「超級鋼」突破極限！兼具高強度和高韌性，製造成本僅常用鋼20%

2020-05-14 行行查

對於鋼這樣的材料，有三個主要屬性需要平衡--強度、韌性和延展性。提高這三種性能中的一種往往會降低另一種性能。據香港大學和美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員表示，他們已經成功地生產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度約為2GPa，斷裂韌性為102MPa-m，均勻延伸率為19%。該團隊表示，這使得這種「超強鋼」比航空航天工程中使用的Grade 300馬氏體時效鋼更強、更堅韌--而這種新型鋼的製造成本只有其價格的20%左右。

「超級鋼」突破極限！兼具高強度和高韌性，製造成本僅常用鋼20%

這種超級鋼採用了一種新的變形分配法（D&P）製造，它的韌性來自於一種獨特的設計特徵。當材料表面出現斷裂時，在其下方會形成多條細小的裂紋。這些細小的裂紋會繼續吸收外力的能量，防止主裂紋過快擴散。該團隊表示，這種新型超級鋼可能會在高強度橋梁電纜、防彈衣和汽車彈簧等方面找到用途。

特鋼通常是指除普通非合金鋼以外的，具有特殊化學成分（即加入其他化學元素）、採用特殊的工藝生產、具備特殊的組織和性能、能夠滿足特殊需要的鋼材。特鋼產品種類繁多，據統計特鋼產品全球共有2000 多個牌號，品種規格50000多個。特鋼產品按照用途可以分為結構鋼，工具鋼與特種鋼，而其下可細分為八大類：碳素結構鋼，碳素工具鋼，合金結構鋼，軸承鋼，彈簧鋼，高速工具鋼，合金工（模）具鋼與不鏽鋼。

「超級鋼」突破極限！兼具高強度和高韌性，製造成本僅常用鋼20%

特鋼是鋼鐵材料的主要組成部分，相對普鋼而言，特鋼一般具有特殊化學成分、特殊組織性能、滿足特殊需要的鋼種；廣泛應用於汽車零部件、航天航空、軍工、電力、機械製造、石化等等國民經濟部門，是重大裝備製造、重大工程建設、戰略性新興產業及國防先進武器所需的核心、關鍵材料。

「超級鋼」突破極限！兼具高強度和高韌性，製造成本僅常用鋼20%

從產量上看，特鋼產量從2006年的0.45億噸逐步增長至2018年1.33億噸，粗鋼產量9.28億噸，特鋼產量佔比僅為14.33%，相比於2014年下降0.6%，特鋼產量佔比低，仍處在較低水平。相比於美國、日本等鋼鐵行業成熟國家，我國的特鋼佔比明顯偏低。據日本鋼鐵聯盟數據，日本2018年特鋼佔比約22.94%，我國特鋼佔比比日本低約8.61%，佔比明顯偏低，結構還不成熟。

