙芏鹊目蓜?dòng)位錯(cuò)，位錯(cuò)是鋼材變形時(shí)在鋼材內(nèi)部形成的缺陷。教科書(shū)中的經(jīng)典理論認(rèn)為，位錯(cuò)越多，強(qiáng)度確實(shí)會(huì)顯著提高，但這些位錯(cuò)會(huì)相互糾纏導(dǎo)致位錯(cuò)無(wú)法運(yùn)動(dòng)，因此延展性就會(huì)顯著降低。而他們通過(guò)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(dòng)位錯(cuò)，同時(shí)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(jí)鋼，該試驗(yàn)線具備現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)線所沒(méi)有的軋制能力。如果要工業(yè)化生產(chǎn)，仍需要對(duì)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(shí)效鋼改變以往對(duì)大量的鈷、鈦和鉬等昂貴合金元素的需求，以鋁和碳等常見(jiàn)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(shí)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(guó)防安全和高速列車(chē)等國(guó)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(shí)效鋼，過(guò)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(guò)復(fù)雜苛刻而嚴(yán)格的冶煉和熱處理工藝，價(jià)格昂貴，一般僅限用于火箭發(fā)動(dòng)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(lái)的研究熱點(diǎn)，強(qiáng)度極限化更是業(yè)內(nèi)一直追求的夢(mèng)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(guó)研發(fā)的超高強(qiáng)馬氏體時(shí)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(dòng)了高性能特殊鋼研發(fā)熱潮。
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