一、超高強(qiáng)度鋼

　　“超高強(qiáng)度鋼”的定義是相對(duì)于時(shí)代要求的技術(shù)進(jìn)步程度而在變化的。一般講，屈服強(qiáng)度在1370 MPa（140kgf/mm2）以上，抗拉強(qiáng)度在1620 MPa（165kgf/mm2）以上的合金鋼稱超高強(qiáng)度鋼。

 

　　分類：

 

　　按其合金化程度和顯微組織分為低合金中碳馬氏體強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼、中合金中碳二次沉淀硬化型超高強(qiáng)度鋼、高合金中碳Ni—Co型超高強(qiáng)度鋼、超低碳馬氏體時(shí)效硬化型超高強(qiáng)度鋼、半奧氏體沉淀硬化型不銹鋼等。

 

　　1.低合金

 

　　低合金中碳馬氏體強(qiáng)化型超高強(qiáng)度鋼（MART）是在低合金調(diào)質(zhì)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，合金元素總量一般不超過(guò)6%。主要牌號(hào)包括傳統(tǒng)的鎳鉻鉬調(diào)質(zhì)鋼4340（40CrNiMo），碳含量0.45%的鎳 鉻 鉬 釩 鋼D6AC（45CrNiMoV），碳含量0.30%的鉻 錳 硅 鎳 鋼（30CrMnSiNi2A），在4340鋼基礎(chǔ)上通過(guò)加入硅（1.6%）和釩（0.1%）而研制成的300M鋼（43CrNiSiMoV）以及不含鎳的硅錳鉬釩或硅錳鉻鉬釩等。通過(guò)真空熔煉降低鋼中雜質(zhì)元素含量，改善鋼的橫向塑性和韌性，由于鋼中合金元素含量較低，成本低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，廣泛用于飛機(jī)大梁、起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)軸、高強(qiáng)度螺栓、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和化工高壓容器等。

 

　　2.中合金

 

　　中合金中碳二次沉淀硬化型超高強(qiáng)度鋼是從5%Cr型模具鋼移而來(lái)的。由于它在高溫回火狀態(tài)下有很高的強(qiáng)度和較滿意的塑性和韌性，抗熱性好，組織穩(wěn)定，用于飛機(jī)起落架、火箭殼體等。典型鋼種為H11和H13等。其主要成分為：C 0.32%--0.45%；Cr 4.75%--5.5%；Mo 1.1%--1.75%；Si 0.8%--1.2%。

 

　　3.高合金

 

　　高合金中碳Ni—Co（9Ni--4Co--××）型超高強(qiáng)度鋼，是在具有高韌性、低脆性轉(zhuǎn)變溫度的9%Ni型低溫鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在9%Ni鋼中添加鉆是為了提高鋼的Ms（馬氏體轉(zhuǎn)變）溫度，減少鋼中的殘余奧氏體，同時(shí)，鉆在鎳鋼中起固溶強(qiáng)化作用，還通過(guò)加鉆來(lái)獲得鋼的自回火特性，從而使這類鋼具有優(yōu)良的焊接性能。碳在這類鋼中起強(qiáng)化作用。鋼中還含有少量鉻和鉬，以便在回火時(shí)產(chǎn)生彌散強(qiáng)化效應(yīng)。主要牌號(hào)有HP9-4-25，HP9-4-30，HP9-4-45以及改型的AF1410（0.16%C-10%Ni-14%Co-1%Mo-2%Cr-0.05%V）等。這類鋼綜合力學(xué)性能高。抗應(yīng)力腐蝕性好，具有良好的工藝性能和焊接性能，廣泛用于航空、航天和潛艇殼體等產(chǎn)品上。

 

　　4.超低碳

 

