超高强度钢的结构与性能研究进展.
新型超高强钢突破2000MPa强度极限
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度， 每平方毫 米可承受 超过 ３ ０ ０ ｋ ｇ 压力 ， 并具超 高耐磨性 及变形 能力 。 领 导 该 研 究 计 划 的 香 港 城 市 大 学 副 校 长 兼机 械 工程 学 讲 座 教 授 吕坚 表 示 ： “ 这 种 材 料 具有 很 大 的 应 用潜 力 ，性 能， 病 人可 因此 避 免 进 行 第 ２ 次手 术 以取 出零 件 。 同时 ， 镁 是 对 身体 有 益 的 元
密度 纳米析 出强化 的超高 强马 氏体 时效钢 。 新 的超高强 钢不但成 本 降低 ， 而且 抗 拉 强度达 到 ２ ２ ０ ０ ＭＰ ａ ， 同时塑性不 低于 ８ ％， 大幅度提 高 了高强钢铁 材料 的综合
性能。
匕 京 钢铁 研究 总 院董 瀚教 授表 示 ， 钢铁 材料 的性 能极 限化研 究是 近年 来 的 研 究 热点 ， 强度 极 限化更是 业 内一直 追求 的梦想 。 业 内普 遍认 为 ， 进一 步提 高钢 铁 强度 与韧性 是 非常 困难 的。 吕昭平 团 队的这一 原创 性成果 创新 纳米 析 出的合
大化 的反 应条 件 及周 期性 变 化。 实验 上， 基于 镧 系元 素相 同条 件 下硼 酸熔 融反 应 中周 期性 变化 的认 识 ， 将 可生
成２ 种 不 同晶格结 构 的镧 系元 素 以相
关， 成 功开 发了 高性 能变形 镁合金 材 料及相 关的 大直 径锭坯 半连 续铸 造技术 和
料 工程实 验室都 时禹研究 员及合作 者 利用第一性 原理密 度泛 函理 论等手段
对 镧系元 素硼酸化 反应 的不 同产物 进
行 了电子 结构与反 应热力学 的理论研 究。 发 现 同一种 镧 系元 素发 生不 同 类
超高强度钢
超高强度钢现在已发展成为应用范围很广的一类重要钢种，如已经大量应用于火箭发动机外壳、飞机起落架、防弹钢板等性能有特殊要求的领域。
随着洁净化、微合金和控轧控冷等先进冶金技术在钢铁企业的逐步推广和应用，钢材的品质得到了大幅度提高，发达国家正在研制相当于目前常用钢材抗拉强度数倍的超高强度钢。
这种钢具有超细化、超洁净、超均质的组织和成分的特征，以及超高强度和超高韧性的特点。
超高强度钢与普通结构钢的强度的界限目前尚无统一规定，习惯上是将室温抗拉强度超过1,400MPa、屈服强度大于1,200MPa 的钢称为超高强度钢。
超高强度钢除了要求其高的抗拉强度外，还要求具有一定塑性和韧性、尽可能小的缺口敏感性、高的疲劳强度、一定的抗蚀性、良好的工艺性能、符合资源情况及价格低廉等。
超高强度钢现在已发展成为应用范围很广的一类重要钢种，如已经大量应用于火箭发动机外壳、飞机起落架、防弹钢板等性能有特殊要求的领域，而且其使用范围正在不断地扩大到建筑、机械制造、车辆和其它军事装备上。
因此，超高强度钢不仅是钢铁材料研究的重要方向，而且具有广阔的应用和发展前景。
超高强度钢的发展超高强度合金钢是为满足某些特殊要求发展起来的，按其物理冶金学特点，超高强度钢大体可以分为低合金超高强度钢、二次硬化超高强度钢和马氏体时效钢。
典型的低合金超高强度钢是AISI 4340 和D6AC；典型的二次硬化型中，合金超高强度钢是HY180 和AF1410，由于马氏体时效钢属高合金钢，在这里将不拟述及。
1.低合金超高强度钢低合金超高强度钢大多是AISI 4130、4140、4330 或4340的改进型钢种。
AISI 4340 是最早出现的低合金超高强度钢，它于1950年开始研究，并于1955年开始用于飞机起落架。
通过淬火和低温回火处理，AISI 4130、4140、4330 或4340钢的抗拉强度均可超过1,500MPa，而且缺口冲击韧性较高。
为了抑制低合金超高强度钢回火脆性，1952年美国国际镍公司开发了300M。
高强钢焊接工艺及接头组织与性能研究
高强钢焊接工艺及接头组织与性能研究摘要高强钢具有高强度、高韧性的优点，被广泛用在液压支架、汽车车壳上。
本文从焊接工艺、焊接接头组织、力学性能等特点对国内外高强钢焊接方面的研究成果进行了综述，得出高强钢焊接接头各个区域的组织与性能不同，在不同焊接规范下相同区域的金相组织基本相似，熔合区因组织不均匀为最薄弱环节，指出防止高强钢热影响区的脆性破坏以及提高钢的韧性是今后高强钢焊接研究的重点。
