只有美国和中国拥有的超高强度钢,究竟是啥?


每当飞机起飞时,是哪个“大力士”支撑着这个“庞然大物”在跑道上颠簸,积蓄了足够的能量后腾空而起?当飞机着陆时, 又靠哪个 “大力士” 吸收震动能量, 使飞机能从震颤中平稳落地?

这个 “大力士”就是起落架。它之所以这么厉害,是因为其身体是由一种叫作超高强度钢的材料制成的。

飞机起落架是用超高强度钢制成的

什么是超高强度钢?

超高强度钢的研究、应用只有70来年的时间,是钢家族中的年轻成员。但是,不是随便什么钢都可以称为超高强度钢的,只有抗拉强度大于 1800MPa、屈服强度大于 1400MPa,且兼有良好的塑性、韧性,才能进入超高强度钢团队。

超高强度钢是当今世界上使用强度最高的金属结构材料,它是一个国家材料水平、冶金技术水平的标志,如今,只有美国和中国拥有超高强度钢。超高强度钢还是制造各种高端机械装备的传动齿轮、轴承、转轴、对接螺栓等关键构件的不可替代的材料。

从 20 世纪 50 年代起,超高强度钢经历了钢种、牌号设计到达极限性能的发展历程,以适应构件轻、体积小、一般环境、潮湿环境和海洋环境服役。如今,超高强度钢的绝对强度、比强度、比刚度均雄踞金属结构材料之首。

超高强度钢极限服役性能

研究超高强度钢的目的在于应用,用得好才是好钢。但是,和其他高强度材料一样,疲劳强度应力集中敏感成为其用做关键构件的障碍,正在经历获得极限服役性能的发展过程。例如,AerMet100 钢的弯曲疲劳强度为 900MPa,但应力集中系数达到4时,弯曲疲劳强度骤降为273MPa,成为一个不敷用材料。

近些年来,中国提出了“材料研制”和“材料应用研究”“两个全过程”概念,并引领材料科学与工程进入了一个发展新时代。

经历“材料应用研究全过程” 后,应力集中系数4的AerMet100 钢构件的弯曲疲劳强度达到900MPa以上,任何应力集中系数下的疲劳强度均可达到和超过 900MPa,抑制了疲劳强度应力集中敏感,获得了极限服役性能,关键构件收到了极限寿命、极限可靠性、极限减重的效果。超高强度钢成为应用技术水平最高、最成熟的金属结构材料。


文 / 赵振业,中国工程院院士;李志

本文选自《知识就是力量》杂志