　　超低碳馬氏體時(shí)效硬化型超高強(qiáng)度鋼，通常稱馬氏體時(shí)效鋼。鋼的基體為超低碳的鐵鎳或鐵鎳鈷?cǎi)R氏體。其特點(diǎn)是，馬氏體形成時(shí)不需要快冷，可變溫及等溫形成；具有體心立方結(jié)構(gòu)；硬度約為HRC20，塑性很好；再加熱時(shí)不出現(xiàn)像在低碳馬氏體中發(fā)生的回火現(xiàn)象，并有很大的逆轉(zhuǎn)變溫度遲滯，因而可以在較高溫度進(jìn)行馬氏體基體內(nèi)的時(shí)效硬化。在這樣的高鎳馬氏體中含有能引起時(shí)效強(qiáng)化的合金元素，借助于時(shí)效強(qiáng)化，從過(guò)飽和的馬氏體中析出彌散分布的金屬間化合物，使鋼獲得高強(qiáng)度和高韌性。按鎳含量，馬氏體時(shí)效鋼分為25%Ni、20%Ni、18%Ni和12%Ni等類型。18%Ni型應(yīng)用較廣，為含有鉬、鈦等強(qiáng)化原素的超低碳鐵-鎳（18%）-鉆（8.5%）合金，包括3個(gè)牌號(hào)：18%Ni（200）、18%Ni（250）、和18%Ni（300）（200、250、300為抗拉強(qiáng)度等級(jí)，單位為Ksi）。這種鋼是通過(guò)金屬間化合物的析出使鋼強(qiáng)化。借無(wú)碳的馬氏體基體取得高塑性，很后達(dá)到很高的強(qiáng)度塑性配合。這類鋼具有良好的成形性能、焊接性能和尺寸穩(wěn)定性，熱處理工藝也較簡(jiǎn)單，用于航空、航天器構(gòu)件和冷擠、冷沖壓模具等。

 

　　5.半奧氏體

 

　　半奧氏體沉淀硬化型不銹鋼是一類高合金的超高強(qiáng)度鋼，如常見的17-7PH（OCr17Ni7Al）、PH15-7Mo（OCr15Ni7Mo2Al）和AFC-77（15Cr15Mo5Co14V）等。這類鋼經(jīng)固溶化處理，冷卻到室溫為奧氏體組織，再經(jīng)過(guò)冷加工、冷處理或者加熱到750℃進(jìn)行調(diào)整處理后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。很后在400-550℃時(shí)效，便得到在回火馬氏體基體上彌散分布著第二相強(qiáng)化組織的超高強(qiáng)度鋼。這類鋼在315℃以上長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，會(huì)因?yàn)榻饘匍g化合物沉淀而使材料變脆，所以使用溫度要限制在315℃以下。這類鋼主要用于制造航空器件構(gòu)件、高壓容器和高應(yīng)力腐蝕化工設(shè)備零件等。

 

　　二、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼

　　先進(jìn)高強(qiáng)度鋼，也稱為高級(jí)高強(qiáng)度鋼，其英文縮寫為AHSS（Advanced High Strength Steel）。國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)（ IISI） 先進(jìn)高強(qiáng)鋼應(yīng)用指南第三版中將高強(qiáng)鋼分為傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼（Conventional HSS） 和先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS） 。傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼主要包括碳錳鋼（C -Mn）、烘烤硬化（BH） 鋼、高強(qiáng)度無(wú)間隙原子（HSS -IF） 鋼和高強(qiáng)度低合金（HSLA） 鋼；AHSS 主要包括雙相鋼（DP）、相變誘導(dǎo)塑性（TRIP） 鋼、馬氏體（M） 鋼、復(fù)相鋼（CP）、熱成形（HF） 鋼和孿晶誘導(dǎo)塑性（TWIP） 鋼；AHSS的強(qiáng)度在500MPa到1500MPa之間，具有很好吸能性，在汽車輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)，主要應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件、安全件和加強(qiáng)件如A/B/C柱、車門檻、前后保險(xiǎn)杠、車門防撞梁、橫梁、縱梁、座椅滑軌等零件；DP鋼很早于1983年由瑞典SSAB鋼板有限公司實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

 

　　分類：

 

　　1.雙相鋼

 

