據(jù)外媒報(bào)道，每當(dāng)人們試圖改進(jìn)像鋼這樣的材料時，可能最終會同時引入新的弱點(diǎn)，這是一個令人沮喪的事實(shí)，而這是一種在不同性能之間的平衡行為。現(xiàn)在工程師們開發(fā)出了一種新型的“超級鋼”，它可以抵御這種權(quán)衡，在保持強(qiáng)度的同時還能抗斷裂。

新型“超級鋼”問世！兼具強(qiáng)度和韌性且制造成本更低

對于鋼這樣的材料，有三個主要屬性需要平衡--強(qiáng)度、韌性和延展性。前兩者聽起來可能是一樣的，但有一個重要的區(qū)別。強(qiáng)度是指材料在變形或失效前能承受多少載荷，而韌性則是指材料斷裂所需的力的大小。作為參考，玻璃的強(qiáng)度相對較高，但韌性較低，所以它能承受相當(dāng)大的重量，但不需要多大的力就能斷裂。

新型“超級鋼”問世！兼具強(qiáng)度和韌性且制造成本更低

據(jù)介紹，在航空航天、新能源、先進(jìn)裝備制造、國防安全和高速列車等國家重大高新技術(shù)領(lǐng)域，高端的超高強(qiáng)鋼均有重大需求。鋼鐵材料的強(qiáng)者是馬氏體時效鋼，主要在于這種鋼鐵材料中含有大量的鈷、鈦和鉬等貴重合金元素，還要經(jīng)過復(fù)雜苛刻而嚴(yán)格的冶煉和熱處理工藝，所以價格昂貴，一般僅限用于火箭發(fā)動機(jī)殼體、飛機(jī)起落架和關(guān)鍵聯(lián)接件等航空航天及深海技術(shù)中重要結(jié)構(gòu)件。

新型“超級鋼”問世！兼具強(qiáng)度和韌性且制造成本更低

為進(jìn)一步提高鋼鐵材料的極限強(qiáng)度，呂昭平教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新合金設(shè)計(jì)理念，大幅降低鉬等貴重元素含量，完全不含鈷等昂貴合金元素，利用不同的強(qiáng)化機(jī)理，研發(fā)出一種高密度納米析出強(qiáng)化的超高強(qiáng)馬氏體時效鋼。新的超高強(qiáng)鋼不但成本降低，生產(chǎn)工藝簡化，而且綜合性能大幅度提高。

新型“超級鋼”問世！兼具強(qiáng)度和韌性且制造成本更低

北京鋼鐵研究總院董瀚教授表示，鋼鐵材料的性能極限化研究是近年來的研究熱點(diǎn)，強(qiáng)度極限化更是業(yè)內(nèi)一直追求的夢想。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，進(jìn)一步提高鋼鐵強(qiáng)度、塑型與韌性非常困難。呂昭平團(tuán)隊(duì)研發(fā)的超高強(qiáng)馬氏體時效鋼強(qiáng)度突破2000兆帕仍具有良好的塑性，而且合金化成本低，為高性能鋼鐵材料研發(fā)提供了創(chuàng)新思維，不但推動高性能鋼鐵材料的技術(shù)研發(fā)，也可應(yīng)用于其他合金體系的高性能化研究。


最后，延展性是衡量材料是否容易延伸或伸長成不同形狀的一個指標(biāo)。不幸的是，提高這三種性能中的一種往往會降低另一種性能。比如說，提高強(qiáng)度，往往會使材料的韌性或延展性降低。


但現(xiàn)在，香港大學(xué)和美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員表示，他們已經(jīng)成功地生產(chǎn)出了一種在這三種性能上都具有高級性能的鋼。他們大膽地稱它為 “超級鋼”。這種新材料的抗變形屈服強(qiáng)度約為2GPa，斷裂韌性為102MPa-m½，均勻延伸率為19%。該團(tuán)隊(duì)表示，這使得這種“超強(qiáng)鋼”比航空航天工程中使用的Grade 300馬氏體時效鋼更強(qiáng)、更堅(jiān)韌--而這種新型鋼的制造成本只有其價格的20%左右。


這種超級鋼采用了一種新的變形分配法（D&P）制造，它的韌性來自于一種獨(dú)特的設(shè)計(jì)特征。當(dāng)材料表面出現(xiàn)斷裂時，在其下方會形成多條細(xì)小的裂紋。這些細(xì)小的裂紋會繼續(xù)吸收外力的能量，防止主裂紋過快擴(kuò)散。


該團(tuán)隊(duì)表示，這種新型超級鋼可能會在高強(qiáng)度橋梁電纜、防彈衣和汽車彈簧等方面找到用途。“我們已經(jīng)向新型超級鋼的產(chǎn)業(yè)化邁出了一大步，”該研究的主要作者黃明欣表示。“它顯示出了巨大的應(yīng)用潛力，可應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括超強(qiáng)防彈衣、橋梁電纜、輕型汽車和軍用車輛、航空航天、建筑行業(yè)的高強(qiáng)度螺栓和螺母等。”


這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。


有專家分析，據(jù)這款特種鋼的材質(zhì)和特性，未來在軍艦研發(fā)中會發(fā)揮很大的作用，而且還可以用作航母制造的新型材料。目前中國自行研制的航母正在各種下水試運(yùn)行階段，而另外一艘航母也緊張制造中。之前有不少人嘲諷中國建造航空母艦用的特種鋼材也需要進(jìn)口，可是現(xiàn)在可以自給自足了，再也不用看別人的臉面了。


關(guān)于這個的特種鋼材研制，其實(shí)一直以來都進(jìn)行的十分順利。前不久，海軍一位工程師表示，目前中國戰(zhàn)艦使用的特種鋼材水平也是比較高的，其中的一些戰(zhàn)艦使用的耐壓殼鋼材具有很高的強(qiáng)度、耐腐蝕性和韌度，整體生產(chǎn)水平達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。而有了SS600E超級剛之后，軍艦用鋼的強(qiáng)度和韌度都會得到很大提升，這在很大程度上也影響了軍艦的壽命和作戰(zhàn)效率。


總的來說，中國研發(fā)的這種“超級鋼”目前在全球都是獨(dú)一無二的，相信很快就會被用在民用和軍用等多個領(lǐng)域。當(dāng)然了，未來也有可能會被用在新航母的建造上，將中國新航母打造成性能更好的“超級航母”。

本文來源：cnbeta.com,軍事看點(diǎn)匯,新華社

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