关键词：高强钢，焊接工艺，组织，力学性能Study on Welding Process and Microstructure and Propertyof High Strength SteelAbstractHigh strength steel with high strength, high toughness advantages, are widely used in hydraulic support, car shell. From aspects of welding process, joint microstructure and mechanical properties of high strength steel welding, the research results of the high strength steel welding at home and abroad were summarized. It indicates that the microstructure and mechanical properties of high strength steel weld joints are different in different regions, while the metallographic structures of the same region are basically similar under different welding parameters, the fusion zone is the weakest area due to the inhomogeneous microstructure. It is pointed out that to prevent the heat affected zone ( HAZ ) from brittle failure and to improve the toughness of the HAZ are the focus of future research on high strength steel welding．Key words：High strength steel, Welding process, organization, Mechanical properties目录摘要 (I)Abstract (II)前言 (1)1. 高强钢的发展状况 (2)1.1 高强钢的生产与发展 (2)1.2 高强钢的性能与分类 (2)1.3 高强钢的应用前景 (5)2. 高强钢焊接研究现状 (6)2.1 激光焊接 (6)2.2 气体保护焊 (7)2.3 电阻点焊 (7)3. 高强钢焊接工艺 (8)4. 高强钢焊接接头组织与性能研究 (9)4.1 焊接接头组织分析 (9)4.2 焊接接头力学性能分析 (10)5. 结语 (10)参考文献 (11)前言高强钢作为21世纪新一代钢铁材料，具有高强度和良好的塑韧性等力学性能，为现代制造业开启了新的发展空间。
高强度钢材钢结构的工程应用及研究进展
高强度钢材钢结构的工程应用及研究进展一、本文概述随着现代工业与建筑技术的飞速发展，高强度钢材钢结构在各类工程项目中的应用越来越广泛。
本文旨在全面综述高强度钢材钢结构的工程应用现状及其研究进展，为相关领域的理论研究和实践应用提供参考。
文章首先简要介绍了高强度钢材的基本特性，包括其高强度、高韧性、良好焊接性和优良的耐腐蚀性等特点。
随后，文章重点分析了高强度钢材在桥梁、高层建筑、海洋工程、石油化工、能源电力等关键工程领域的应用实例，展示了其在提高工程结构性能、节约材料成本、缩短建设周期等方面的显著优势。
本文还综述了高强度钢材钢结构在材料制备、结构设计、施工工艺、耐久性评估等方面的最新研究进展，包括新型高强度钢材的研发、高性能焊接技术的创新、复杂结构体系的分析与设计方法的发展等。
文章最后展望了高强度钢材钢结构未来的发展趋势，包括环保型材料的研发、智能化设计与施工技术的应用、结构健康监测与维护技术的提升等，以期为相关领域的持续发展和创新提供借鉴和指导。
