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来源: 未知    作者: 万博体育网站   时间: 2018-08-01 15:36

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  密度低于7.0g/cm3!兴澄特钢开发出的高强高韧低密度钢到底是什么钢?

  日前,由江阴兴澄特种钢铁有限公司与北方材料科学与工程研究院“国家千人计划”团队合作,经过历时3个多月对高强高韧低密度钢的工业化生产技术进行攻关,解决一系列关键技术难题,实现了高强高韧低密度钢产品的工业化制备。目前,已成功轧制不同规格的钢板,板型良好,无损探伤高于工业1级水平。这一重大突破,使我国低密度钢的工业化生产技术处于国际领先水平,具有重大的战略意义。

  据了解,万博体育网站鉴于能源短缺与高安全性要求,钢铁材料的高强韧化与低密度化成为国际研发热点。但是,真正要实现高强高韧低密度钢工业化制备一直是个国际难题。兴澄特钢联合攻关组进行了多方面的研究与攻关,先后解决了材料结构、热处理、生产工艺等技术难题,所生产的高强高韧低密度钢的密度低于7.0g/cm3,比常规钢的密度降低10%~15%,同时具备良好的强韧性,其比强度、比刚度可与钛合金媲美,综合制造成本仅与普通不锈钢相当。此高强高韧低密度钢,在车辆、船舶、航空航天及军事领域的轻量化与安全服役等方面,都有着广泛应用前景。

  其实,早在2015年,韩国浦项科技大学的科学家发现,脆而硬的FeAl型金属间化合物(B2)如果以适当的方式排列分布在高铝低密度钢中,成为强化钢的第二相,就可以同时实现高强度和高延展性,甚至可以和钛合金相媲美。其中的诀窍就是加入5%的镍元素。镍可以催化高铝低密度钢中的纳米尺度的B2颗粒在冷轧钢板的热处理过程中以这种优化的方式分布。镍本身并不能降低钢的密度,所以很长时间以来从未被用于设计低密度钢。

  这项研究结果表明金属间化合物能够被用于优化轻质钢材结构以及其它类似合金的设计,具有突破性的意义。相关论文发表在《Nature》上。

  据韩国媒体报道称,浦项开发的“低密度高强钢”产品已经从2015年7月份开始进行试生产,并力图在未来2—3年之内实现商业化生产。浦项这一新钢种名为“High Specific Strength Steels”(以下简称HS),该钢种密度比普通钢材低15%,却具有普通钢材不可比拟的高强度。在2013年底,浦项以“高强低密度钢板的制造方法”为题申请了国内外专利,在国内外汽车、家具和武器行业引起了广泛关注。据了解,同等大小的钢材比钛或铝要重2—3倍,从强度、韧性、重量等指标来看,钛最为理想,但价格偏高;铝和碳素纤维比钢材的价格低,但是生产效率或加工性却略逊一筹。浦项开发的低密度钢并不是普通的铁—铝合金混合物,而是一种全新的化合物。与钛相比,这一钢材体积更小,但强度却几乎相同,制造成本仅相当于十分之一,价格竞争力优势突出。除了作为汽车轻量化材料使用之外,该产品在未来还有望应用于造船、土木、防弹装甲车、高尔夫用品、无人飞机等领域,前景非常广阔,一旦实现大批量生产,无疑将对整个材料行业产生影响。

  通常的低密度钢成分体系主要有Fe-Mn-Al-C 系、Fe-Mn-Si-Al 系。Fe-Mn-A1-C 系低密度钢的Mn 含量约为5%-30%,Al 为3%-15%,C 为0.1%-1.5%(重量百分比),具有很高的强塑积。与Fe-Mn-Si-Al 系TWIP 钢(成分为高Mn(约20%-30%)、Al(约1.5%-3%)、Si(约2%-3%)、低C(0.4%))室温下的组织是稳定的奥氏体不同,Fe-Mn-Al-C 系低密度钢的密度更低,常温下组织中含有大量k型碳化物(Fe,Mn)3AlC),可以为铁素体、奥氏体、铁素体-奥氏体双相,或者它们的复合相,组织调控难度也较大,生产工艺更繁复。随着层错能增加,其相构成、析出物的类别与形态的不同,应变条件下奥氏体变形机制依次为相变诱导塑性(TRIP)、孪晶诱导塑性(TWIP)和位错滑移/微带/剪切带诱导塑性(DG/MBIP/SIP)等。

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