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中国成功研发出2000兆帕级新材料

时间:2023-12-28 13:35来源:德松官网 作者:德松模具钢
近日美国《科学》杂志上报道了中国发明了一种超级钢材,实现了钢铁材料在屈服强度超过2000兆帕时延展性的巨大提升!这让中国钢材真正硬了起来!
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金属的弯曲强度(屈服强度)通常只有拉伸强度的1/3,而对于耐外压(潜艇),主要是看屈服强度,美国的HY130钢是890MPa(1963年),法国的HLES100钢达到了980MPa,日本的NS110钢已达到了 1000MPa,苏联也有1175级别的钢材,在材料科学上,中国是彻彻底底的第三世界。
 
美国通过在零重力的空间站进行材料实验,研发出一些列新材料,的一些特殊材料比同质量的钻石都贵!烧结的条件就是需要零重力,空间加工不但能得到良好的单晶,而且可以生产出地面难混和偏晶的合金,美国在航天飞机上加工出了铝铅合金。
 
近日美国《科学》杂志上报道了中国发明了一种超级钢材,实现了钢铁材料在屈服强度超过2000兆帕时延展性的巨大提升!这让中国钢材真正硬了起来!
 
众所周知,目前家用轿车的承载式车身的主要结构部位都会采用高屈服强度钢材,不过在汽车行业,通常900兆帕以上的屈服强度就已经算是很高的标准了。屈服强度是金属材料发生屈服现象时的极限 ,大于这个强度的外力作用将使材料永久变形。如何通过工业上常用的加工工艺 ,获得同时具有超高强度和高延展性的金属材料,在科学界和工业界一直是有高度挑战性的研发目标。
 
北京科技大学罗海文教授告诉记者,我国最新发明的超级钢达到了前所未有的2200兆帕的屈服强度和16%的均匀延伸率,具有最优的强度和延展性的结合。该钢还有两大优点。
 
第一:成本较低。这种超级钢是成分简单的中锰钢成分体系,含有锰(Mn)10.00、碳(C) 0.47、铝(Al)2.00、钒(V) 0.7,这些都是现在广泛使用的钢材料中常见的合金元素,并没有通过大量使用昂贵的合金元素来提高强韧性。
第二:该钢是通过工业界广泛使用的加工工艺来制备,如热轧、冷轧、热处理等常规工业制备工艺,而不是采用那些难以规模化工业生产的特殊加工工艺来制备,因此,这种超级钢具备在钢铁企业进行百吨级规模工业化生产的潜力。
 
超级钢之所以性能优越,是因为他们在钢材中引入高密度的可动位错,位错是钢材变形时在钢材内部形成的缺陷。教科书中的经典理论认为,位错越多,强度确实会显著提高,但这些位错会相互纠缠导致位错无法运动,因此延展性就会显著降低。而他们通过采用新的成分体系加上结合使用多种制备工艺,在钢中产生大量可动位错,同时实现了超高强度和高延展性。

目前依托北京科技大学中的试验线试制出该超级钢,该试验线具备现今工业生产线所没有的轧制能力。如果要工业化生产,仍需要对现有钢铁企业的相关设备进行技术改造,并不能马上直接生产。这种高密度纳米强化的超高强度马氏体时效钢改变以往对大量的钴、钛和钼等昂贵合金元素的需求,以铝和碳等常见的“平民”元素,利用不同的强化机理,使用高密度纳米析出强化钢材,不但成本降低,而且抗拉强度达到2200兆帕,同时塑性不低于8%,大幅度提高了高强钢铁材料的综合性能。
 
在航空航天、新能源、先进装备制造、国防安全和高速列车等国家重大高新技术领域,这种高端的超高强钢均有重大需求。特殊钢料的强者是马氏体时效钢,过去,主要在于这种钢铁材料中含有大量的钴、钛和钼等贵重合金元素,还要经过复杂苛刻而严格的冶炼和热处理工艺,价格昂贵,一般仅限用于火箭发动机壳体、飞机起落架和关键联接件等航空航天及深海技术中重要结构件。
 
钢铁材料的性能极限化研究是近年来的研究热点,强度极限化更是业内一直追求的梦想。业内人士普遍认为,进一步提高钢铁强度、塑型与韧性非常困难,中国研发的超高强马氏体时效钢强度突破2000兆帕仍具有良好的塑性,而且合金化成本低,为高性能钢铁材料研发提供了创新思维,再次推动了高性能特殊钢研发热潮。
德松模具钢供稿
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