二、高强度钢材钢结构的工程应用随着材料科学技术的不断进步，高强度钢材以其出色的力学性能和优越的经济性，在各类工程结构中得到了广泛的应用。
高强度钢材钢结构的工程应用主要集中在大型桥梁、高层建筑、工业厂房、海洋工程以及能源交通等领域。
在桥梁工程中，高强度钢材因其轻质高强、耐疲劳、耐腐蚀等特点，被广泛应用于大型悬索桥、斜拉桥和拱桥等关键受力部位。
其应用不仅减轻了结构自重，提高了桥梁的跨越能力，而且有效延长了桥梁的使用寿命。
在高层建筑领域，高强度钢材钢结构的应用同样显著。
由于其良好的可塑性和焊接性，可以实现建筑结构的快速安装和灵活设计。
同时，高强度钢材钢结构还具有优良的抗震性能，能够有效抵抗地震等自然灾害的影响，保障建筑的安全性。
在工业厂房的建设中，高强度钢材钢结构以其高效、经济、环保的优势，成为首选的结构形式。
其快速的施工速度和灵活的空间布局，为工业生产的快速部署提供了有力支撑。
超高强度钢研究进展及其在军事上的应用
超高强度钢研究进展及其在军事上的应用随着洁净化、微合金和控轧控冷等先进冶金技术在钢铁企业的逐步推广和应用，钢材的品质得到了大幅度提高，发达国家正在研制相当于目前常用钢材抗拉强度数倍的超高强度钢。
这种钢具有超细化、超洁净、超均质的组织和成分的特征，以及超高强度和超高韧性的特点。
超高强度钢与普通结构钢的强度的界限目前尚无统一规定，习惯上是将室温抗拉强度超过1400MPa、屈服强度大于1200MPa的钢称为超高强度钢。
超高强度钢除了要求其高的抗拉强度外，还要求具有一定塑性和韧性、尽可能小的缺口敏感性、高的疲劳强度、一定的抗蚀性、良好的工艺性能、符合资源情况及价格低廉等。
超高强度钢现在已发展成为应用范围很广的一类重要钢种，如已经大量应用于火箭发动机外壳、飞机起落架、防弹钢板等性能有特殊要求的领域，而且其使用范围正在不断地扩大到建筑、机械制造、车辆和其它军事装备上。
因此，超高强度钢不仅是钢铁材料研究的重要方向，而且具有广阔的应用和发展前景。
超高强度钢的发展超高强度合金钢是为满足某些特殊要求发展起来的，按其物理冶金学特点，超高强度钢大体可以分为低合金超高强度钢、二次硬化超高强度钢和马氏体时效钢。
目前，典型的低合金超高强度钢是AISI4340和D6AC；典型的二次硬化型中，合金超高强度钢是HY180和AF1410，由于马氏体时效钢属高合金钢，在这里将不拟述及。
1低合金超高强度钢低合金超高强度钢大多是AISI4130、4140、4330或4340的改进型钢种。
AISI4340是最早出现的低合金超高强度钢，它于1950年开始研究，并于1955年开始用于飞机起落架。
通过淬火和低温回火处理，AISI4130、4140、4330或4340钢的抗拉强度均可超过1500MPa，而且缺口冲击韧性较高。
为了抑制低合金超高强度钢回火脆性，1952年美国国际镍公司开发了300M。
该钢通过添加了1％～2％的硅来提高回火温度（260～315℃），并可抑制马氏体回火脆性。
高强度钢材钢结构研究进展综述
4、工业厂房：大型石油化工、电力能源等工业厂房采用了高强度钢材钢结 构设计，满足了高大空间、重荷载和高耐久性的要求，提高了工业生产的安全和 效益。
五、研究进展
近年来，高强度钢材钢结构的研究取得了诸多进展，主要包括以下几个方面：
1、高强度钢材的研发：随着钢铁材料的不断发展，高强度钢材的屈服强度 和抗拉强度得到了显著提高，为钢结构的设计和制造提供了更好的选择。
高强度钢材钢结构研究进展综述
目录
01 摘要
03
高强度钢材钢结构的 研究现状
02 引言
04
高强度钢材钢结构的 研究问题与挑战
目录
05 高强度钢材钢结构的 未来研究方向
07 参考内容
06 结论
摘要
高强度钢材钢结构是指采用高强度钢材作为主要构成材料，通过合理的结构 设计、制造和安装，使其具有承载力高、抗震性能好、施工速度快等特点的钢结 构形式。随着高层建筑、桥梁、港口等工程领域的快速发展，高强度钢材钢结构 的应用越来越广泛。本次演示旨在综述高强度钢材钢结构领域的研究现状、问题 以及发展趋势，提出未来的研究方向和建议。
在基础抗震设计方面，研究人员提出了基于性能的抗震设计方法，为高强度 钢材钢结构的地震安全性能提供了理论支持和实践指导。
高强度钢材钢结构抗震研究不足：尽管高强度钢材钢结构抗震研究取得了一 定的进展，但仍存在以下不足之处：
