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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 作者:德松模具鋼
近日美國《科學》雜志上報道了中國發(fā)明了一種超級鋼材，實現了鋼鐵材料在屈服強度超過2000兆帕時延展性的巨大提升！這讓中國鋼材真正硬了起來！
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金屬的彎曲強度（屈服強度）通常只有拉伸強度的1/3，而對于耐外壓（潛艇），主要是看屈服強度，美國的HY130鋼是890MPa（1963年），法國的HLES100鋼達到了980MPa，日本的NS110鋼已達到了 1000MPa，蘇聯也有1175級別的鋼材，在材料科學上，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行材料實驗，研發(fā)出一些列新材料，的一些特殊材料比同質量的鉆石都貴！燒結的條件就是需要零重力，空間加工不但能得到良好的單晶，而且可以生產出地面難混和偏晶的合金，美國在航天飛機上加工出了鋁鉛合金。
 
近日美國《科學》雜志上報道了中國發(fā)明了一種超級鋼材，實現了鋼鐵材料在屈服強度超過2000兆帕時延展性的巨大提升！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構部位都會采用高屈服強度鋼材，不過在汽車行業(yè)，通常900兆帕以上的屈服強度就已經算是很高的標準了。屈服強度是金屬材料發(fā)生屈服現象時的極限 ，大于這個強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度和高延展性的金屬材料，在科學界和工業(yè)界一直是有高度挑戰(zhàn)性的研發(fā)目標。
 
北京科技大學羅海文教授告訴記者，我國最新發(fā)明的超級鋼達到了前所未有的2200兆帕的屈服強度和16％的均勻延伸率，具有最優(yōu)的強度和延展性的結合。該鋼還有兩大優(yōu)點。
 
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)進行百噸級規(guī)模工業(yè)化生產的潛力。
 
超級鋼之所以性能優(yōu)越，是因為他們在鋼材中引入高密度的可動位錯，位錯是鋼材變形時在鋼材內部形成的缺陷。教科書中的經典理論認為，位錯越多，強度確實會顯著提高，但這些位錯會相互糾纏導致位錯無法運動，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合使用多種制備工藝，在鋼中產生大量可動位錯，同時實現了超高強度和高延展性。

目前依托北京科技大學中的試驗線試制出該超級鋼，該試驗線具備現今工業(yè)生產線所沒有的軋制能力。如果要工業(yè)化生產，仍需要對現有鋼鐵企業(yè)的相關設備進行技術改造，并不能馬上直接生產。這種高密度納米強化的超高強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，利用不同的強化機理，使用高密度納米析出強化鋼材，不但成本降低，而且抗拉強度達到2200兆帕，同時塑性不低于8%，大幅度提高了高強鋼鐵材料的綜合性能。
 
在航空航天、新能源、先進裝備制造、國防安全和高速列車等國家重大高新技術領域，這種高端的超高強鋼均有重大需求。特殊鋼料的強者是馬氏體時效鋼，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，還要經過復雜苛刻而嚴格的冶煉和熱處理工藝，價格昂貴，一般僅限用于火箭發(fā)動機殼體、飛機起落架和關鍵聯接件等航空航天及深海技術中重要結構件。
 
鋼鐵材料的性能極限化研究是近年來的研究熱點，強度極限化更是業(yè)內一直追求的夢想。業(yè)內人士普遍認為，進一步提高鋼鐵強度、塑型與韌性非常困難，中國研發(fā)的超高強馬氏體時效鋼強度突破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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