　　雙相鋼組成是鐵素體基體包含一個(gè)堅(jiān)硬的第二相馬氏體。通常強(qiáng)度隨著第二相的體積分?jǐn)?shù)的增加而增加。在某些情況下，熱軋鋼需要在邊緣提高抗拉強(qiáng)度（典型的措施是通過(guò)空穴的擴(kuò)張能力），這樣熱軋鋼便需要具有了大量的重要的貝氏體結(jié)構(gòu)。

 

　　在雙相鋼中，在實(shí)際冷卻速度中形成的馬氏體中的碳式鋼的淬硬性增加。錳、鉻、鉬、釩、和鎳元素單獨(dú)添加或聯(lián)合添加也能增加鋼的淬硬性。碳、硅和磷也加強(qiáng)了作為鐵素體溶質(zhì)的馬氏體的強(qiáng)度。

 

　　2.高強(qiáng)度及高延性鋼（TRIP）

 

　　高強(qiáng)度及高延性鋼的微觀組織是在鐵素體基體中還保留著殘余奧氏體組織。除了體積分?jǐn)?shù)至少為5%的殘余奧氏體外，還存在著不同數(shù)額的馬氏體和貝氏體等堅(jiān)硬組織。

 

　　3.多相鋼

 

　　具有代表性的多相鋼需要很高的抗拉強(qiáng)度專業(yè)才能轉(zhuǎn)變成鋼。多相鋼的組成是有細(xì)小的鐵素體組織和體積分?jǐn)?shù)較高的堅(jiān)硬的相，并且細(xì)小的沉淀使其強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)。和雙相鋼和高強(qiáng)度、高延性鋼一樣，多相鋼也包含了很多和它們相同的合金元素，但也經(jīng)常有少量的鈮、鈦、和釩形成細(xì)小的、高強(qiáng)度的沉淀物。在抗拉強(qiáng)度值在800MPa或更高時(shí)，多相鋼表現(xiàn)出了更高的屈服強(qiáng)度。多相鋼的典型特征是具有高的成形性、很高的能量吸收和很高的殘余變形能力。

 

　　4.馬氏體鋼

 

　　為了生成馬氏體鋼，在熱軋或退火中存在的奧氏體在淬火和連續(xù)退火曲線中的冷卻階段全部轉(zhuǎn)變成馬氏體。該結(jié)構(gòu)也會(huì)在成形后的熱處理過(guò)程中形成。馬氏體鋼具有非常高的強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度專業(yè)達(dá)到了1700MPa。馬氏體鋼經(jīng)常需要用等溫回火來(lái)提高其韌性，這樣便能在具有很高的強(qiáng)度的同時(shí)具有很好的成形性。

 

　　先進(jìn)高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)

 

　　所有的先進(jìn)高速鋼的生產(chǎn)都要控制奧氏體相或奧氏體加鐵素體相的冷卻速度，可以在外圍表面進(jìn)行熱磨削（如熱軋產(chǎn)品），也可以在連續(xù)退火爐中局部冷卻（連續(xù)退火或熱浸涂產(chǎn)品）。馬氏體鋼是通過(guò)快速淬火致使大部分奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體相而產(chǎn)生的。鐵素體加馬氏體雙相鋼的生產(chǎn)，是通過(guò)控制其冷卻速度，使奧氏體相（見于熱軋鋼中）或鐵素體+馬氏體雙相（見于連續(xù)退火和熱浸涂鋼中）在殘余奧氏體快速冷卻轉(zhuǎn)變成馬氏體之前，將其中一些奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體。TRIP鋼通常需要保持在中溫等溫的條件以產(chǎn)生貝氏體。較高的硅碳含量使TRIP鋼在很后的微觀結(jié)構(gòu)含過(guò)多的殘余奧氏體。多相鋼還遵循一個(gè)類似的冷卻方式，但這種情況之下，化學(xué)元素的調(diào)整會(huì)產(chǎn)生很少的殘余奧氏體并形成細(xì)小的析出以加強(qiáng)馬氏體和貝氏體相。