பைடு நூலகம்
1、研究深度不够：目前的研究主要集中在基本构件和简单结构上，对复杂 结构和精细的细节构造的研究尚不充分；
高强度钢材钢结构的研究现状
近年来，国内外学者针对高强度钢材钢结构的研究主要集中在轧制工艺、热 处理工艺、材料选择等方面。在轧制工艺方面，研究者们通过对轧制过程中温度、 轧制速度、变形量等参数的控制，制备出具有优良性能的高强度钢材。在热处理 工艺方面，通过适当的加热和冷却条件，可以获得具有较高强度和良好塑性的高 强度钢材。在材料选择方面，研究者们针对不同的应用场景，选用不同成分的高 强度钢材进行钢结构制造。
高强度汽车大梁钢800L组织和性能研究
高强钢板的车身结构轻量化分析
区域治理综合信息高强钢板的车身结构轻量化分析刘阳 江勇 马新伟眉山中车物流装备有限公司，四川 眉山 620010摘要：汽车车身结构设计和制造业不断发展新材料和新技术以适应轻量化设计的要求。
而具有强度、刚度、抗冲击性、回收使用和低成本等方面综合优势的高强度钢板在车身轻量化设计中得到越来越广泛的关注。
基于此，文章就高强钢板的车身结构轻量化展开了研究，具体内容供大家参考和借鉴。
关键词：高强钢；车身结构；轻量化目前，应用高强度钢板实现车身轻量化和高强度，是车身轻量化三种途径结合的典型应用，对其进行性能研究、热成形性分析和应用高强度钢车身进行结构优化研究，完全符合车身轻量化技术的发展路线。
一、新材料实现车身轻量化车身用钢的种类主要包括普通低碳钢板、高强度钢板、镀层钢板、激光拼焊钢板、不等厚棍轧钢板、夹层钢板等。
高强度钢板的性能为：屈服强度在210以上，因其是经固溶强化、析出强化、晶粒细化强化和组织相变强化，使其屈服强度和抗拉强度均较高，具有抗撞性和抗凹性。
主要包括：碳锰钢、无间隙原子钢、烘烤硬化钢等普通高强度钢；双相钢、相变诱导塑性钢、马氏体刚等先进高强度钢。
因力学性能更均匀、回弹量波动小、更高抗撞性和疲劳寿命，故可降低板厚使汽车轻量化。
主要用于需高强度、刚度、抗撞性的汽车零部件，如防撞梁、车门防撞杆、加强板、悬挂系统和车轮等零部件，但强塑积大于20000Mpa％的超高强度钢板因成形性能差带来在汽车应用上的技术挑战。
二、基于高强度钢板的车身结构多目标优化1 高强度钢板车身结构轻量化优化问题分析随着结构分析能力和手段的不断完善与结构优化设计理论的不断发展，车身结构轻量化优化设计的研究范围已开始从单一方面的准则优化减重发展到考虑车身结构各个性能在内的多目标优化。
因此，需要建立包含多个目标的优化设计函数，合理分配各目标之间的权重，确定优化设计的约束条件和设计变量，并通过多目标优化设计算法的求解，得到同时满足多个性能目标要求的优化求解方案。
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超高强度马氏体时效钢的发展
• 18Ni，20Ni和25Ni，以18Ni系制造最为容易且应用最为广泛 • 20世纪60年代初由国际镍公司(INCO)首先开发出来的。1961~ 1962年间该公司Decker 等人发现,在Fe-Ni马氏体合金中同时加 入Co、Mo可使马氏体时效硬化效果大大提高,并通过调整Co、Mo、 Ti含量得18Ni系马氏体时效钢。 • 到了70年代,日本因开发浓缩铀离心机,对马氏体时效钢进行了 系统、深入的研究。 • 进入80年代以来,作为战略元素Co的资源短缺、价格不断上涨, 无钴马氏体时效钢的研制始于美国,国际镍公司(INCO) 与钨钒 高速工具钢公司(Vasco) 合作, 开发了T-250无钴马氏体时效钢。 • 在20世纪60年代后期又开发了马氏体时效不锈钢。
• 1946年carnagic Illinors公司，第一个发现stainless w不锈钢。 • 1948年，armco steel公司开发了17-4PH和17-7PH,1965年开发了155PH，1968年通过降低cr含量，增加Ni含量研发强度更高的PH13-8Mo 马氏体沉淀硬化不锈钢。 • Martin等人于1997和2003年获得custom465和custom475的专利。 • 近年来，出现了强度超过1900MPa的超高强钢Ferriums53和F863钢