「超級鋼」突破極限！兼具高強度和高韌性，製造成本僅常用鋼20%

小編：十一

相關焦點

  • 港大成功提高「超級鋼」韌性 高屈服強度 + 更低成本
    香港大學的「超級鋼」研發項目近日再有進展，確認「超級鋼」的韌性成功突破極限，比起航天鋼材還要高。現在，正在計劃把「超級鋼」投入生產，製造更輕更慳油的汽車和高強橋梁纜索等等。由香港大學機械工程系黃明欣教授領導的團隊和美國伯克利國家實驗室，於上周五（8日）在學術期刊《科學》（Science）聯合發布研究報告。內容指出經過團隊合作，成功突破超高強鋼的屈服強度—韌性組合極限，研發出同時具備極高屈服強度、極佳韌性、良好延展性兼更低成本的「超級鋼」。
  • 香港大學研發超級鋼 可用於輕型汽車/軍用車輛等
    （圖片來源：香港大學）鋼是一種常用合金，因此材料科學家和工程師們都在不斷尋找新一代鋼材，即更容易延展成不同形狀和結構（延展性）、具有更強的抗變形能力（強度）和抗斷裂性（韌性）、重量輕且生產成本低的新鋼材
  • 港大新聞 | 港大與研究夥伴伯克利國家實驗室 研發最強「超級鋼」提升鋼材抗斷裂能力獲得重大突破
    今次的研究成果非常重要，令「超級鋼」在高端鋼材要求的高強度、延展性和韌性三個重要指標，均達到史無前例的高水平，目前沒有任何鋼材物料能及。「超級鋼」正申請多國專利。團隊計劃與業界合作，首先在高強橋梁纜索、防彈衣和汽車彈簧等方面製作原型，進行測試，有望把研發成果工業化和商品化。
  • 高強高韌超級鋼創世界紀錄
    香港大學機械工程系黃明欣教授和美國伯克利國家實驗室Ritchie教授合作領導的科研團隊，成功突破超高強鋼的屈服強度-韌性組合極限，在高端鋼材要求的高強度
  • 「超級鋼」研發成功,具備高性能鋼的強度,卻非常抗裂
    雙重優勢科學家開發了一種新型鋼，其強度與以前的高性能鋼一樣強，但具有更高的抗裂性，它具有特別穩定的顯微組織。根據發表於《科學》雜誌上的論文，與傳統的高強度鋼相比，這種鋼的生產過程不需要昂貴的合金金屬、也不需要複雜的製造過程。
  • 為什麼中國超級鋼這麼厲害?從完璧歸趙說起—材料脆性和韌性
    中國的超級鋼新華社2017年7月曾報導，我國最新發明的超級鋼達到了前所未有的2200MPa的屈服強度和16％的均勻延伸率，「具有最優的強度和延展性的結合」。此外，該鋼還有兩大優點。第一，成本較低。中國的超級鋼的性能不但有超高的強度，而且具有不錯的延展性。這就讓中國的超級鋼具有了難能可貴的強韌平衡！即材料具有很高強度的同時又有了不錯的韌性。這很重要，據稱現在我國的094戰略核潛艇使用的鋼材就是屈服強度1100MPa的鋼材，以前是日本生產的，到2011年寶鋼集團才實現國產化。而現在我們的超級鋼屈服強度達到了2200MPa！更難得的是中國的超級鋼兼顧了強度和韌性。
  • 新型超高強鋼突破2000兆帕強度極限
    原標題：新型超高強鋼突破2000兆帕強度極限 　　最新發現與創新 　　科技日報北京4月12日電 （記者操秀英）北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平教授團隊創新合金設計理念，研發出一種高密度納米強化的超高強馬氏體時效鋼。
  • 科學家研發出「超強鋼」 :要強度有強度、要韌性有韌性、要彈性有彈性
    現在工程師們開發出了一種新型的「超級鋼」，它可以抵禦這種權衡，在保持強度的同時還能抗斷裂。對於鋼這樣的材料，有三個主要屬性需要平衡--強度、韌性和延展性。前兩者聽起來可能是一樣的，但有一個重要的區別。強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。
  • Science:兼具高強度與高韌性的聚合物電紡纖維紗線
    Ralf B.Wehrspohn等人打破了上述壁壘，成功製備了兼具高強度和高韌性的電紡聚合物纖維紗線。作者通過靜電紡絲法成功製備出聚丙烯腈（PAN）纖維紗線，該紗線同時具備高韌性137 ± 21 J/g和高拉伸強度1236 ± 40 MPa。
  • 港大黃明欣等創強韌性組合世界紀錄的超級鋼
    港大黃明欣等人首次提出高屈服強度誘發晶界分層開裂增韌的新機理，獲得了同時具備極高屈服強度，極佳韌性，良好延展性的低成本超級鋼，為發展高強高韌金屬材料提供了新的材料設計思路。這是黃明欣團隊2017年在《Science》發表創屈服強度-均勻延伸率世界紀錄的超級鋼之後，在鋼鐵領域取得的又一重大成果。
