任何事与物的发生,总有它的发展历程。今天美日来卫浴主编给大家谈到不锈钢,那么钢是怎么形成的呢?
我们总会戏称“不锈钢”是垃圾堆里捡来的发明,故事起于第一次世界大战开始后不久,英国科学家亨利·布里利受英国军械库的委托修理和改进武器。当时,士兵在前线作战中使用的步枪,经过长时间的射击,很快就被磨损了,这不仅降低了射击精度和射程,而且影响了步枪的使用寿命。他首先认为枪管不耐磨,应该用坚硬耐磨的材料制成。
于是布里利开始开发耐磨合金钢。他认为各种金属都有自己的优点。如果几种金属熔合成一种合金,它们可能不容易磨损。他在钢中加入了各种元素,做了很多实验,但都不理想,这让他非常失望。布莱尔测试过的每一块合金,如果磨损不好,他就把它丢在实验室外面的垃圾堆里。随着实验的继续,垃圾堆里的垃圾越来越多,布里利不得不把它清理干净。
在清理垃圾时,布里利的助手看到垃圾堆里的合金钢大部分都生锈了,但有一种合金像镜子一样明亮,没有生锈。助理很惊讶,很快把它捡起来交给了老师。布里利接过闪闪发光的合金钢,仔细看了一会儿,纳闷:这么多合金钢都成了锈疙瘩,为什么没有锈斑?
布里利如获至宝,对这种不锈钢进行了研究和分析。结果表明,该钢含铬量为 12.8%,含碳量为0.24%。他把铬钢分别浸泡在酸、碱和盐溶液中,结果没有锈迹。没有发现耐磨材料,而是无意中发明了“不锈钢”。其性能由耐磨合金钢转变为耐蚀合金钢。
时代演变的选择,普通的不锈钢钢材无法适合国防工业,为了满足航空航天、海洋工程对高性能耐蚀结构钢的需求,美国 CarnegieIllionois钢铁公司于1946年成功研发了第一代马氏体沉淀硬化不锈钢——Stainless W。在Stainless W钢合金体系的基础上,通过加入Cu、Nb元素并去除Al、Ti元素。美国Armco钢铁公司于1948年开发了17-4PH钢,因其良好的强韧性及耐蚀性,除应用于F-15飞机起落架构件外,目前亦广泛应用于制造紧固件及发动机零部件,但其冷变形能力较差。为了减少对横向力学性能不利的高温δ-铁素体,通过降低铁素体形成元素Cr的含量并增加Ni元素含量,研发出了15-5PH钢,该钢克服了17-4PH钢横向塑韧性差的缺点,现已应用于制造舰船及民用飞机等承力部件。
20世纪60年代初,国际镍公司发明了马氏体时效钢,为发展高强度不锈钢引入了马氏体时效强化这一概念,从而拉开了马氏体时效不锈钢发展的帷幕。1961年美国Carpenter Technology公司首先研制了含Mo的马氏体时效不锈钢Custom450;此后,在1967和1973年先后研制了PyrometX-15、Pyromet X-12。在此期间,美国也先后研制了AM363、In736、PH13-8Mo、UnimarCR等;Martin等则分别于1997年和2003年获得了Custom465和Custom475钢的发明专利,并应用在民航飞机上。
英国研发了FV448、520、520(B)、520(S)等高强度不锈钢牌号。德国于1967、1971年研制了Ultrafort401、402等。前苏联除仿制和改进美国钢号外,还独立研究了一系列新钢种,常见的钢有0Х15Н8Ю、0Х17Н5М3、1Х15Н4АМ3、07Х16Н6等以及Co含量较高的钢号,如00Х12К14Н5М5Т、00Х14К14Н4М3Т等。
2002年美国QuesTek公司承担美国国防部战略环境研究与发展计划(SERDP)污染防止项目,通过材料基因组计划设计并开发了新型飞机起落架用超高强度不锈钢Ferrium®S53,于2008年底发表公开AMS5922宇航标准,Ferrium®S53强度约1930MPa,断裂韧度(KIC)达到55 MPa·m1/2以上,在2017年增编入美国的MMPDS主干材料手册中,该材料已经成功应用于美国的A-10战机及T-38飞机,是下一代舰载机起落架的首选材料。
我国从20世纪70年代开始高强度不锈钢的研制工作,典型牌号有00Cr13Ni8Mo2NbTi、00Cr12Ni8Cu2AlNb、00Cr10Ni10Mo2Ti1等10余种[11]。2002年钢铁研究总院设计并研制出一种新型的超高强韧性的不锈钢材料,是我国自主研发并具有自主知识产权的Cr-Ni-Co-Mo合金体系的超高强度不锈钢USS122G,其强度超过1900 MPa,KIC达到90 MPa·m1/2以上[12]。目前该材料已经突破了直径300
mm大规格棒材制备的相关关键技术,在我国航空航天装备制造领域具有广泛的应用前景。
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