• 高Co-Ni高强度钢从最初的提高碳来增加强度（HP9-4-X系列），到降 碳增钴提高强度和韧性（AF1410），到现在发展的G99， Aermet100,0.2AF1410又回到了以提高碳提高强度，碳含量现在为 0.2%-0.26%，基体由韧性良好的板条状马氏体转变为韧性较差的片状 马氏体，碳含量达到了极限，现在追求的是Cr+Mo和碳的最佳配比， 最希望同时出现碳化物和金属间化合物。第二个方向是通过调整钢的 成分控制逆转变奥氏体的稳定性。利用奥氏体的相变韧化提高钢的韧 性在TRIP 钢和部分奥氏体不锈钢中获得了很大成功。
• • • • •
马氏体时效钢的发展趋向为: (1) 生产超纯净马氏体时效钢, 改进马氏体时效钢组织结构的均匀性; ( 2) 进一步研究晶粒超细化工艺; ( 3) 无钴超高强度马氏体时效钢开发及强韧化机理研究; ( 4) 高度弥散金属间化合物的形貌、组分、结构以及残留奥氏体的 数量、形貌、分布状态对马氏体时效钢性能的影响; • ( 5) 稀土元素在马氏体时效钢中作用机理研究。
超高强度钢的结构与性能研究进展
低合金中碳马氏体超强化钢
• 40CrNiMo（AISI4340钢），美国于20世纪40年代中期研制 成功，经淬火和低温回火后，抗拉强度约为1900MPa。在 50年代初，在这种钢的基础上添加1.6%的Si和0.1%的V， 制成300M钢，抗拉强度约在1900-2050MPa。真空熔炼降低 钢中杂质元素含量，改善钢的横向塑性和韧性，由于钢中 合金元素含量较低，成本低，生产工艺简单，广泛用于飞 机大梁、起落架、发动机轴，高强度螺栓，固体火箭发动 机壳体和化工高压容器等。 • 70年代，美国在300M基础上降C增Si,改善韧性，发展成 HP310钢；在马氏体时效钢的基础上研究成AF1410钢，抗 拉强度为1660MPa,断• 热作模具钢的改型钢，典型钢种有4Cr5MoSiV钢。这类钢的含碳量约 0.4%，合金元素总含量约8%, 奥氏体化后空冷，获得马氏体组织。这 类钢的特点是回火稳定性高,在500℃左右条件下使用，仍有较高的强 度，一般用于制造飞机发动机零件。 • 稀土硅铁合金对4Cr5MoSiV钢组织和性能的影响
• (1) 降低钢中气体、夹杂物和有害元素含量,改进马氏体时效不锈钢 组织结构的均匀性, 提高现有钢种的强、韧性以及耐蚀性。 • (2) 进一步研究晶粒超细化工艺。通过改善合金化、控制轧制及形变 热处理, 在析出强化的同时, 充分发挥形变、相变和细晶强化的综合 作用,提高钢的综合力学性能。 • (3) 开发R0.2\1200 MPa 耐海水腐蚀马氏体时效不锈钢, 提高铬、钼 等耐腐蚀元素的含量, 进一步改善马氏体时效不锈钢的耐腐蚀性能。 • (4) 无钴超高强度( Rb \1800 MPa) 马氏体时效不锈钢的开发及强韧 化机理研究。 • (5) 进一步研究高度弥散金属间化合物的形貌、组分、结构以及残留 奥氏体的数量形貌、分布状态对马氏体时效不锈钢性能的影响。 • (6) 稀土元素在马氏体时效不锈钢中作用机理研究。
• 从基体组织看，具备高位错密度的马氏体组织，要有足够的强化相析 出，一般要加入Mo元素，强化相多，细小弥散，可加入少量Ti。从成 分来看，一般为低碳马氏体不锈钢，可以提高耐蚀性，焊接性能。 • 马氏体时效不锈钢是由低碳马氏体相变强化和时效强化两种强化效应 叠加的高强度不锈钢,是20世纪60年代后期发展起来的新钢类 • 1961，美国Carpenter Technology Co.不含钴的Custom 450、 Custom455 及X-15、X-23。同期AM363、Almar326、In736、PH13-8Mo、 UnimarCR
• 高合金中碳Ni—Co型超高强度钢，是在具有高韧性、低脆性转变温度 的9%Ni型低温钢的基础上发展起来的。在9%Ni钢中添加钻是为了提高 钢的Ms（马氏体转变）温度，减少钢中的残余奥氏体，同时，钻在镍 钢中起固溶强化作用，还通过加钻来获得钢的自回火特性，从而使这 类钢具有优良的焊接性能。碳在这类钢中起强化作用。钢中还含有少 量铬和钼，以便在回火时产生弥散强化效应。主要牌号有HP9-4-25， HP9-4-30，HP9-4-45以及改型的AF1410（0.16%C-10%Ni-14%Co-1%Mo2%Cr-0.05%V）等。这类钢综合力学性能高。抗应力腐蚀性好，具有 良好的工艺性能和焊接性能，广泛用于航空、航天和潜艇亮体等产品 上。