  • 中國成功研製超級鋼,屈服強度突破歷史,或將用於製造航母
    而特種鋼材的技術一直是高端鋼材行業的機密，只有少數西方國家、日本掌握特種鋼的技術。今年8月，我國在特種鋼研製領域取得重大突破，成功生產了2200MPa的超級鋼。中國製造的超級鋼厲害在哪裡？優勢在哪裡呢？首先，超級鋼的技術就是突破人類鋼鐵的製造歷史，它具有低合金含量，高強度的特徵。Mpa是一種屈服強度單位，超級鋼的屈服強度讓互相競爭研製超級鋼的國家十分震驚。
  • ACTA開發出低成本、高強度、高延伸率含碳奧氏體-馬氏體時效鋼
    以下文章來源於材料學網 ，作者材料學網，江蘇雷射聯盟轉載江蘇雷射聯盟導讀：本文提出一種基於碳化物析出的新型馬氏體時效鋼。並設計了兩種合金，即Fe-10Mn-0.25C-2Cr-1Mo wt％（2CrMo）和Fe-10Mn-0.25C-1Cr-2Mo wt％（Cr2Mo）以實現超高強度和高延伸率。合金是通過一般熔煉，鑄造和熱加工工藝製造的。
  • 工具鋼之量具鋼
    工具鋼是一種用於製造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的鋼。按其用途分為刃具鋼、模具鋼和兩句剛。接下來將給大家詳細介紹工具鋼中的一種——刃具鋼。刃具鋼家族又有碳素工具鋼、低合金工具鋼和高速鋼之分，不同種類鋼所對應的的成分以及性能和用途自然也不同。總的說來，刃具鋼需具備如下性能要求：高硬度、 高耐磨性、 高熱（紅）硬性、足夠的韌性等。
  • 新型超高強馬氏體時效鋼強度突破2000兆帕
    據了解，航空航天、新能源、先進裝備製造、國防安全和高速列車等國家重大高新技術領域對超高強鋼都有急迫的重大需求。馬氏體時效鋼更是超高強鋼的王者。但由於含有大量的鈷、鈦和鉬等昂貴合金元素，還要經過複雜苛刻而嚴格的冶煉和熱處理工藝，其價格不菲，一般僅用於火箭發動機殼體、飛機起落架和關鍵聯接件等航空航天及深海技術中重要結構件。如何進一步提高鋼鐵材料的極限強度並降低成本和簡化工藝？
  • 合金鋼的合金元素介紹和作用
    合金鋼 alloy steel 鋼裡除鐵、碳外,加入其他的合金元素,就叫合金鋼。 在普通碳素鋼基礎上添加適量的一種或多種合金元素而構成的鐵碳合金。根據添加元素的不同,並採取適當的加工工藝,可獲得高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。
  • 西安交大《MSEA》：新工藝獲得兼強韌性的層狀結構鋼
    具有高強度和良好延展性的材料是人類社會的永恆需求，是節能、輕重量結構和車輛的關鍵。近日，來自西安交通大學柳永寧團隊，採用兩步溫軋退火法製備了一種具有雙峰晶粒尺寸分布的薄層結構低碳鋼板，並研究了其力學性能和強化增韌機理。
  • 西安交大《MSEA》:新工藝獲得兼強韌性的層狀結構鋼!
    具有高強度和良好延展性的材料是人類社會的永恆需求，是節能、輕重量結構和車輛的關鍵。近日，來自西安交通大學柳永寧團隊，採用兩步溫軋退火法製備了一種具有雙峰晶粒尺寸分布的薄層結構低碳鋼板，並研究了其力學性能和強化增韌機理。
  • 合金鋼20CrMnTi等熱處理滲碳鋼小知識及應用舉例
    因此，要求材料應具備較高的力學性能，表面應具有高硬度、耐磨性而心部具有高的塑性、韌性，即外硬內韌。為滿足上述性能要求，常選用合金滲碳鋼。所謂合金滲碳鋼，是指用於製造滲碳零件（如齒輪、活塞銷等）的合金鋼。
  • 科學家「發明」了一種超級木頭,和鋼一樣堅硬
    馬裡蘭大學的科學家發明了一種讓木頭變得和鋼一樣堅硬的方法。步驟不複雜。首先，去除天然木材中的部分木質素，這是一種位於植物細胞壁中的有機聚合物，可以使木質部維持極高的硬度以支起整株植物的重量。之後，在 150 華氏度（約 65 攝氏度）的溫度中，對木頭進行壓縮，實現木材中纖維素納米纖維的有序排列並增強其緊密度，實現木材的完全緻密化，從而極大程度地增加纖維素納米纖維之間的氫鍵密度，使經處理的木頭在斷裂過程中耗散大量能量，最終實現高韌性。經處理過的木頭，厚度最終會縮小到原先的五分之一。
  • 興澄特鋼開發出的高強高韌低密度鋼到底是什麼鋼?
    興澄特鋼聯合攻關組進行了多方面的研究與攻關，先後解決了材料結構、熱處理、生產工藝等技術難題，所生產的高強高韌低密度鋼的密度低於7.0g/cm3，比常規鋼的密度降低10％~15％，同時具備良好的強韌性，其比強度、比剛度可與鈦合金媲美，綜合製造成本僅與普通不鏽鋼相當。